Тефлоновые покрытия: свойства и достоинства

Что такое тефлон? Немного истории

В сети Интернет можно найти достаточное количество информации о тефлоне как веществе с уникальными свойствами, использующемся в самых различных сферах человеческой деятельности – начиная от изготовления антипригарной посуды и заканчивая авиастроением.

Тефлон – это зарегистрированный товарный знак политетрафторэтилена. Как и многие другие материалы, он был изобретен случайно.

В апреле 1938 года сотрудник химического концерна DuPont Рой Планкетт обнаружил, что закачанный под давлением в баллоны тетрафторэтилен (ТФЭ) изменил свое газообразное состояние, превратившись в белый порошок.

Полученное вещество назвали полимерным тетрафторэтиленом (ПТФЭ).

Опыты показали, что данный материал нечувствителен к плесени, грибку, серной, азотной и уксусной кислотам, щелочам, спиртам, эфирам, фреонам и бензину. Последующее изучение выявило его устойчивость к ультрафиолету, нулевую гигроскопичность, негорючесть, неподверженность коррозии, очень высокое сопротивление электрическому току.

Температурный диапазон начала плавления политетрафторэтилена составил (и составляет сегодня) +260 °C. Современные разновидности ПТФЭ могут выдерживать до +327 °С.

В 1941 году патент на полимерный тетрафторэтилен был одобрен, началось его массовое производство.

В последующие годы тефлон широко применялся в военной сфере, а также при производстве различных деталей общепромышленного назначения: подшипников, клапанов, прокладок. С 1949 года ПТФЭ стали использовать в пищевой промышленности. В 1955 году была выпущена первая сковорода с антипригарным тефлоновым покрытием, и уже через год появилась компания Tefal Corporation, продукция которой и сегодня является эталоном качества.

Практически с самого открытия ПТФЭ использовали в качестве разделительного и защитного средства. На поверхностях оно образует почти прозрачную гибкую и эластичную пленку.

Одно из главных преимуществ тефлона перед другими твердыми материалами – низкий коэффициент трения даже при температурах ниже нуля.

Благодаря уникальным характеристикам политетрафторэтилен, а также смазки и антифрикционные покрытия на его основе широко применяются для различных целей.

Где используется ПТФЭ?

Тефлон в качестве покрытия широко используется в химической, пищевой, электротехнической промышленности, в военной сфере и медицине.

В химической промышленности политэтрафторэтилен выстилает трубопроводы, перекачивающие химически агрессивные жидкости. В станкостроении им покрывают подшипники и другие узлы, испытывающие большие нагрузки. В строительстве пластины из фторопласта являются элементами эстакад, мостов и путепроводов. Скольжение по тефлону позволяет пролетам, из которых состоят эти конструкции, откликаться на вибрации. Особенно это важно в сейсмоактивных местностях. По тем же причинам пластины из ПТФЭ используют в местах крепления балок перекрытия в некоторых высотных зданиях.

Благодаря химической инертности, гидрофобности и текучести тефлон получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ).

Отличная теплостойкость политетрафторэтилена позволяет применять его в процессе производства высокочастотной и аэрокосмической техники.

В пищевой промышленности ПТФЭ покрывает трубопроводы и сальники в насосах, перекачивающих растительные масла, жиры, молоко, эмульгаторы.

В текстильной промышленности тефлон используют для покрытия тканей в целях придания им особой прочности, грязеотталкивающих свойств, устойчивости к моющим средствам. Из материалов, пропитанных ПТФЭ, производят кухонные скатерти, ветро- и влагоотталкивающую одежду для спорта и активного отдыха.

Успешные эксперименты по вживлению тефлона в тело человека позволили применять его в сфере имплантирования и протезирования: ПТФЭ используется для изготовления искусственных сосудов, клапанов сердца и некоторых других жизненно важных частей организма.

Тефлон обладает высокими антипригарными свойствами, поэтому активно применяется при изготовлении посуды (кастрюль, сковород, форм для выпечки), утюгов, гладильных досок. В виде тончайшей пленки тефлоновое покрытие наносят на лезвия бритв, что облегчает их скольжения и значительно продлевает срок службы.

Политетрафторэтилен характеризуется высоким напряжением пробоя, а также крайне низкими диэлектрическими потерями, поэтому служит для изоляции проводов в электротехнических приборах.

