Фторопласт свойства и характеристики
Фторопласт Ф4 по своим характеристикам является самым прочным полимером в мире, который состоит из соединения атомов углерода и фтора. Именно поэтому по многим свойствам фторопласт превосходит даже драгоценные металлы.
Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами и характеристиками:
✔Не окисляется и не подвержен коррозии.
✔Обладает высокой плотностью и стойкостью.
✔Фторопласт-4 отмечен в книге рекордов Гиннеса как самый скользкий материал, что открывает полимеру широчайшие возможности в машиностроительной отрасли и в транспортной промышленности.
✔Фторопласт-4 (он же Тефлон, Политетрафторэтилен ПТФЭ) инертен по отношению к химически агрессивным средам.
✔Обладает очень низким коэффициентом трения.
✔Термостоек — рабочая температура от -269°С до +260°С.
✔Отличный диэлектрик.
✔Не горит.
✔Не впитывает воду.
✔Срок службы более 20 лет.
✔По видам фторопласт Ф4 является самым востребованным по отношению к маркам Ф-2, Ф-3.
Это интересно
Тефлон был открыт в 1938 году химиком Роем Планкеттом, работающим в американской корпорации Kinetic Chemicals. Ученый случайно обнаружил, что газообразный тетрафтор-этилен, закачанный в баллоны под давлением, полимеризовался в порошок, обладающий уникальными свойствами. Патент на этот полимер был выдан в 1941 году. А 8 лет спустя Kinetic Chemicals стала подразделением мирового химического гиганта DuPont. В СССР о политетрафторэтилене узнали во время второй мировой войны, когда советские техники разобрали танк производства США и обнаружили в его башенном механизме большое белое кольцо из фторопласта.
Благодаря своим характеристикам, физико-химическим, механическим и электрическим свойствам, фторопласт используется повсеместно, детали и изделия из этого пластика применяют во всех сферах, от космической промышленности, медицины, судостроения, до бытовых изделий.
- получение хлордифторметана по реакции Свартса;
- из хлордифторметана путем пиролиза получают тетрафторэтилен;
- в результате полимеризации тетрафторэтилена образуется фторопластовый порошок.
Для производства заготовок в виде фторопласта листового (пластины), стержней (кругляк) применяется способ холодной прессовки и дальнейшего спекания при температуре 365°C. Прессование производится на прессах с гидравлическим приводом, работающих с давлением 350 кгс/см2. Затем из заготовок путем механической обработки в дальнейшем изготавливаются различные изделия. Фторопласт можно обрабатывать практически любым механическим способом – сверлением, шлифованием, фрезерованием, точением. Детали могут целиком состоять из фторопласта, или им покрывают только поверхность изделия для улучшения антифрикционных свойств.
Технология производства фторопласта-4 (политетрафторэтилен) является наиболее технически востребованной и отработанной для современной промышленности.
Виды фторопласта
Фторопласты — это группа фторсодержащих пластмасс. Аналогами российского фторопласта — 4 являются «Тефлон» в США, «Флюон» в Англии, «Гостафлон» в Германии. Российская промышленность выпускает несколько видов фторопласта:
- фторопласт-4 (Ф-4) Политетрафторэтилен ПТФЭ;
- фторопласт-3 (Ф-3) Политрифторхлорэтилен;
- фторопласт-2 (Ф-2) Поливинилиденфторид;
- сополимеры.
Фторопласт-4 обладает наиболее высокой плотностью, термической и химической стойкостью, его чаще всего используют в промышленности и в быту.
Производство фторопласта (Ф-4) с различными модификациями
Пластины (листы) и стержни изготавливаются в соответствии:
Готовая продукция в форме плит, пластин, листов, лент, стержней, труб выпускаются на основании указанных выше технических условий (ТУ)
.
Каждый модифицированный вид обладает определенными свойствами, однако из практики самые востребованными являются марки Фторопласт Ф4 и Фторопласт черный Ф4К20 с повышенной плотностью для фрикционных механизмов, где присутствует трение.
Недостатки фторопласта
- выделяет вредные вещества при нагреве более +300°С;
- не поддается склеиванию без дополнительной обработки, для обеспечения адгезии необходимо провести обработку расплавами окислителей при высокой температуре;
- ползучесть при высоких нагрузках, с помощью модифицирования радиационным воздействием и армирования стекловолокном улучшаются механические свойства фторопласта.
