Фторопласт создан в 1938 году. Он очень быстро стал популярным и востребованным материалом, который используется в самых разных отраслях – от медицины до военной промышленности. А все благодаря уникальным для полимеров свойствам. Чем же так хорош этот пластик? Предлагаем подробное описание свойств и физико-химических характеристик фторопласта, его преимуществ и недостатков.
Общие данные
Под названием «фторопласт» чаще всего имеется в виду Ф-4 (это самый распространенный и недорогой из всех фторопластов). Его химическая формула – (-C2F4-)n. В мире полимер известен по аббревиатуре PTFE (политетрафторэтилен, у нас ПТФЭ) и по многим фирменным названиям, которые прижились и стали общими (тефлон, галон, флубон, алгофлон, хостафлон, полифлон, гафлон, сорефлон).
Чистый фторопласт – это белый непрозрачный пластик, гладкий и скользкий на ощупь. Основные свойства, которые отличают его от других пластмасс:
высочайшая химическая инертность – устойчивость к кислотам, щелочам, нефтепродуктам, растворителям (выдерживает даже кипячение в «царской водке»);
устойчивость к воздействию водяного пара, полная неспособность к водопоглощению;
стойкость к воздействию высоких и низких температур (начинает плавиться при 327 °С, но не переходит в текучее состояние).
Если дополнить эти характеристики еще и высокими диэлектрическими и антифрикционными показателями фторопласта, можно увидеть, что такое сочетание полезных свойств не встречается ни в одном другом материале. Но даже его можно улучшить. Поэтому сейчас, кроме чистого полимера, производят фторопласт с наполнителями (добавляют в композиции графит, стекловолокно, порошки металлов).
Популярные марки фторопласта Ф-4 (и область их применения):
А (изостатическое и компрессионное прессование при производстве изделий точного размера);
С (специальные изделия высокой надежности).
Выпускают материал в виде готовых изделий, но чаще в форме заготовок – листов, пленок, втулок, стержней. Подробнее о разных марках полимера и особенностях его производства смотрите в нашей статье здесь.
Преимущества ПТФЭ:
малая пористость;
практически нулевое водопоглощение;
низкая адгезия;
низкий коэффициент трения;
химическая инертность;
биологическая инертность;
огнестойкость;
высокая электрическая прочность;
сохранение свойств даже при критических изменениях температуры;
Пластик не смачивается водой и не поддается ее воздействию даже при длительных испытаниях. Он также устойчив к поглощению других веществ, на нем не образуются отложения.
Отлично переносит эксплуатацию в тропических условиях, не повреждается грибками и бактериями.
Химическая и биологическая инертность дают возможность использовать ПТФЭ в медицине и пищевой промышленности. Он совершенно не опасен, в обычных условиях не взаимодействует с физиологическими жидкостями и не выделяет вредных соединений.
Температурная устойчивость позволяет фторопласту сохранять стабильность и работоспособность в диапазоне -269…+260 °С.
Химически разрушить материал можно, только используя расплавы щелочных металлов, элементарный фтор, трехфтористый хлор (при высокой температуре).
Необычайно высокая химическая стойкость фторопластов – это результат высокого экранирующего эффекта, которым обладают электроотрицательные атомы фтора.
Полимер способен пропускать ультрафиолетовые лучи, он устойчив к окислению и гидролизу.
Высокая устойчивость к старению позволяет предоставлять длительный гарантийный срок хранения фторопласта без снижения качества – 20 лет и более.
Газопроницаемость ПТФЭ
Характеристика
Значение
Воздух
Плавление и горение
При температуре плавления (327 °С) материал теряет кристаллическую структуру, становится аморфным и прозрачным. Но вплоть до начала термического разложения (415 °С) он остается в высокоэластичном состоянии, не переходя в вязкотекучее.
Материал горит только при доступе кислорода и наличии открытого огня (как только вытащить его из пламени, он потухнет). Фторопласт при горении не расплавляется, а обугливается и выделяет очень мало тепла – в 10 раз меньше, чем горящий полиэтилен. Во время горения в обычных условиях выделяются соединения фтора, который вреден для живых организмов (но в вакууме их выделения не происходит).
Полимер начинает разлагаться при температуре выше 415 °С.
Механические свойства
Предел прочности при растяжении, кгс/см 2
200–300
Удлинение при разрыве, %:
300–350
относительное
350–500
остаточное
250–350
Предел прочности при сжатии, кгс/см 2
Модуль упругости при сжатии, кгс/см 2
Предел прочности при статическом изгибе, кгс/см 2
Модуль упругости при изгибе (при 200 °С), кгс/см 2
Удельная ударная вязкость, кгс·см/см 2
Твердость по Бриннелю, кгс/мм 2
3–4
Твердость по Шору при 20 °С:
–
шкала С
85–87
шкала D
55–59
Твердость по Роквеллу (шкала I)
80–95
Коэффициент Пуассона
0,45
Коэффициент трения по стали
0,2
Низкая поверхностная адгезия материала – это следствие его исключительно низкой поверхностной энергии.
При определенных условиях и без того низкий коэффициент трения может снижаться до 0,02.
Одно из важных эксплуатационных преимуществ фторопласта – возможность легко обрабатывать его механически. Он режется, сверлится, шлифуется.
Физико-механические свойства фторопласта зависят от температуры. Вот так, например, меняются показатели нагрузки, необходимой, чтобы вызвать деформацию сжатия (в таблице приведены величины нагрузок в зависимости от температуры, кгс/см 2 ):
Деформация, %
-50 °С
0 °С
25 °С
50 °С
100 °С
150 °С
200 °С
1
203
157
62
49
31
17,5
11
2
304
210
92
66
39
27
20
3
350
236
105
77
48
33
27
4
374
251
120
85
59
39
31
5
390
262
127
92
62
44
35
А вот так изменяется предел текучести при растяжении:
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 103 Гц
0,0002–0,0003
Дугостойкость, сек
250
Высокие диэлектрические показатели фторопласта обусловлены тем, что полимер не полярен.