Тефлон в составе смазочных материалов

Благодаря тому, что политетрафторэтилен обладает самым низким среди других твердых веществ коэффициентом трения (меньше, чем у тающего льда), его активно используют производители смазочных материалов. Наряду с другими компонентами тефлон входит в состав многих промышленных смазок, автомобильных масел и полиролей, а также антифрикционных покрытий – средств, специально предназначенных для снижения трения и износа поверхностей.

Материалы с мелкодисперсным фторопластом обеспечивают высокую прочность и износостойкость смазочного слоя.

Оседая на трущихся металлических и пластиковых поверхностях, частицы ПТФЭ улучшают их скольжение, снижают трение и фрикционный износ. В ряде случаев тефлоновое покрытие может выполнять функцию аварийной смазки, позволяя механизмам работать даже при полном масляном «голодании».

По своей химической стойкости тефлон превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы, поэтому ПТФЭ-покрытия, достигшие полной полимеризации, не разрушаются под воздействием агрессивных сред: масел, кислот, растворителей и пр.

Микронные и наномикронные частицы политетрафторэтилена придают тефлоновым покрытиям ряд общих уникальных свойств:

• Великолепную термостабильность: ПТФЭ-покрытия практически не термоупрочняются, как это случается с графитовыми – это объясняется рядом физико-химических свойств порошка политетрафторэтилена
• Отличные противозадирные и противоизносные свойства: по ним с тефлоновыми покрытиями могут конкурировать только дисульфидмолибденовые
• Практически полную химическая инертность и способность работать в контакте с концентрированными кислотами, щелочами, аминами, гидразинами и другими химически активными соединениями, в том числе, со сжатым и жидким кислородом

Сегодня тефлоновые составы имеются в номенклатуре практически всех ведущих производителей смазочных материалов. В России их выпускает компания «Моделирование и инжиниринг».

Линейка тефлоновых покрытий MODENGY включает 3 продукта: MODENGY 1010, MODENGY 1011 и MODENGY 1014.

Все они характеризуются высокой адгезией, антикоррозионными свойствами, устойчивостью к большинству химически агрессивных сред. АТСП на основе тефлона совместимы с полимерами и эластомерами, предотвращают скачкообразное движение поверхностей, обладают свойствами антиаварийной смазки, обеспечивают эстетичный внешний вид деталей.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY 1010 и MODENGY 1011 содержат ПТФЭ и полимерное связующее. Они отверждаются при нагреве. Температурный диапазон эксплуатации этих покрытий составляет -70…+250 °C.

MODENGY 1010 и MODENGY 1011 используются в гильзах пневмооборудования, пружинах, скобах, замках, направляющих в автомобильной технике, поверхностях скольжения оборудования по переработке полимеров (запаечных губках, калибраторах, охлаждающих столах), подвижных уплотнениях с полимерными материалами, резьбовых соединениях в приборостроении и автомобильной технике, направляющих скольжения в приборостроении и печатном оборудовании.

Еще одно тефлоновое покрытие – MODENGY 1014, помимо ПТФЭ, включает в состав дисульфид молибдена, что способствует его повышенной несущей способности и износостойкости. Данное АТСП так же отверждается при нагреве, используется в узлах трения скольжения, подверженных воздействию высоких температур, пыли, влаги и химически агрессивных веществ.

Широкое распространение оно нашло при обслуживании автомеханизмов (замков, петель, крепежных элементов), подшипников и направляющих скольжения, шлицевых и шпоночных соединений, а также других узлов с парами трения металл-металл. MODENGY 1014 применятся в авиационно-космической технике, а также на объектах нефте-газового комплекса.

Данное покрытие обладает прекрасной адгезией, прочностью на электрический пробой, высокими антикоррозионными свойствами и длительным сроком службы. Оно предотвращает скачкообразное движение и эффективно защищает детали от фреттинг-коррозии

Выбор конкретного АФП зависит от поставленной задачи, конструкции деталей, которые нуждаются в обработке, и условий их эксплуатации.

Для того чтобы уменьшить вязкость того или иного тефлонового покрытия (если возникает такая необходимость), состав разбавляется специальным растворителем MODENGY 1013. Также он используется для предварительного обезжиривания поверхностей и очистки оборудования после нанесения АТСП.

Все вышеперечисленное делает тефлоновые покрытия, по мнению специалистов, материалами XXI века. Их применение в различных отраслях промышленности дает возможность повышать качество продукции и существенно экономить средства, затрачиваемые в процессе производства.