Фторопласты

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕРОВ

В нашей стране разработано и выпускается большое количество фторсодержащих полимеров с самым разнообразным сочетани­ем физико-механических, термических, химических и реологи­ческих свойств [I, 2]. Наиболее широкое применение среди фторсодержащих полимеров получил фторопласт-4-политетра­фторэтилен, как правило, не содержащий добавок и модифи­каторов.

Фторопласт-4 - политетрафторэтилен (в США - тефлон, фа - лон, в ФРГ - хостафлон)-высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления кристаллической фазы % 327°С, выше которой он превращается в аморфный прозрач­ный материал, не переходящий из высокоэластического состоя­ния в вязкотекучее даже при температуре разложения (выше 415°С). Вязкость расплава полимера при температуре 380°С составляет 109-10 Па с. Материал характеризуется высоким коэффициентом термического расширения, который при 380°С достигает максимального значения; при этом объем материала увеличивается на ^ 50% от первоначального. Наряду с низким пределом ползучести полимера это также становится одним из препятствий для получения качественных сварных соединений.

В настоящее время налажен серийный выпуск нескольких новых марок фторопласта-4 (фторопласт-4А, фторопласт-4АТ), которые представляют собой сыпучие материалы, что облегчает их переработку в изделия.

Близок к фторопласту-4 по физико-механическим и электри­ческим характеристикам фторопласт-4Д, который перерабаты­вается методом экструзии (получившим название «экструзия пасты») в профильные изделия (тонкостенные трубы, изоляция, пленочные покрытия).

В настоящее время выпускают фторсодержащие полимеры и сополимеры, способные при нагреве образовывать расплав и, следовательно, перерабатываться обычными для термопластов высокопроизводительными методами: горячим и литьевым прес­сованием, экструзией, литьем под давлением. К ним относятся фторопласты-4МБ, -40, -42, -3, -4Н, - ЗМ, -30, -32Л, -2, -26, -23, -1, -100, -400, -50. Плавкие фторопласты уступают фторопласту-4 по теплостойкости, диэлектрическим свойствам, однако более на­дежны в работе при высоких механических нагрузках и повышен­ной радиации.

Некоторые марки плавких фторопластов (фторопласты-26,

-23, -42, -32Л, -4Н, -2, -2М, -1) растворяются в органических растворителях, что дает возможность применять для них методы переработки из растворов, а также сваривать их с помощью растворителя.

Фторопласт-1 - поливинилфторид (в США - дельвар) - кри­сталлический материал, который характеризуется твердостью, высокой механической прочностью к истиранию и многократным перегибам, высокой атмосферостойкостью. Особенностью фто­ропласта-1 является высокая вязкость расплава, обусловленная регулярным строением полимера и наличием в нем водородных связей. Полимер перерабатывается из расплава в присутствии латентных растворителей, активных по отношению к фторо­пласту-1 при температуре выше 100°С.

Фторопласт-2 - поливинилиденфторид (в США - кайнар) - вы­сокомолекулярный кристаллический полимер, отличающийся от фторопласта-4 более высокими механической прочностью, твер­достью, жесткостью. Сильно набухает или растворяется при нагревании в кетонах (ацетон, метилэтилкетон), сложных эфирах (2-этилсилэтилацетате), амидных растворителях (диметилацет - амиде и диметилсульфоксиде),

Фторопласт~2М - модифицированный фторопласт-2, облада­ющий большей эластичностью и более низкой температурой плавления кристаллической фазы, повышенной растворимостью. Вязкость расплава фторопластов-2 и -2М при 240°С составляет 103- 105 Пас, что позволяет перерабатывать их обычными методами на стандартном оборудовании.

Фторопласт-3 представляет собой полимер трифторхлорэти - лена (в США-кель-Г). Из-за несимметричности основного звена и наличия атома хлора полимер в значительной степени уступает фторопласту-4 по термостойкости и стойкости к растворителям. Фторопласт-3 является кристаллическим полимером и характе­ризуется выраженной зависимостью физико-механических свойств от условий термообработки и степени кристалличности. Степень кристалличности в зависимости от условий термообработки может изменяться от 25 до 80%. Нагревание закаленного образца до 150°С и выше вызывает кристаллизацию полимера, поэтому не рекомендуется эксплуатировать изделия из фторопласта-3 при температурах выше 130°С. Как и фторопласт-4, фторопласт-3 не растворяется при обычной температуре в большинстве раство­рителей, за исключением некоторых хлорированных углеводо­родов, простых эфиров, в которых он набухает, особенно при повышенных температурах. Для инфракрасных лучей полимер позрачен в пределах длин волн от 2 до 7,5 мкм.

Фторопласт-3 перерабатывается в изделия обычными для термопластов методами прессования, литья под давлением, экструзии. Трудности при переработке связаны с близостью температуры расплава и температуры разложения полимера.

Фторопласт-3М - модифицированный фторопласт-3 - отлича­ется меньшей скоростью кристаллизации, меньшими размерами образующихся при кристаллизации сферолитов и более высокой молекулярной массой. Степень кристаллизации не превышает 60%. Материал более эластичен, легче перерабатывается при медленном охлаждении, не делаясь хрупким. Максимальное значение tg 8 при 1 кГц и 20°С составляет 0,024. Фторопласт-ЗМ менее стоек к растворителям и набухает в сложных эфирах, кетонах, ароматических и хлорированных углеводородах.

