Тефлоновые покрытия: как и для чего они создаются?
- История появления тефлона
- Сферы применения ПТФЭ
- Тефлон в составе смазочных материалов
- Преимущества тефлоновых покрытий
История появления тефлона
Об уникальных свойствах тефлона известно многое. Изготовление антипригарной посуды – самая популярная сфера его применения в бытовых целях. Однако тефлон широко распространен и во многих промышленных областях: в медицине, приборостроении, электронике, текстильной промышленности и даже авиастроении.
Что это за материал и как он появился?
Тефлон – это зарегистрированный товарный знак политетрафторэтилена, которые был изобретен еще в 1938 году на химическом концерне DuPont. Один из его сотрудников, Рой Планкетт, случайно обнаружил, что тетрафторэтилен (ТФЭ), который был закачан в баллоны под давлением, изменил свое агрегатное состояние, превратившись из газа в порошок белого цвета.
Полученное вещество он назвал полимерным тетрафторэтиленом (ПТФЭ). Опытным путем было выявлено, что данный материал устойчив к ультрафиолету и химически агрессивным средам (кислотам, щелочам, спиртам, эфирам, бензину, фреонам). Он не способствует развитию плесени и грибка, не подвержен коррозии и не горюч, имеет нулевую гигроскопичность и очень высокое сопротивление электрическому току.
Температура начала плавления политетрафторэтилена составила, по проведенным измерениям, и составляет сегодня +260 °C. Современные разновидности ПТФЭ могут выдерживать и до +327 °С.
Полимерный тетрафторэтилен был запатентован в 1941 году, с тех пор началось его массовое производство.
В последующие годы тефлон широко применялся в качестве разделительного и защитного средства. Вначале – в военной сфере и промышленности: при производстве различных подшипников, клапанов и прокладок. С 1949 года – в пищевой отрасли.
В 1955 году была выпущена первая сковорода с тефлоновым покрытием, а уже через год свое существование начала компания Tefal Corporation, завоевавшая всемирную популярность своей продукцией с антипригарными свойствами.
Сферы применения ПТФЭ
Благодаря уникальным характеристикам политетрафторэтилен, а также смазки и антифрикционные покрытия на его основе широко применяются в самых различных отраслях промышленности.
Тефлоном покрывают внутренние поверхности трубопроводов, перекачивающих химически агрессивные жидкости. В станкостроении ПТФЭ используется для обработки подшипников и других узлов, испытывающих большие нагрузки. Пластины из фторопласта являются составными элементами эстакад, мостов и путепроводов. Скольжение по тефлону позволяет пролетам, из которых состоят эти конструкции, меньше подвергаться вибрациям, что особенно актуально в местах с повышенной сейсмоактивностью. По тем же причинам пластины из ПТФЭ используются в перекрытиях многоэтажных зданий.
Благодаря гидрофобности, химической инертности и текучести тефлон успешно применяется для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений.
Отличная теплостойкость политетрафторэтилена позволяет использовать его при производстве аэрокосмической техники.
ПТФЭ покрывает трубопроводы и сальники в насосах, перекачивающих жидкие пищевые продукты: растительные масла, молоко, жиры, эмульгаторы.
Тефлон обладает высокой разделительной способностью, поэтому активно применяется для придания антипригарных свойств кухонной посуде, утюгам и гладильным доскам.
Тонкая пленка ПТФЭ на лезвиях бритв облегчает их скольжения и значительно продлевает срок службы.
Высокое напряжение пробоя и крайне низкие диэлектрические потери делают политетрафторэтилен отличным средством изоляции проводов в электротехнических приборах.
Тефлон широко используется в текстильной промышленности – в целях придания тканям особой прочности, устойчивости к моющим средствам, водо- и грязеотталкивающих свойств. Из материалов, пропитанных ПТФЭ, изготавливают ветро- и влагозащитную одежду, кухонные скатерти и другие изделия.
Успешные эксперименты по вживлению тефлона в тело человека позволили применять его в сфере имплантирования и протезирования: для изготовления искусственных сосудов, клапанов сердца и некоторых других частей организма.
Тефлон в составе смазочных материалов
Коэффициент трения политетрафторэтилена ниже, чем у тающего льда, и этим активно пользуются производители смазочных материалов.
ПТФЭ является компонентом автомобильных масел и полиролей, многих промышленных смазок и антифрикционных покрытий (АФП). Последние являются лучшими средствами для снижения трения и износа сопряженных поверхностей.
Покрытия на основе тефлона отличаются высокой прочностью и гладкостью смазочного слоя.
В ряде случаев они могут выполнять функцию аварийной смазки, позволяя механизмам работать даже при полном масляном «голодании».
Химическая стойкость политетрафторэтилена выше, чем у других синтетических материалов и благородных металлов, поэтому ПТФЭ-покрытия не разрушаются под воздействием кислот, растворителей, нефтепродуктов и других агрессивных сред.
Рассмотрим ПТФЭ-покрытия на примере материалов MODENGY.
MODENGY 1010 и MODENGY 1011 используются при обслуживании пневмооборудования, компонентов автомобильной техники, поверхностей скольжения оборудования по переработке полимеров (запаечных губок, калибраторов, охлаждающих столов), подвижных уплотнений с полимерными материалами, резьбовых соединений в приборостроении и автомобильной техники. Они отверждаются при нагреве до +180 °С за 60 минут и работают в диапазоне температур от -70 до +250 °C.
Покрытие MODENGY 1014, помимо ПТФЭ, включает дисульфид молибдена, что придает ему повышенную несущую способность и износостойкость. Данное АТСП используется в узлах трения скольжения, шлицевых и шпоночных соединениях, а также других узлах с парами трения металл-металл, подверженных воздействию высоких температур, пыли, влаги и химически агрессивных веществ. Оно работает при температурах от -75 °C до +255 °C и отверждается при нагреве до +200 °С за 40 мин.
Покрытие MODENGY 1012 применяется для снижения трения в уплотнительных устройствах гидрозатворов, а также для устранения скрипа пластиковых деталей салона автомобиля. Материал создает прочный защитный слой, который предотвращает скачкообразное движение и устойчив к смыванию водой. Состав отверждается при комнатной температуре за 30 минут, работает в диапазоне температур от -50 до +130 °С.
Покрытие MODENGY PTFE-A20 используется для снижения трения в уплотнительных устройствах трубопроводной арматуры, также предотвращает прилипание упаковочного материала в узлах и деталях упаковочного оборудования. Сухой смазочный слой состава обеспечивает плавность работы механизмов на длительный срок. Полимеризуется материал при комнатной температуре за 30 минут, работает в диапазоне температур от -50 до +130 °С.
Выбор конкретного АТСП зависит от поставленной задачи, конструкции обрабатываемых деталей и условий их эксплуатации.
Преимущества тефлоновых покрытий
ПТФЭ-покрытия, как и любые другие АТСП, создают на поверхностях сухую защитную пленку, на которую не налипает пыль и другие абразивные частицы.
Рис. Крепежные детали до и после нанесения покрытия MODENGY 1014
Кроме того, мельчайшие частицы политетрафторэтилена придают тефлоновым покрытиям ряд уникальных свойств:
- Прекрасную разделительную способность за счет очень низкого коэффициента трения
- Термостабильность благодаря определенным физико-химических свойствам политетрафторэтилена
- Отличные противозадирные и противоизносные свойства: по ним с тефлоновыми покрытиями могут конкурировать только дисульфидмолибденовые
- Практически полную химическую инертность и способность работать в прямом контакте с концентрированными кислотами, щелочами, аминами, сжатым и жидким кислородом, а также другими химически активными соединениями
Все эти качества позволяют назвать тефлоновые покрытия материалами XXI века. Их применение в различных отраслях дает возможность не только повышать качество продукции, но и существенно экономить на некоторых производственных процессах.