При испытании на образцах миллиметровой толщины электрическая прочность составляет минимум 55 кВ/мм.
Источник
Вреден ли фторопласт для человека?
Появление новых материалов и применение их в товарах массового спроса всегда порождает сомнения людей в уникальности их свойств и безопасности использования. С учетом того, что фторопласт начал пользоваться большим спросом лишь в конце второй половины 20 века, подозрительное отношение к экологичности и безопасности полимера неудивительно.
Из данной статьи вы узнаете, вреден ли фторопласт для человека в повседневной жизни, и в каких случаях он может представлять угрозу.
Производство фторопласта
Чтобы узнать свойства материала, нужно понять, из чего он состоит и каким образом произведен. Фторопласт — это политетрафторэтилен ((C2F4)n) — полимер, получаемый при термическом разложении газа хлордифторметана. Он, в свою очередь, получен в процессе реакции хлороформа и фтороводорода. Данные газы являются ядовитыми, поэтому производство фторопласта-4 без соблюдения техники безопасности опасно для здоровья.
Несмотря на токсичные исходные вещества, после пиролиза получается порошок политетрафторэтилена, из которого делают абсолютно безвредный полимер. Хлордифторметан разлагается на политетрафторэтилен, образуя очень крепкую молекулярную связь. Активные атомы фтора в молекуле не дадут себя заменить другими веществами, что обуславливает невосприимчивость полимера к кислотам, щелочам, солям и их соединениям.
А нет реакций — значит нет и выделения токсичных веществ. Конечному потребителю можно не переживать.
Нагрев и горение фторопласта
Огонь, равно как и вода, могут приносить человеку блага или приводить к печальным последствиям. Все завит от правильного обращения и целевого применении этих стихий. С фторопластом та же ситуация.
Из технических характеристик известно, что фторопласт марки Ф4 сохраняет свои физические и химические свойства в диапазоне температур от -190o C до +260o C, а химическую стабильность поддерживает до +300o С. Это прекрасные значения, позволяющие применять его в виде тефлонового покрытия сковород, протезов и даже имплантов внутри тела человека. И все это без вреда для здоровья и окружающей среды.
Но при превышении верхнего порога в +300o C — 400o С, полимер начинает разлагаться, выделяя вредные вещества в виде газа перфторизобутилена ((C2F4)n) и еще ряда газообразных токсинов. Такой температуры фторопласта в бытовых условиях при правильной эксплуатации изделий из него добиться невозможно. Вместе с этим стоит упомянуть низкую пожароопасность материала, так как фторопласт возгорается лишь при температуре более +500o C.
Интересный факт: В 60-х годах прошлого века ООН провело исследование для установления, опасен ли фторопласт для организма живых существ. Лабораторным крысам в еду ежедневно подмешивали порошок политетрафторэтилена в пропорции ¼. Крысы с таким рационом не получили проблем со здоровьем — эксперимент признан успешным.
Дегенерация фторопласта от ультрафиолета
Являясь веществом органической химии, политетрафторэтилен разрушается под воздействием высокоэнергетических излучений. Несмотря на проницаемость фторополимера солнечными ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами, при умеренном радиооблучении материал стремительно распадается. Продуктом распада являются токсичные соединения фтора и углерода, описанные выше.
Кроме выделения вредных газов, под действием радиации изделия из фторопласта теряют привычные физические свойства — становятся хрупкими и ломкими. Недостаточная радиационная стойкость не позволяет использовать полимер в специфической технике и помещениях, где доза облучения достигает 5·104 Гр.
В быту радиационный фон редко превышает природный в несколько раз, а влияние ультрафиолета на фторопласт ничтожно. В повседневной жизни такой полимер не представляет опасности для здоровья человека.
В заключение
Ответ на вопрос, вреден ли фторопласт для здоровья человека в обычной повседневной ситуации — определенно нет. Но это не значит, что он не представляет угрозы при неправильной эксплуатации.
Вред от фторополимера для человека возможен в 3 случаях:
при вдыхании ядовитых газов в момент его производства;
при нагреве материала до температуры свыше +300o С;
при жестком радио- и ультрафиолетовом облучении.
Ни одно из вышеперечисленных условий практически никогда не может быть воссоздано в быту (за исключением пожаров и возгораний). Из этого следует, что, в отличие от других видов углеродосодержащих полимеров, фторопласт и изделия из него полностью безопасны для человека и экологии.
Фторопласт создан в 1938 году. Он очень быстро стал популярным и востребованным материалом, который используется в самых разных отраслях – от медицины до военной промышленности. А все благодаря уникальным для полимеров свойствам. Чем же так хорош этот пластик? Предлагаем подробное описание свойств и физико-химических характеристик фторопласта, его преимуществ и недостатков.
Если дополнить эти характеристики еще и высокими диэлектрическими и антифрикционными показателями фторопласта, можно увидеть, что такое сочетание полезных свойств не встречается ни в одном другом материале. Но даже его можно улучшить. Поэтому сейчас, кроме чистого полимера, производят фторопласт с наполнителями (добавляют в композиции графит, стекловолокно, порошки металлов).
Преимущества ПТФЭ: 
Пластик не смачивается водой и не поддается ее воздействию даже при длительных испытаниях. Он также устойчив к поглощению других веществ, на нем не образуются отложения.
Плавление и горение
