Политетрафторэтилен (PTFE)¶

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE, политетрафторэтилен) — фторсодержащий термопластичный полимер с химической формулой (C₂F₄)ₙ, получаемый полимеризацией тетрафторэтилена. Относится к классу фторопластов; в России промышленно выпускается под маркой фторопласт-4 (Ф-4). Обладает рядом уникальных свойств: химической инертностью, низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур и высокой электроизоляцией.

¶История

Политетрафторэтилен был открыт в 1938 году случайно: химик Рой Планкетт из компании DuPont работал с газом тетрафторэтиленом и обнаружил, что в баллонах с газом образовалось белое порошкообразное вещество — продукт полимеризации, произошедшей под давлением. Первоначально материал оставался секретом DuPont и применялся в военных целях, в частности для уплотнений в атомной программе (из-за устойчивости к агрессивным средам и урановой гексафторидной коррозии).

В СССР промышленное производство фторопласта-4 было налажено в 1940-х годах; основным производителем стал завод «Полимер» в Кирово-Чепецке (Кировская область). В 1950-е годы материал получил широкое применение в химической, радиотехнической и пищевой промышленности.

¶Свойства

Ключевые особенности:

• Химическая инертность — ПТФЭ не вступает в реакцию практически ни с одним реагентом, кроме расплавленных щелочных металлов и фтора при высоких температурах.
• Низкое трение — поверхность ПТФЭ скользит почти как лёд по льду.
• Низкая адгезия — к нему практически не прилипают другие материалы, что делает его идеальным антипригарным покрытием.
• Диэлектрические свойства — ПТФЭ не проводит ток и сохраняет изоляционные свойства в широком диапазоне температур и частот.
• Биологическая инертность — материал не токсичен и не вызывает реакций с биологическими тканями.

Недостатки: низкая механическая прочность (в 10–15 раз ниже, чем у полиэтилена), текучесть под нагрузкой (ползучесть), высокая стоимость и сложность переработки (ПТФЭ не плавится, а размягчается, поэтому его нельзя обрабатывать классическим литьём — применяют холодное прессование с последующим спеканием).

¶Модификации

Чистый ПТФЭ имеет ряд ограничений, поэтому разработаны его модификации:

• Фторопласт-4Д — с наполнителем из дисульфида молибдена для снижения износа.
• Фторопласт-4МБ — с наполнителем из стекловолокна и графита для повышения прочности.
• Фторопласт-4Н — с добавкой нитрида бора.
• PTFE-графит и PTFE-бронза — для подшипников скольжения.
• ЭПТФЭ (expanded PTFE) — вспененный ПТФЭ, применяемый в прокладках и уплотнениях.

¶Применение

ПТФЭ применяется практически во всех отраслях промышленности:

• Химическая промышленность — футеровка реакторов, трубопроводов, клапанов, работающих с агрессивными средами.
• Машиностроение — подшипники скольжения, направляющие, уплотнительные кольца, самосмазывающиеся втулки.
• Электротехника и радиоэлектроника — изоляция кабелей, диэлектрические подложки, изоляция проводов высокой частоты.
• Пищевая промышленность — антипригарные покрытия посуды и форм для выпечки.
• Медицина — имплантаты, катетеры, шунты (благодаря биологической инертности).
• Строительство — мембранные кровли, гидроизоляция.
• Нефтегазовая отрасль — прокладки, уплотнения, футеровка бурового инструмента.

¶Экология и безопасность

При нагреве выше 350 °C ПТФЭ разлагается с выделением токсичных фторсодержащих газов, поэтому при обработке материала (резке, сварке, плавке) необходима вентиляция. В пищевых покрытиях современные производители отказались от использования перфтороктановой кислоты (ПФОК) и её солей — веществ, связанных с рисками для здоровья; в России и Евросоюзе их применение в антипригарных покрытиях ограничено.

¶Интересные факты

• ПТФЭ был первым материалом, с помощью которого удалось создать антипригарную поверхность — в 1954 году компания Tefal (дочерняя структура DuPont) выпустила первую сковороду с покрытием Teflon.
• Слово «тефлон» является торговым знаком DuPont и используется как обиходное название ПТФЭ во многих странах.
• ПТФЭ применяется в космической технике: как смазка и покрытие деталей, работающих в вакууме и при экстремальных температурах.

¶Источники

• ГОСТ 10007-80. Пластмассы. Методы испытаний.
• Булавин Л. А. Фторопласты. — М.: Химия, 1975.
• Карпов В. А. Фторопласт-4. Свойства и применение. — М.: Химия, 1966.
• DuPont Technical Data Sheets: Teflon PTFE.
• Справочник химика. Том 2. — Л.: Химия, 1964.