Что такое Teflon (политетрафторэтилен)?

Teflon® (политетрафторэтилен): определение, свойства, типы, применение

Teflon®, также известный как PTFE (политетрафторэтилен), представляет собой фторполимер, состоящий из атомов углерода и фтора.

Атомы фтора защищают углеродную основу и придают ей превосходные механические, термические и электрические свойства.

Тефлон® используется во всех отраслях промышленности в нескольких областях, включая покрытие проводов, покрытия с низким коэффициентом трения, подшипники, футеровку химических резервуаров и кухонную посуду.

В этой статье будет рассказано, что такое тефлон, кто его изобрел, его преимущества и недостатки, а также его механические, термические, оптические и электрические свойства.

Что такое тефлон?

Тефлон — это термопластичный фторполимер, химическое название которого — ПТФЭ (политетрафторэтилен). Тефлон является торговой маркой Chemours, однако PTFE также можно приобрести у других компаний.

Тефлон является популярным материалом благодаря низкому трению, термической и химической стойкости. Для получения дополнительной информации см. наше руководство по полимерам.

Тефлон был случайно обнаружен Роем Дж. Планкетом в 1938 году, когда он работал в DuPont. Он был обнаружен, когда Планкет производил газ тетрафторэтилен для тестирования нового типа хладагента, который потенциально может заменить аммиак и диоксид серы.

Однако после охлаждения резервуаров до -78,5 °С газ превратился в белый порошок. Планкет решил охарактеризовать материал, чтобы определить его физические свойства, что привело к открытию тефлона. Тефлон был превращен в коммерческий продукт в 1946 году.

Тефлон является торговой маркой Chemours, однако химическое название тефлона — PTFE, что означает политетрафторэтилен. Rulon® также представляет собой фирменный состав ПТФЭ.

Из чего сделан тефлон?

Тефлон, химическое название которого ПТФЭ (политетрафторэтилен), представляет собой синтетический фторполимер со спиральной линейной структурой.

Химическая инертность ПТФЭ обусловлена ​​плотной упаковкой атомов фтора, которые окружают атомы углерода, образуя защитный слой.

Свойства тефлона

Тефлон чаще всего используется для высокотемпературных коррозионных сред. Он также имеет один из самых низких коэффициентов трения.

Тефлон не часто используется в тех случаях, когда требуется механическая прочность, однако его свойства могут сохраняться при гораздо более высоких температурах по сравнению с большинством других полимеров.

В таблице 1 перечислены некоторые физические свойства тефлона:

Таблица 1: Физические свойства
Физические свойства Ценности
Плотность [г/см3]
2.07
Твердость [по Шору D]
57
Коэффициент трения [сталь]
0,0646
Впитывание воды [%]
0,0074
Температура плавления [°C]
325

Каковы механические свойства тефлона?

Ниже в Таблице 2 перечислены некоторые общие механические свойства тефлона:

Таблица 2: Механические свойства
Механические свойства Ценности
Предел прочности на растяжение [МПа]
35
Предел текучести [МПа]
20,5
Относительное удлинение при разрыве [%]
306
Предел текучести при изгибе [МПа]
19,6
Модуль упругости при изгибе [ГПа]
0,672
Предел текучести при сжатии [МПа]
10.2
Ударная вязкость по Шарпи [Дж/см2]
1,76

Химические свойства тефлона

Тефлон устойчив к широкому спектру химических веществ, включая кислоты, щелочи, растворители, углеводороды, масла, топливо, воду и спирт.

Это один из самых химически стойких материалов. Однако тефлон может быть поврежден щелочными металлами, газообразным фтором, трифторидом хлора и дифторидом кислорода.

Оптические свойства тефлона

Teflon AF — это аморфная версия тефлона, способная обеспечить высокий уровень оптической прозрачности (> 95% пропускания), низкий показатель преломления (1,31), а также превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Это достигается при сохранении превосходной термической и химической стойкости тефлона.

Электрические свойства тефлона

Ниже в таблице 3 приведены некоторые общие электрические свойства тефлона:

Таблица 3: Электрические свойства

Электрические свойства Ценности
Удельное электрическое сопротивление [Ом·см]
8.68E+17
Поверхностное сопротивление [Ом]
4.48E+17
Диэлектрическая постоянная
2,39
Диэлектрическая прочность [кВ/мм]
58,7
Индекс диэлектрических потерь
0,0001
Дуговое сопротивление [сек]
346

 Виды тефлона

Тефлон/ПТФЭ может производиться в различных формах для использования в различных областях. Некоторые распространенные варианты тефлона обсуждаются ниже:

1. Гранулированный ПТФЭ

Гранулированный ПТФЭ синтезируется методом суспензионной полимеризации. Этот материал обычно используется для изготовления таких форм, как стержни или трубы.

Он обрабатывается с использованием одного из двух методов, а именно изостатического формования (давление прикладывается во всех направлениях) и компрессионного формования (давление прикладывается в одном направлении). Затем эти прессованные формы должны быть спечены.

