Содержание
Наряду с машиностроением и электроэнергетикой химическая промышленность играет огромную роль в хозяйстве страны. В России доля химической отрасли в общем объеме выпуска продукции составляет 9—10%, но в мировом объеме производства химической продукции Россия занимает только 11 место с долей 2,1%. При этом объем импорта химического сырья и товаров составляет около 17%, а объем экспорта ниже более чем в 2 раза — всего 7,4%.
Одним из основных секторов химической промышленности является производство полимеров, в значительной мере являющееся импортозависимым. Например, при годовом объеме производства полиэтилена около 1,8 млн тонн и полипропилена около 1,3 млн тонн объем импорта сырья по различным их видам составляет от 20 до 80%.
Несравнимый по объемам выпуска сектор производства фторсодержащих полимеров — всего 7—8 тыс. тонн в год — выгодно отличается экспортоориентированностью — до 73% сырья и готовой продукции. Причиной такого прорыва отечественных производителей фторопластов на мировом рынке является востребованность и растущая потребность рынка в этих материалах, а условием — лидирующие позиции российской науки и производства в секторе фторполимеров.
История открытия и развития
Одним из самых удивительных свойств фторопласта является его химическая инертность. По химической стойкости материал превосходит все благородные металлы и существующие синтетические материалы. Удивительным является то, что имя ему дал фтор — самый активный неметалл.
Открытие полимеров на основе фтора в 1938 году относится к категории случайных — при закачке газообразного тетрафторэтилена произошел неожидаемый процесс полимеризации газа с образованием порошкообразного белого материала со специфическим набором химических и физических свойств. В ближайшие годы производство материала, запатентованного под маркой «тефлон», было освоено в США в промышленном масштабе.
Параллельно в научных лабораториях велась активная работа по изучению и получению химических соединений с использованием и других фторсодержащих органических соединений, относящихся к группе фторолефинов. В результате промышленность получила в свое распоряжение целую группу новых материалов, объединенных под общим названием фторопласты или фторлоны.
В СССР этот материал попал в годы Второй мировой войны в составе военной техники, поставляемой союзниками по ленд-Лизу. Период научного и промышленного освоения составил около 10 лет с 1947 по 1956 год.
Историю развития фторопластов нельзя считать законченной и сегодня. Все десятилетия ряд фторопластов и фторкаучуков дополнялся и продолжает пополняться за счет модификации различными добавками, присадками и совершенствования технологии производства.
Производство и основные виды фторполимеров
Технология производства фторсодержащих полимеров состоит из нескольких этапов. На первом из хлорсодержащих органических соединений получают исходный фторсодержащий мономер. Порошкообразный или гранулированный материал получают из газообразного сырья в химических реакторах путем полимеризации или сополимеризации под давлением в присутствии эмульгаторов и инициаторов. Товарный фторопласт в виде готовых деталей или заготовок изготавливают методом холодного прессования с окончательным запеканием.
В настоящее время отсутствует единая международная система обозначения фторсодержащих полимеров, российскому обозначению класса — фторопласты — соответствуют «тефлон» (США), «гостафлон» (Германия), «сорефлон» (Франция), «алгофон» (Италия) и так далее. Общепринятым среди производителей является дополнительное к торговой марке указание, какой фтормономера использовался в качестве исходного сырья.
Отечественные марки фторопластов выпускаются как по государственным стандартам, так и по техническим условиям предприятий-изготовителей. Обозначение типа начинается с буквы Ф, дополнительные буквы указывают на назначение или технологию производства полимера. Первая цифра указывает число атомов фтора в исходном для синтеза соединении, комбинация цифр указывает на сополимер.
Для производства фторопластов в основном используют три исходных фторсодержащих соединения, соответственно весь многочисленный ряд полимеров представляет собой модификации или сополимеры трех основных типов:
- политетрафторэтилен Ф-4 (аббревиатура ПТФЭ или PTFE);
- политрифторхлорэтилен Ф-3 (PCTFE или ПТХФЭ);
- поливинилиденфторид Ф-2 (PVDF или ПВДФ).