Фторопласт-4МБ-сополимер тетрафторэтилена с гексафтор - пропиленом (ТФЭ-ГФП, в США-тефлон-ФЕП)-один из наибо­лее близких по свойствам к политетрафторэтилену (ПТФЭ). Он перерабатывается обычными для термопластов способами, что обусловлено пониженной вязкостью его расплава (103 —105 Па с при 300°С). Интервал рабочих температур фторопласта-4МБ от — 190 до 200°С, кратковременно может эксплуатироваться при 260°С.

Фторопласт-40 - сополимер тетрафторэтилена с этиленом (ТФЭ-3, в США-тефзел, в Японии - афлон-КОП, в ФРГ-хоста - флон-ЕТ) - представляет собой кристаллический полимер, обла­дающий более высокими по сравнению с фторопластом-4 механической прочностью, твердостью, упругостью, износостой­костью, сопротивлением к ползучести под нагрузкой. Перераба­тывается обычными для термопластов методами; вязкость расплава различных марок Ф-40 составляет 103- 108 Па с. По теплостойкости фторопласт-40 немного уступает фторопласту-4 (длительно его можно эксплуатировать при 200°С, кратковремен­но-при 250°С). По химической стойкости полимер не уступает фторопласту-4; он не растворяется ни в одном органическом растворителе.

Фторопласт-42 представляет собой сополимер тетрафторэти­лена с винилиденфторидом (ТФЭ-ВДФ) с высокими физико - механическими показателями и атмосферостойкостью. Раство­рим в кетонах и сложных эфирах. Интервал рабочих температур от —80 до 120°С. Фторопласт-42 перерабатывается в изделия методами прессования, экструзии, литья под давлением, хорошо сваривается, имеет довольно низкие диэлектрические характе­ристики.

Фторопласты-10 и 100-мягкие эластичные полимеры с высо­кой термической и химической стойкостью (близкой к хими­ческой стойкости фторопласта-4МБ). По эластичности подобны фторопласту-26, однако в отличие от него стойки к действию органических растворителей.

Фторопласт-26 - высокомолекулярный низкокристаллический растворимый полимер с высокой эластичностью. По механи­ческим свойствам он занимает промежуточное положение между пластиками и каучуками. Растворяется в сложных эфирах и кетонах. Применяется в основном для изготовления пленок, покрытий, а также пластин и профильных фасонных изделий.

Фторопласт-30-сополимер трифторхлорэтилена с этиленом (ТФХЭ, в США-хелар)-представляет собой кристаллический полимер с высокой механической прочностью, зависящей от температуры. Температура длительной эксплуатации фторо­пласта-30 составляет 150-170°С. Низкая вязкость расплава (103-104 Па с при 240°С) позволяет перерабатывать его обыч­ными для термопластов методами.

Фторопласт-32Л - растворимый сополимер трифторэтилена с винилиденфторидом с молекулярной массой 5* 104- 1,6* 105. Растворяется в сложных эфирах и кетонах.

Фторопласг-4Н-сополимер тетрафторэтилена с трифторэти - леном, растворимый в кетонах и сложных эфирах. Выпускается в основном в виде порошка для получения волокон и покрытий из растворов.

Фторопласт-50 - новый фторсодержащий плавкий полимер, наиболее близкий по свойствам к фторопласту-4. Максимальная рабочая температура 250°С, превосходит фторопласт-4 по проч­ностным показателям, обладая наряду с этими высокой эластич­ностью, повышенной адгезией к различным субстратам. Пере­рабатывается методами экструзии, прессования, литья под давлением. Фторопласт-50 - новый фторсодержащий плавкий полимер, наиболее близкий по свойствам к фторопласту-4. Максимальная рабочая температура 250°С. Он превосходит фторопласт-4 по прочностным показателям, обладая наряду с этим высокой эластичностью, повышенной адгезией к различ­ным субстратам. Перерабатывается методами экструзии, прес­сования, литья под давлением. Фторопласт-400-плавкий нераст­воримый полимер аморфной структуры с содержанием кристал­лической фазы не более 25%. Температура плавления 235~245°С.

Фторэластомеры представляют собой высокоэластичные по­лимерные материалы (фторкаучуки). Наибольшее промышлен­ное применение нашли фторкаучуки на основе сополимеров винилиденфторида и трифторхлорэтилена (ВФ-ТФХЭ) с СКФ-32 (в США каучуки типа кель-Г), сополимеры винилиденфторида и гексафторпропилена (ВФ - ГФП) с СКФ-26 (в США-вайтон А), а также сополимеры винилиденфторида и перфторметилвинило - вым эфиром (ВФ-ПФМВЭ) с СКФ-260 (в США~ вайтон). СКФ-32 и СКФ-26 превосходят все известные эластомеры по химической стойкости. Они стойки к концентрированным мине­ральным кислотам и щелочам, многим алифатическим и арома­тическим, хлорированным и нехлорированным углеводородам, бензину, маслам и смазкам, газам. Не рекомендуется исполь­зовать их в контакте со сложными эфирами, кетонами, амйнами. Способность фторкаучуков растворяться в кетонах и сложных эфирах используется при получении герметиков и клеев.

По термостойкости вулканизатов фторкаучуки значительно превосходят другие-эластомеры, за исключением силиконовых. Резины из СКФ-26 могут работать кратковременно при 300-320°С и длительно - при 250°С. СКФ-32 и СКФ-26 исключи­тельно стойки к действию таких сильных окислителей, как кислород4« озон, Погодостойки. Как и все фторполимеры, они характеризуются хорошими электроизоляционными свойствами. Изделия из этих материалов отличаются длительным сроком службы и стойкостью к истиранию.