2. Тонкий порошок ПТФЭ

Мелкодисперсный порошок ПТФЭ синтезируется с использованием метода, называемого эмульсионной полимеризацией. Порошок часто смешивают с растворителями, придающими ему пастообразную консистенцию.

Затем эту пасту можно экструдировать для производства пленок, проволоки, труб и волокон с использованием метода, называемого экструзией пасты. После экструзии паста должна быть высушена и спечена. Этот сорт порошка ПТФЭ часто называют эмульсионным.

3. Микропорошок ПТФЭ

Порошок микро ПТФЭ синтезируется с использованием метода, называемого прямой полимеризацией, также возможны другие методы, такие как измельчение и измельчение.

Обычно он используется для уменьшения трения между контактирующими поверхностями и в качестве добавки к другим полимерам для улучшения смазывающей способности, износостойкости и огнестойкости. Размер микрочастиц ПТФЭ обычно составляет от 1 до 20 мкм.

4. Дисперсионный ПТФЭ

Дисперсный ПТФЭ по существу представляет собой частицы ПТФЭ, диспергированные в жидкости. Эта форма ПТФЭ используется для пропитки промышленных тканей, а также, например, для покрытия кухонной посуды.

Дисперсионный ПТФЭ может дополнять материалы и поверхности такими свойствами ПТФЭ, как химическая стойкость, низкое трение и термостойкость.

5. Пленка ПТФЭ

ПТФЭ часто формируют в виде пленок, которые используются, например, в качестве уплотнительной ленты для труб с низким коэффициентом трения.

Обычно его производят с помощью процесса, называемого шлифованием, при котором с круглого стержня из твердого ПТФЭ срезается тонкая пленка.

Возможны толщины до 0,5 мм. Пленки толщиной до 0,05 мм возможны при использовании процесса экструзии. Эти пленки могут быть протравлены с одной стороны, чтобы улучшить адгезию к другим материалам.

6. Расширенный ПТФЭ

Вспененный ПТФЭ чаще всего используется для прокладок, поскольку он обладает отличной термической и химической стойкостью, а также сжимаем, что позволяет компенсировать любые неровности на поверхности фланца.

Расширенный ПТФЭ состоит из множества микроскопических волокон, которые придают ему гибкую и эластичную структуру.

Применение тефлона

Тефлон обладает многими полезными свойствами, которые делают его полезным в широком диапазоне применений, некоторые из которых перечислены ниже:

1. Подшипники и уплотнения

Тефлон обычно используется в подшипниках и втулках с низким коэффициентом трения благодаря его низкому трению, термостойкости и коррозионной стойкости.

Тефлон также используется в качестве уплотнительного материала в резьбовых соединениях труб, а также в качестве прокладочного материала в соединениях трубопроводов.

2. Электреты

Электрет представляет собой диэлектрический материал, который сохраняет свой электрический заряд после воздействия сильного электрического поля.

Электреты часто используются в широком спектре приложений, таких как датчики, датчики вибрации и фильтры. Тефлон идеально подходит для электрета, поскольку он может сохранять заряд в течение длительного времени и имеет низкие диэлектрические потери.

3. Химически инертные вкладыши

Тефлон устойчив к широкому спектру агрессивных химических веществ. Это отличный материал для облицовки резервуаров и труб для хранения химикатов. Тефлон повреждается только расплавленными щелочными металлами и фторирующими соединениями.

4. Напряженные мембранные конструкции

Структура с натянутой мембраной похожа на палатку, однако ткань подвергается сильному натяжению для повышения жесткости. Тефлон часто используется в качестве покрытия для тканых мембран из стекловолокна.

Тефлоновое покрытие обладает высокой устойчивостью к УФ (ультрафиолетовому) излучению, а также является гидрофобным и термостойким.

5. Композиты

Тефлоновые пленки используются в производстве композитов.

Например, при удалении воздуха из композитной формы используется тефлоновая пленка, чтобы связующая смола не прилипала к различным элементам технологического оборудования, в том числе на любых необходимых стадиях термообработки. Это возможно благодаря высокой термостойкости тефлона.

6. Музыкальные инструменты

Например, тефлон можно использовать для покрытия струн гитары. Это уменьшает трение между струной и пальцем, а также предотвращает коррозию и увеличивает срок службы.

Смазочные материалы, содержащие ПТФЭ, также используются в некоторых духовых инструментах для смазки движущихся компонентов.

7. Смазочные материалы

Тефлон можно превратить в микропорошок, который может вести себя как смазка, если смешать его с испаряющимся растворителем. Это позволяет микропорошку проникать между поверхностями для смазывания их контактирующих поверхностей.

8. Кухонные принадлежности

Одним из наиболее широко известных применений тефлона является покрытие посуды на кастрюлях и сковородках. Эти покрытия выдерживают высокую температуру приготовления пищи и предотвращают прилипание пищи к посуде.