По сравнению с металлами и многими пластиками фторопласты обладают меньшей механической прочностью и мягкостью, поэтому не предназначены для работы под нагрузкой. Их использование определяют другие качественные характеристики — низкий коэффициент трения, низкая электропроводность и адгезия, химическая инертность.
Универсальный композит Ф4
Благодаря совокупности технических характеристик фторопласт 4 получил наибольшее применение в промышленности и бытовом использовании.
Плотность фторопласта Ф 4 составляет 2,12—2,2 г/см. куб. Он обладает одним из самых низких коэффициентов трения — 0,04 по стали, однако он увеличивается при значительном сроке службы и с повышением температуры из-за низкой теплопроводности. В качестве самостоятельных опорных или подшипниковых узлов фторопласт не используется, его антифрикционные свойства находят применение в композитных металлофторопластовых материалах, из которых изготавливают антифрикционные вкладыши, втулки, ленты, или в смазочных материалах с добавлением мелкодисперсного фторопласта.
Ограничивают область применения фторопласта и его свойства термостойкости. Ф4 обладает наиболее широким диапазоном допустимой для фторопластов температуры эксплуатации — от -270°С до +260°С и максимальной температурой плавления +327°С.
Достоинством фторопласта являются его высокие диэлектрические свойства — удельное электрическое сопротивление, электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. В электротехнике и электронике из Ф4 изготавливают изоляцию проводов, подложки печатных плат, диэлектрические прокладки и изоляторы.
Наиболее широкую область применения обеспечивают фторопласту 4 характеристики химической стойкости и инертности. Он выдерживает действие любой агрессивной среды, кроме расплавов щелочных металлов, трехфтористого хлора и элементарного фтора
Для работы с химически агрессивными веществами используют изготовленные из фторопласта или футерованные трубопроводы, сосуды и резервуары любого объема, насосы и клапаны с рабочими деталями и узлами из фторопласта.
Благодаря совокупности свойств химстойкости, текучести и гидрофобности фторопласт применяют в качестве уплотнительного материала — прокладок, сальниковых, манжетных и сильфонных уплотнений. Для бытовых нужд многие вместо традиционной льняной пакли давно используют ленту ФУМ.
Хорошо знакомы с фторопластом и домохозяйки, зачастую и не догадываясь о его существовании. Для них более привычным материалом является тефлон в качестве антипригарного покрытия кастрюль, сковородок, утюгов, конфорок и рабочих столов кухонных плит. Использование тефлона в пищевой промышленности ограничено максимальной температурой 315 °C, поэтому ни в коем случае нельзя допускать перегрева посуды или приборов с тефлоновым покрытием. Кроме того, эти покрытия очень чувствительны к механическим воздействиям и требуют соблюдения предписанных производителем правил ухода и чистки.
Модификации Ф4
Наряду с Ф4 широко используются и его многочисленные модификации. В качестве примера можно взять некоторые из них:
- Содержащий 20% кокса коксофторопласт Ф4К20 при меньшей плотности обладает большей твердостью, износостойкостью и механической прочностью на сжатие, что позволяет изготавливать из него поршневые кольца для компрессоров.
- Коксофторопласт Ф4К15М5 с 5% добавкой дисульфида молибдена и повышенной износостойкостью пригоден для работы в узлах и опорах подшипников скольжения.
- До 15% стекловолокна содержат модификации стеклофторопластов Ф4С15 и Ф4С15М5. Благодаря эластичности и износостойкости материалы используются в качестве уплотнений, а композиция Ф4С15М5 с добавкой 5% дисульфида молибдена и во влажной среде.
- Самосмазывающаяся антифрикционная композиция Ф4КС2 с легирующей добавкой кобальта синего пригодна для работы в парах трения с бронзой, резиной и многими сплавами и в агрессивных средах.
Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими использовать его во множестве отраслей промышленности, а также в медицине и бытовом хозяйстве.