Фторопласт-4 свойства и характеристики технические данные
| Плотность | 2100-2200 кг/м³ |
| Температура плавления кристаллов | +327°С |
| Рабочая температура | от -269°С до +260°С |
| Температура разложения | более 415°С |
| Интенсивность износа | отсутствует |
| Коэффициент трения начальный | 0,04 |
| Коэффициент теплопроводности | 0,25 Вт/(м*К) |
| Твердость по Бринеллю | 30-40 МПа |
| Водопоглощение | отсутствует |
| 20-30 МПа | |
| Относительное удлинение при разрыве | от 250% до 500% |
| Особенности плавления | не плавится |
Вернуться в каталог
Фторопласт применение
Фторопласт применение этого полимерного материала происходит в современной промышленности повсеместно, также его используют и в быту.
Фторопласт очень перспективный и востребованный материал, ученые и инженеры с середины прошлого века изучают его широкие возможности, открывают новые сферы применения этого полимера. Процент производства и использования фторопласта в промышленности с каждым годом растет на 10%, в наше время он доступен и приобрести этот материал может каждый.
Применение фторопласта в различных областях в современном мире происходит повсеместно, начиная от глобальных масштабных проектов, где используют детали из этого конструкционного пластика, и вплоть до напыления на посуде — тефлон. Рассмотрим подробнее, где применяют фторопласт.
Фторопласт в автомобилестроении и машиностроении
Фторопласт в автомобилестроении и машиностроении активно применяют для производства различных запчастей для автомобилей и механизмов машиностроения, используя для этого фторопластовые заготовки в форме листа, пластины, плиты, стержня, круга, трубы. Из фторопласта различными способами изготавливают прокладки, уплотнители, сальники, манжеты, опоры скольжения.
Мягкость и текучесть фторопласта-4 и его модификаций увеличивает срок службы деталей и узлов механизмов, подвергающихся трению.
Фторопласт для электроники и радиотехники
Фторопласт для электроники и радиотехники применяют, так как полимер обладает исключительными изолирующими свойствами. Фторопласт-4 прекрасный диэлектрик (поверхностное электрическое сопротивление 1017 Ом), в электронной промышленности он идеален для изоляции проводов, особенно высоковольтных, разъемов, высоковольтных кабелей и электрических машин.
Актуально его применение для производства уплотнительных деталей поршневого компрессора (например, поршневых колец), для изготовления сухих подшипников, работающих при низких температурах.
Фторопласт ф4 незаменим для химической, атомной и космической промышленности
Фторопласт-4 является незаменимым материалом для химической, атомной и космической промышленности благодаря таким своим свойствам: обладает высокой сопротивляемостью к агрессивным средам, может контактировать долгое время с кислотами и щелочами, даже концентрированными, маслами, сточными водами, солями, керосином, нефтью и разными видами топлива. Фторопласт-4 устойчив к воздействию радиации, плесени, тумана и солнца. Благодаря этим характеристикам пластины (листы) фторопласта-4 широко применяют в химической промышленности для изготовления и футеровки насосов, емкостей для хранения и транспортировки; для защиты различных поверхностей от коррозии; для хранения спирта, смесей на его основе и особо чистых веществ, которые не должны быть загрязнены.
Опыт применения этого полимера показывает, что защищенные фторопластом трубопроводы, реакторы и аппараты успешно функционируют 25—30 лет и более в тяжелых условиях химпроизводства и радиации.
Фторопласт для пищепрома
Фторопласт для пищепрома — этот полимер стал незаменим в этой сфере, он нетоксичен и безвреден для человека. В пищевой промышленности и быту фторопласт используют для изготовления посуды с противопригарным покрытием, кремовых шприцев, насадок для раскатки теста, фильтров и уплотнителей для техники, лезвий бритв. Его наносят тонким слоем способом напыления на поверхности, обеспечивая теплостойкость, несмачиваемость и продлевая срок службы изделий.
Применение фторопласта в медицине
Фторопласт-4 гигиеничен, обладает отсутствием вредного воздействия на организм человека и широко применяется в медицине в качестве емкостей для хранения крови и лекарственных препаратов, как материал для изготовления искусственных кровяных сосудов и клапанов. Из композитов на основе фторопласта изготавливают биосовместимые импланты для пластики уха, носовых перегородок, в стоматологии и офтальмологии.