9. Медицинские приборы

Тефлон не вступает в реакцию с биологическими тканями. Его можно использовать без риска отторжения организмом. Другие области применения могут включать медицинские трубки, помпы и катетеры.

Катетеры с тефлоновым покрытием обладают повышенной инфекционной устойчивостью. ПТФЭ также является антистатиком и помогает предотвратить накопление посторонних предметов на медицинских инструментах, таких как скальпели.

10. Автомобили

Тефлон широко используется в автомобильной промышленности благодаря своей термической и коррозионной стойкости.

Типичные примеры могут включать топливопроводы, прокладки головок, покрытия проводов, а также различные уплотнения и втулки. Тефлон также используется в качестве покрытия для уменьшения износа между механическими компонентами.

11. Космонавтика

В аэрокосмической промышленности часто требуются передовые материалы, чтобы выдерживать экстремальные условия, которым подвергаются самолеты и космические корабли.

Тефлоновые покрытия проводов используются на космических кораблях и вездеходах из-за их превосходной термостойкости и стойкости к ультрафиолетовому излучению.

Другие области применения могут включать прокладки, топливопроводы, подшипники и крепежные детали. Тефлон также используется в качестве покрытия для уменьшения износа между механическими компонентами.

12. Изоляция проводов, электроника

Тефлон является отличным изолятором и является гибким, что означает, что он не будет постоянно деформироваться при скручивании или изгибе во время установки или эксплуатации.

Эти свойства делают тефлон отличным изолятором для электропроводки. Тефлон также имеет низкие диэлектрические потери, что делает его идеальным для чувствительных приложений, таких как антенны.

Безопасны ли продукты с тефлоном?

ПТФЭ химически инертен и часто используется для покрытия посуды для приготовления пищи, он безопасен для использования в контакте с пищевыми продуктами.

Однако при перегреве пары посуды с тефлоновым покрытием могут вызвать гриппоподобную болезнь, называемую полимерной лихорадкой.

Преимущества тефлона

Некоторые общие преимущества тефлона:

  1. Термостойкость: Тефлон имеет температуру плавления 325 °C и может сохранять свои свойства до -275 °C.
  2. Низкое трение: тефлон имеет один из самых низких коэффициентов трения среди всех материалов. Его можно использовать для уменьшения трения между поверхностями в твердой форме, а также в качестве добавки для уменьшения трения в других полимерах.
  3. Химически инертен: тефлон химически инертен и устойчив к подавляющему большинству химических веществ. Однако некоторые химические вещества все же могут разрушить ПТФЭ.

Недостатки тефлона

Некоторые распространенные недостатки тефлона:

  1. Антипригарное покрытие: несмотря на то, что его антипригарные свойства делают тефлон отличным покрытием для посуды, это же свойство затрудняет приклеивание тефлона к другим поверхностям.
  2. Высокое тепловое расширение: тефлон имеет очень высокое тепловое расширение, которое больше, чем у большинства других пластиков.
  3. Плохая радиационная стойкость: тефлон не может противостоять высокоэнергетическому излучению и разрушается при воздействии.

Часто задаваемы вопросы о тефлоне

Является ли тефлон биоразлагаемым?

Нет, тефлон не является биоразлагаемым и не разрушается в естественных условиях, поскольку обладает высокой термической, химической и УФ (ультрафиолетовой) стойкостью. Однако тефлон может быть переработан.

Растворяется ли тефлон в воде?

Нет, тефлон устойчив к воздействию влаги и не растворяется в воде.

Тефлон эластичный?

Да, однако, это верно только при малых удлинениях.

Является ли тефлон типом полимера?

Да, тефлон — это фторполимер. Его молекулярная цепь состоит из углеродного остова с плотно упакованными вокруг него атомами фтора.

В чем разница между тефлоном и пластиком?

Тефлон — это разновидность пластика, а точнее — термопластичный полимер.

В чем разница между тефлоном и металлом?

Тефлон представляет собой полимер, состоящий из повторяющихся молекул углерода и фтора. Металл обычно имеет кристаллическую структуру и состоит из плотно расположенных металлических элементов, таких как, например, железо и алюминий.

В чем разница между тефлоном и силиконом?

И силикон, и тефлон являются полимерами с высокой термостойкостью. Однако силикон имеет относительно высокий коэффициент трения по сравнению с тефлоном, а также является термореактивным полимером по сравнению с тефлоном — термопластичным полимером.

В чем разница между тефлоном и нейлоном?

Тефлон и нейлон являются термопластичными полимерами. У нейлона относительно низкий коэффициент трения по сравнению с большинством других полимеров, но он все же выше, чем у тефлона.

Нейлон также имеет более низкую термическую и химическую стойкость по сравнению с тефлоном. Однако нейлон легче поддается обработке.

В этой статье был представлен тефлон, объяснено, что это такое, а также подробно рассмотрен производственный процесс и различные области его применения.

Уведомления об авторских правах и товарных знаках

  • Teflon® является торговой маркой компании Chemours.
  • Rulon® является торговой маркой Dixon Industries Corporation.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

восемь + 11 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: