Переработка и применение политетрафторэтилена

Политетрафторэтилен не переходит в вязкотекучее состояние до температуры термического распада, близкой к 450°С. Практическая неплавкость и нерастворимость политетрафторэтилена затрудняют его переработку в изделия. Поэтому методы получения из него изделий специфичны. Исходный полимер представляет собой рыхлый волокнистый порошок с насыпной плотностью 0,40—0,45 г/см³, обладающий способностью размягчаться и спекаться около 360—380°С. Непосредственное прессование изделий сложной конфигурации весьма затруднительно, так как в процессе прессования могут происходить структурные изменения, приводящие к короблению и растрескиванию изделий. Поэтому для изделий сложной конфигурации (ступенчатые и конические втулки с углублениями и выступами) применяются специальные методы прессования. Обычный метод переработки политетрафторэтилена в

изделия состоит из: 1) подготовки порошка к таблетированию, 2) холодного таблетирования, 3) спекания таблеток, 4) их охлаждения и 5) обработки на механических станках.

Подготовка фторопласта к таблетированию заключается в его рыхлении на центробежной машине со шнековым дозатором и калибрующим диском, так как фторопласт комкуется при хранении. В некоторых случаях перед рыхлением для удаления низкомолекулярных продуктов фторопласт подвергают термообработке в течение 2 ч. при 250—270°С.

Таблетирование проводят в съемных пресс-формах при давлении 200—300 кг/см² без нагревания. При чрезмерно высоких давлениях (выше 700 кг/см²) наблюдается растрескивание уже готовых изделий, а при низких образуются таблетки с недостаточно плотной структурой, что приводит к повышенной усадке и понижению механической прочности изделий. Плотность полученной таблетки — 1,83 г/см³. Спекание таблеток, вынутых из пресс-формы, происходит при 360—380°С в специальных электрических печах с воздушной циркуляцией для получения равномерной температуры. При спекании таблетка становится прозрачной и дает усадку, причем плотность ее повышается до 2,3 г/см³. Чем больше давление при таблетировании, тем меньше усадка; при давлении 400 кг/см² усадка практически не наблюдается.

Весьма ответственной операцией является охлаждение спекшихся таблеток, так как от скорости и равномерности охлаждения зависит структура полимера. Охлаждение может проходить как с закалкой, так и без нее. В последнем случае таблетки непосредственно в печи охлаждаются до 250°С, затем после охлаждения до комнатной температуры их обрабатывают на механических станках. Как и для других пластмасс, рекомендуется применять высокие скорости резания и малые подачи резца. Специальными методами шнек-прессования можно получать трубы для химического аппаратуростроения. Для получения пленок вначале приготовляют цилиндрический блок полимера, который подвергают строжке; строганая пленка имеет толщину 15—1000 мкм, не ориентирована и обладает постоянством размеров при нагреве, но ее электрическая прочность сравнительно невысока (~30 кВ/мм) из-за наличия мелких отверстий. Поэтому ее раскатывают между горячими валками, при этом получается, пленка толщиной ~7 мкм с электрической прочностью 100—250 кВ/мм вследствие закрытия отверстий. Нагревание раскатанной пленки вызывает ее усадку, что используется при намотке пленки на жилу кабеля.

При непрерывном способе получения фторопластовой пленки порошкообразный полимер из вибропитателя поступает на валки. Сжатый до формы ленты он проходит ванну (печь), обогреваемую расплавленной солью с температурой 380°С. Спекшаяся пленка на выходе из печи принимается тянущими и раскаточными валиками, затем обрезают края пленки и наматывают ее в рулон.

Нанесение политетрафторэтиленовой электроизоляции на провода производится посредством навивания фторопластовой пленки на провод. Политетрафторэтиленовые покрытия наносятся также в виде суспензий кистью, окунанием и пульверизацией.

Освоено изготовление политетрафторэтиленовых волокон (нерастворимость и неплавкость политетрафторэтилена исключает обычные методы формования волокон из расплава или из раствора). Эти волокна обладают сравнительно высокой плотностью (2,3 г/см³) и невысокой механической прочностью. Поэтому применение их целесообразно в условиях агрессивной среды и высокой температуры, которых не могут выдержать другие синтетические волокна.

Исключительно высокие диэлектрические свойства политетра- фторэтилена, практически не зависящие от частоты и температуры в пределах —60—200°С, позволяют широко применять его для высокочастотных и ультравысокочастотных установок.

Фторопласт-4 применяется как электроизоляционный материал при изготовлении высокочастотных кабелей, работающих при температуре до 250°С. Провода с политетрафторэтиленовой изоляцией применяются в электромоторах, трансформаторах, на кораблях, в радарных, контрольно-измерительных установках и для изготовления печатных схем в электронных установках. В химической аппаратуре фторопласт-4 применяется для изготовления труб, прокладок, сальниковых набивок, манжет и других уплотнительных устройств, сильфонов, деталей насосов и фильтрующих перегородок. Низкий коэффициент трения позволяет применять фторопласт-4 в качестве вкладышей подшипников.

Недостатками политетрафторэтилена, помимо трудности его переработки в изделия, являются хладотекучесть и малая твердость. Наиболее распространены следующие марки политетрафторэтилена: фторопласт-4, тефлон, флюон. Разновидностью политетрафторэтилена является фторопласт-4Д, который весьма близок по свойствам к фторопласту-4, но отличается более низким молекулярным весом и шарообразной формой частиц, имеющих диаметр 0,1—0,3 мкм. Фторопласт-4Д получают эмульсионной полимеризацией по специальному режиму.

Для переработки в изделия применяется так называемый «смазанный» фторопласт, причем в качестве смазки, облегчающей переработку, применяются органические жидкости, например чистый бензин или 6%-ный раствор полиизобутилена в бензине. Из фторопласта-4Д изготовляют кабельную оболочку, трубы и другие профильные изделия, которые подвергают спеканию при температуре выше 300°С с последующим быстрым охлаждением.

Весьма затруднительно склеивание фторопласта-4. В некоторых случаях, когда требуется прочность склеивания не более 400 г/см², следует применять полиизобутилен. Повышенную прочность склеивания (25—100

кгс/см²) обычными клеями, например БФ-2, обеспечивает предварительное травление фторопласта-4 аммиачным раствором амида натрия, однако этот метод связан с возможностью получения тяжелых ожогов и поэтому может применяться лишь специально подготовленными работниками и в особых условиях.

Сварка фторопласта-4 проводится с применением пасты, полученной смешением 35 вес. ч. порошка фторопласта-4 с 65 вес. ч. фторуглеродного масла. Паста наносится на свариваемые детали при 75°С. После соединения свариваемых частей под давлением около 3 кгс/см² следует термообработка в течение 5—10 мин при 370°С.

Вопросы для самопроверки:

1. Полимеризация тетрафторэтилена.

2. Охарактеризуйте технические методы получения различных полимеров.

3. Переработка и область применения политетрафторэтилена.