Современные смазочные материалы с измельченным полимером фторопласт
Фторопласт в измельченном виде применяют в составах смазочных материалов. Благодаря развитию нанотехнологий в России появились различные присадки, масла и смазки с добавлением фторопласта, который в порошковом виде налипает на поверхность, заполняет все микротрещины и дефекты, значительно повышая защиту от трения и износа фрикционных деталей, в том числе при высоких температурах до +260°С. Но нужно понимать, что во многих недостоверных источниках указано, что фторопласт ф-4 российского или китайского производства выдерживает кратковременные нагрузки при +300°С и даже +400°С. На самом деле исходя из нашей практики при таких критических температурах этот полимер начинает деформироваться и разрушаться.
Применение фторопласта в строительстве
В строительстве современных мостов, путепроводов, эстакад и галерей из фторопласта листового делают важнейшие детали конструкций скользящих опор; фторопластовые детали (тефлоновые прокладки) повсеместно используют при строительстве зданий в зонах с повышенной сейсмической активностью, они дают возможность свободного перемещения элементам фундамента и каркаса зданий при землетрясениях.
Фторопласт в текстильной промышленности
Текстильная промышленность также использует фторопласт для своих нужд. Современные высокотехнологичные ткани для пошива одежды покрывают тончайшей пленкой из фторопластового сырья для придания им водоотталкивающих, паропроницаемых, ветрозащитных свойств. Модифицированный фторопласт применяют для пропитки кожаных изделий с целью придания им гидрофобности.
Это интересно
Впервые текстильную промышленность и фторопласт совместили братья Гор. В 1969 году Уилберт и Роберт Гор произвели первую мембранную ткань на основе пористой тонкой фторопластовой пленки для космической программы. Запатентовали эту чудо-ткань под названием Gore-Tex (гортэкс). Позже появились другие аналогичные материалы, которые в настоящее время активно находят применение в производстве спецодежды и обуви.
Вернуться в каталог
Применение фторопласта в различных сферах
Фторопласт – это фторсодержащий синтетический полимер белого цвета, который обладает уникальными свойствами и применяется во многих отраслях промышленности.
Другие названия фторопласта – тефлон, политетрафторэтилен, PTFE, фторопласт-4, фторополимер. Самое первое название материала, «тефлон», зарегистрировано в качестве торговой марки крупнейшего американского концерна Дюпон (Du Pont). В странах бывшего Советского Союза этот материал традиционно именуется фторопластом, а иногда – фторопластом-4.
Немного истории
Первооткрывателем тефлона является американский ученый Рой Планкетт, который в 1938 году, будучи сотрудником фирмы Kinetic Chemicals, стал свидетелем полимеризации газообразного тетрафторэтилена и превращения его в твердое вещество, напоминающее парафин. Полученный материал проявил удивительные по тем временам свойства, поэтому сразу же был зарегистрирован в качестве разработки фирмы Kinetic Chemicals, которая в 1949 году вошла в состав корпорации Дюпон.
В Советский Союз тефлон впервые попал в годы второй мировой войны. Тефлоновое кольцо входило в конструкцию системы поворота башни у танков американского производства, которые поступали в СССР по ленд-лизу.
Советских конструкторов впечатлило то, что для поворота башни у иностранного танка вместо смазки использовалась фторопластовая прокладка. После ознакомления с техническими характеристиками материала было принято решение о налаживании собственного производства. Долгое время применение фторопласта в промышленности, как и технология его производства в Советском Союзе были засекречены.
Технические характеристики фторопласта
Популярность фторопласта связана с тем, что он обладает рядом физических и химических свойств, а также технических показателей, которые превышают аналогичные показатели других материалов:
- высокие диэлектрические характеристики и стойкость к электрической дуге;
- высокая прочность электрическая;
- стойкость к воздействию химических веществ;
- низкие показатели водопоглощения;
- небольшой коэффициент трения;
- малый уровень адгезии;
- биологическая инертность;
- способность сохранять свои свойства в температурном диапазоне.
Области, в которых применяется фторопласт
Сегодня тефлон используется практически во всех сферах хозяйственной деятельности. Его активно используют в медицине, фармацевтике, энергетике и строительстве, конструкциях автомобилей и самолетов. Распространено применение фторопласта в пищевой промышленности. Из него изготавливают наполнители для высокотемпературных мембранных фильтров, термостойкие прокладки различных видов, ответственные элементы запорной и регулирующей арматуры, клапанов и насосного оборудования в химической отрасли.
Машины и механизмы
В производстве транспортных средств, машин, механизмов, в станкостроении и авиационной промышленности используются конструкционные свойства тефлона. В узлах, подвергающихся воздействию больших нагрузок, используются скользящие элементы и подшипники, состоящие из металлического основания, покрытого тефлоном.
Во время работы механизма фторопласт оставляет тонкую пленку на поверхности, с которой соприкасается, благодаря чему удается значительно снизить коэффициент трения.
По этой же причине мелкодисперсный фторопласт иногда вводят в состав смазочных материалов. Тонкий слой тефлонового покрытия, образующийся на трущихся поверхностях элементов в процессе эксплуатации, позволяет механизму некоторое время продолжать работать, если смазка по какой-то причине перестала поступать в систему. Кроме этого, тефлоновые сальники и уплотнительные элементы являются обязательной составляющей трубопроводов и гидравлических систем высокого давления в конструкциях большинства машин.
Медицина и фармацевтика
Фторопласт имеет хорошую совместимость с человеческим телом, поэтому его успешно применяют для изготовления протезов в хирургии, кардиологии и стоматологии. Из фторопласта изготавливают искусственные заменители сосудов кровеносной системы и сердечных клапанов. Сейчас тефлон заменил титан, использование которого для изготовления протезов ранее накладывало ряд ограничений на жизнедеятельность человека.
Пищевая отрасль
Заслуживает внимания также применение фторопласта в пищевой промышленности.
Он используется в качестве внутреннего покрытия трубопроводов и сальникового уплотнения насосов, перекачивающих различные сырьевые жидкости, такие как подсолнечное масло, лецитин, жировые и молочные массы.
Антипригарные покрытия емкостей для термической обработки пищевых продуктов также изготавливают из тефлона.
Большую популярность получила посуда Тефаль с антипригарной поверхностью.
Химия
В химическом производстве широко распространено применение фторопласта для изготовления деталей запорно-регулирующей арматуры и уплотнительных элементов сосудов и трубопроводов, транспортирующих жидкие растворы с высокой степенью химической агрессии. Благодаря своей способности противостоять воздействию химически активных веществ, материал используется в реакторах колонного типа, экстракторах и различных емкостях в качестве футеровки поверхностей, контактирующих с агрессивной средой.
Электротехника и электроника
В электротехнике, приборостроении и электронике фторопласт применяют как диэлектрик.
Тефлоновая пленка – важная составляющая современной высококачественной кабельной продукции. Изоляционные фторопластовые материалы используют для производства катушек, конденсаторов и плат. Фторопластовая изоляция способна противостоять воздействию высокотемпературных агрессивных сред.
Строительство
Фторопластовые пластины – важнейшие детали конструкций скользящих опор ответственных сооружений, таких как мосты, галереи, эстакады, путепроводы и другие пролетные строения. В регионах с высоким уровнем сейсмической активности тефлоновые прокладки используются в местах опирания балок перекрытия на колонны, а также в узлах установки колонн на фундаменты для того, чтобы обеспечить возможность свободного перемещения элементов строительных конструкций каркаса здания.
Производство одежды и специальных видов ткани
Тончайшая пленка, которая образуется в процессе деформации тефлонового сырья, служит покрытием для специальных видов ткани.
Такая ткань применяется для пошива высокотехнологичной одежды с водоотталкивающими и ветрозащитными свойствами.
При этом пористый материал не задерживает естественные испарения человеческого тела. Большая часть современной одежды для спорта и активного отдыха имеет тонкое тефлоновое покрытие.
Итог
Как видим, за относительно короткий промежуток времени тефлон смог заменить довольно широкий спектр материалов, которые традиционно применялись в различных сферах хозяйственной деятельности. Применение фторопласта в промышленности — это хороший пример того, что успешное внедрение в жизнь новых технологий позволяет существенно повысить качество принимаемых технических решений.
Предлагаем ознакомиться со статьей об еще одном полимере, который широко применяется в различных сферах жизнедеятельности человека.
Галополимер ПТФЭ ФТОРОПЛАСТ-4 марки PN90
Поставщик: Галополимер
Галополимер фторопласта Фторопласт-4 марки PN90 (Ф-4ПН90) представляет собой полностью фторированную смолу, обладающую превосходной химической стабильностью, электрическими и механическими свойствами.
Материал представляет собой гранулированный порошкообразный продукт, предназначенный для компрессионного формования небольших и средних заготовок, который хорошо подходит для тонкопленочных применений, требующих отличных физических и электрических свойств.
Название полимера: Политетрафторэтилен (ПТФЭ)
Processing Methods: Compression Molding
Order Quantity
Price
Available upon quote
Minimum Order Quantity
Quote required
Lead Time
Quote required
Available Incoterms
Quote required
Региональная доступность
Требуется предложение
Knowde Enhanced TDSРаскрыть все
+Идентификация и функциональность
Chemical Family
Fluoropolymers
Polymer Name
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
Plastics & Elastomers Functions
Resin
Hs Code
39 0461 0000
Structural Formula
C2F4)n
CAS №
9002-84-0
Технологии
Пластмассы
Семейства продуктов
Термопласты с высокими эксплуатационными характеристиками,
Halopolymer PTFE Fluoroplast-4 класс PN90 Особенности и преимущества
Материалы
Хорошие электрические свойства, Хорошие механические свойства
МаркиМарки
.
Применение
Другое промышленное применение,
Конечное применение пластмасс и эластомеров
Цилиндры, Прокладки, Трубные уплотнения, Зачищенные пленки, Седла клапанов
Методы обработки пластмасс и эластомеров
Компрессионное формование
Основные области применения
• для компрессионного формования больших заготовок;
• дальнейшее фрезерование;
• изготовление конечной продукции, такой как зачищенные пленки, листы, цилиндры, прокладки, седла клапанов, уплотнения, опоры
ползун для больших нагрузок;
• подготовка предварительно спеченного материала
Процесс
ПТФЭ обычно обрабатывается в два этапа: предварительное формование и спекание. Порошок сначала уплотняют в предварительно сформированную форму, приближающуюся к форме желаемого формования.
СПЕЧЕНИЕ Предварительно сформованный порошок ПТФЭ спекается по температурной программе, обычно состоящей из 7 температурных ступеней, включая:
1. нагрев,
2. выдержка перед плавлением,
3. полное расплавление заготовки,
4. выдержка выше точки плавления,
5. охлаждение до температуры кристаллизации,
6. кристаллизация расплава ПТФЭ,
7. окончательное охлаждение.
Шаги отжига также необходимы для больших заготовки, чтобы уменьшить искажение статьи
Свойства
Физическая форма
ГРАНУЛЫ, Сплошные
Внешний вид
белые, легко кувшины, без склоны. Типичные свойства
| Значение | Единицы | Метод/условия испытаний | |
| Bulk Density | 560±35 | g/l | internal method1 |
| Density (SSG) | 2. 15 — 2.18 | g/cm³ | Internal Method1 |
| Dielectric Strength (толщина 0,100+0,005 мм) При постоянном напряжении Минимум | 80 | кВ/мм | Внутренний метод1 |
| Удлинение при разрыве (мин) | 170 % | 19175 внутренний метод0176 | |
| Melting Point | 327±5 | °C | internal method1 |
| Mould Shrinkage | 1,8-2,8 | % | internal method1 |
| Particle Size, Average Diameter (D50) | 90±25 | μm | Laser-diffraction analyses |
| Tensile Strength At Break(Min) | 29 | MPa | internal method1 |
| Water Content | max. 0,04 | % wt | (internal method1) |
Regulatory & Compliance
Certifications & Compliance
FDA 21 CFR 177.1550, FDA 21 CFR Regulations, RoHS Compliant , USP Class VI
Технические характеристики и данные испытаний
Качество
Фторопласт-4PN90 может быть классифицирован как тип II, стандарт ASTM D 4894. Типичные свойства не подходят для целей спецификации. За подробной спецификацией обращайтесь в коммерческий отдел. HaloPolymer не использует PFOA/APFO или ее соли/LCPFAC в процессе полимеризации TFE.
HaloPolymer PTFE соответствует директиве RoHS 2011/65/EU
FDA 21 CFR 177.1380 и FDA 21 CFR 177.1550
Класс VI в соотв. USP 35 <88>
3-A Санитарный стандарт для многоразовых пластиковых материалов 20-27
Безопасность и здоровье
Меры предосторожности
24 месяца с даты изготовления.
Упаковка и наличие
Тип упаковки
Коробки
Упаковка
25 кг (нетто) картонные коробки с полиэтиленовыми вкладышами 2×12,5 кг на деревянном поддоне
доски. 30 коробок на одном поддоне. Вес брутто на поддоне 860 кг.
Хранение и обращение
Срок хранения
24 месяца с даты изготовления.
Хранение и транспортировка
Хранение и транспортировка Предварительное формование является самым простым, когда смола имеет однородную температуру в пределах 21–27°C (70–80°F). По мере того, как температура падает ниже этого диапазона, смолу будет все труднее формовать без трещин и проблем с конденсированной влагой. Более высокие температуры препятствуют течению и способствуют образованию комков.
Условия хранения должны быть установлены соответствующим образом.
F-4PN90 имеет тенденцию легко образовывать агломераты; поэтому не храните большое количество порошка в глубоких емкостях; избегать сильных вибраций.
Хранение при температуре выше 19°C способствует образованию агломератов. Если образуются агломераты, держите порошок при температуре ниже 19°C (в идеале 15°C или ниже) в течение двух дней, затем просейте через крупное сито и дайте нагреться до комнатной температуры перед формованием.
Срок хранения
ВНИМАНИЕ! МОГУТ ВЫДЕЛЯТЬСЯ ПАРЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ ОПАСНЫ ПРИ ВДЫХАНИИ.
Перед использованием галополимера фторопласта-4 (ПТФЭ) прочтите Паспорт безопасности материала. Открывать и использовать контейнеры только в хорошо проветриваемых помещениях с использованием местной вытяжной вентиляции. Пары и пары, выделяющиеся при горячей обработке или при курении табака или сигарет, загрязненных фторопластом галополимера, могут вызывать гриппоподобные симптомы (озноб, лихорадка, боль в горле), которые могут проявиться только через несколько часов после воздействия и обычно проходят в течение 24 часов. Пары и дым, выделяющиеся при горячей обработке, должны быть полностью удалены из рабочей зоны; следует избегать загрязнения табака полимерами.
Смеси с некоторыми тонкоизмельченными металлами, такими как магний или алюминий, при некоторых условиях могут быть горючими или взрывоопасными.
Фторопластовые трубки и термоусадки из ПТФЭ, ФЭП и ПФА
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0-14.0)
Фторопласты — AGC Chemicals Europe
Фторопласты
Диэлектрические свойства для цифровизации, электромобильности и автономного вождения , автомобильная, электрическая / электронная и полупроводниковая промышленность сильно развились.
Поскольку эти пластмассы также играют центральную роль в текущих и будущих мегатенденциях, таких как цифровизация, электромобильность и возобновляемые источники энергии, ожидается дальнейшее позитивное развитие.
Коррозионностойкое покрытие труб и сосудов в химических процессах продолжает оставаться важным рынком сбыта ПТФЭ в Западной Европе частично замещены атомами фтора. Важнейшими общими чертами всех фторсодержащих полимеров являются их почти универсальная химическая стойкость, высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям, а также хорошие диэлектрические свойства. Они также имеют низкий коэффициент трения, низкую адгезию и очень хорошие трибологические свойства с высокой износостойкостью. Кроме того, они негорючие и подходят для эксплуатации при очень низких и очень высоких температурах.
С момента открытия ПТФЭ в 1938 году фторопласты хорошо зарекомендовали себя в многочисленных промышленных процессах и повседневных применениях.
Области применения варьируются от топливопроводов и сред, уплотнений, элементов скольжения, датчиков в машиностроении, автомобилестроении и авиастроении, футеровки, универсальных шлангов, покрытий в химической и фармацевтической промышленности, медицинских технологиях, кабельной оболочке и производстве полупроводников для электротехники и электроники до потребительских товаров. продукты, такие как антипригарные уплотнения в посуде. Они также используются в текстильной промышленности, т.е. для дышащих мембран для функциональной одежды, в качестве добавок и в архитектуре, например. в качестве грязеотталкивающих покрытий и мембран для кровельных конструкций.
Рис. 1. Мировое потребление фторопласта в 2018 г. по типам
(источники: Fluoropolymers, IHS Markit; Recent Challenges in Fluorpolymer Business, FPS GmbH)
Рис. 2. Крупнейшие покупатели 81 ПТФЭ по регионам 20
(источники: Fluoropolymers, IHS Markit)
0726 Мировое потребление продолжает расти
В 2018 году во всем мире было потреблено 320,3 тыс.
тонн фторопласта (таблица 1). Для сравнения, мировое потребление в 2015 году составило 270 тыс. тонн. Это соответствует увеличению на 18,6 % за этот период. Крупнейшим потребителем фторопласта в 2018 году был Китай (120 тыс. тонн), за ним следуют США, Западная Европа и Япония. С учетом современных мегатрендов, таких как электромобильность, возобновляемые источники энергии и цифровизация, исследования предполагают, что потребление фторопластов будет продолжать увеличиваться на 4-4,5% ежегодно до 2023 года [1].
Важнейшим представителем фторопластов по-прежнему остается политетрафторэтилен (ПТФЭ), на долю которого приходится 53% (171,2 тыс. т) от общего потребления (рис.1). На втором и третьем месте следуют перерабатываемый в расплаве поливинилиденфторид (ПВДФ) с 16% (50,6 тыс. т) и фторэтиленпропилен (ФЭП) с 10% (30,7 тыс. т) [1].
По количеству этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ) находится на четвертом месте с потреблением 6,5 тыс. т в 2018 г. Далее следуют перфторалкокси (ПФА) и поливинилфторид (ПВФ) [2].
Рис. 3. Производственные мощности шести крупнейших производителей фторопласта, представленных в мире, а также китайской Shangdong Dongye Group
(источники: Fluorpolymers, IHS Markit)
Китай лидирует по потреблению ПТФЭ и ПВДФ
Крупнейшим потребителем ПТФЭ в 2018 году был Китай с 69,3 тыс. тонн или 40,5%, вторым по величине потребителем была Западная Европа, за которой следуют США и Япония (рис. 2) [1]. В Западной Европе крупнейшими потребителями ПТФЭ были Германия с ее мощной автомобильной и химической промышленностью и Италия с ее производством бытовой техники и компаундов (37% и 28% от общего потребления соответственно). Наибольший спрос в Западной Европе с разбивкой по отраслям приходится на химические технологии (41 %), за ними следуют машиностроение и машиностроение (19 %).%), электротехническая/электронная промышленность (16%) и автомобильная промышленность (9%) [1].
В США, Западной Европе и Японии рынки ПТФЭ общеобрабатывающей промышленности, покрытий и футеровки для потребительских и промышленных товаров, в электротехнической и электронной промышленности и для оболочки кабелей считаются почти насыщенными.
Здесь можно ожидать лишь низких темпов роста от 1,3% (Западная Европа) до 2,1% (США), в то время как в Китае прогнозируется ежегодный рост на 6,5% до 2023 года. В целом ожидается, что мировой спрос на ПТФЭ будет увеличиваться на 4,1% в год. в течение этого периода. Это означает, что этот тип останется важнейшим представителем фторопласта в будущем [1].
В 2018 году Китай также был крупнейшим потребителем ПВДФ (24,3 тыс. тонн), опережая США (1,2,4 тыс. тонн) и Западную Европу (10,8 тыс. тонн). Наиболее важными драйверами дальнейшего развития рынка являются архитектурные покрытия (особенно в Китае) и новые области применения, такие как литий-ионные батареи, фотоэлектрические модули, системы фильтрации воды и специальные пленки для архитектурного и автомобильного остекления. Поэтому ожидается, что спрос на ПВДФ значительно возрастет в течение следующих пяти лет. Например, к 2023 г. прогнозируется ежегодный прирост в 4,8% для перерабатываемых в расплаве фторопластов (кроме ПТФЭ) [1].
Рост производственных мощностей
Объем производства фторопласта в мире в 2018 году составил 31 6 тыс. тонн. С точки зрения доли рынка, интеграции производства, географического присутствия и широты ассортимента продукции компания The Chemours, США, в настоящее время считается крупнейшим производителем. Другими ведущими поставщиками с двумя или более производственными площадками по всему миру являются AGC Inc. в Японии (ранее Asahi Glass Company), Arkema во Франции, Daikin Industries Ltd. в Японии, 3M/Dyneon в Германии и Solvay SA в Бельгии (рис. 3). . Кроме того, существует китайская компания Shandong Dongye Group, Ltd., которая владеет крупнейшим в мире заводом по производству ПТФЭ [l].
Рис. 4. Для печатных плат с высокой скоростью передачи медная фольга с полимерным покрытием (RCC), изготовленная из меди или других металлов, была покрыта слоем Fluon+ EA-2000 толщиной 5 мкм
(© AGC)
В 2018 г. этим семи компаниям принадлежало 60% мировых производственных мощностей по производству фторопласта.
Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на фторопласт, компании в последние годы предприняли многочисленные шаги [l]. AGC, крупнейший в мире производитель ETFE, планирует дальнейшее расширение мощностей в ближайшие годы. На 2019 годпланируется значительное расширение мощностей по специальной марке Fluon+ EA-2000, которая в основном используется в полупроводниковой промышленности. Arkema расширила свои мощности по производству ПВДФ в США на 20 % в 2018 г., после почти удвоения производства в Китае до 12 тыс. тонн в 2014 г. Дальнейшее расширение запланировано на 2022 г. К концу 2018 г. Сайт Parkersburg на 25%. Компания даже планирует удвоить свои мощности PFA к 2021 году.
В сентябре 2014 года Daikin ввела в эксплуатацию новый завод по производству FEP мощностью 6 тыс. тонн в год в Чаншу, Китай. В будущем компания намерена больше сосредоточиться на разработке фторопласта для полупроводниковой промышленности и планирует к 2022 году расширить свои мощности в Касиме и Сетцу. площадка в Германии, которая с производительностью 500 т/год в настоящее время является крупнейшей в своем роде.
Solvay планирует увеличить производственные мощности для своих марок Solef PVDF на 35% к концу 2011 года 9. Shandong Dongye Group в настоящее время управляет крупнейшим в мире заводом по производству ПТФЭ мощностью 45 тыс. тонн в год (по состоянию на 2018 год). В течение следующих пяти лет компания планирует инвестировать в производство фторопластов, включая устранение узких мест в PTFE, FEP, PVDF и PFA.
Рис. 5. Функциональные фторполимеры придают термопластичным композитам высокую термостойкость и химическую стойкость
(© AGC)
Рис. 6. Новые разработки делают 3D-печать сложных конструкций
(© AGC)
Новые продукты и рынки
Текущие мегатенденции мобильности, неоэкологии, связи и цифровизации ставят перед фторопластами новые задачи и области применения. В последние годы автомобильная промышленность характеризовалась, прежде всего, все более строгими стандартами и ограничениями выбросов выхлопных газов, уменьшением размеров двигателей при одновременном повышении производительности, уменьшении веса транспортных средств и снижении производственных затрат.
Типичными областями применения фторопласта являются топливопроводы и магистрали, уплотнения, скользящие элементы и оболочка кабелей и датчиков, поскольку они выдерживают очень низкие и очень высокие температуры в моторном отсеке, агрессивные жидкости и топливо, влажность, вибрации и высокое давление.
Современные тенденции, такие как электромобильность и автономное вождение, а также постоянно растущая доля электронных компонентов делают автомобильные системы все более и более сложными. Здесь фторопласты могут способствовать дальнейшему повышению надежности и безопасности продуктов и компонентов. Мощные перезаряжаемые батареи для вождения электромобилей, например, являются одним из новых применений PVDF. Его можно использовать в качестве связующего вещества для катодов и анодов или для покрытия сепараторов, что помогает продлить срок службы аккумуляторных батарей. Новинкой на рынке, например, является Solef 5140 от Solvay, ПВДФ с улучшенными адгезионными свойствами, который подходит в качестве связующего для электродов аккумуляторов.
Чтобы уменьшить вес гибридных или электрических транспортных средств и увеличить запас хода, требуется тонкая, но устойчивая к высоким температурам оболочка кабеля. Новая марка ЭТФЭ Fluon C88AXMP-HT от AGC имеет значительно лучшую стойкость к растрескиванию под напряжением и усталостную прочность на изгиб, чем стандартные марки ЭТФЭ. Кроме того, он обладает очень хорошей стойкостью к истиранию и механической прочностью, а благодаря высокой текучести расплава очень хорошо перерабатывается и при высоких скоростях экструзии. Он подходит для кабелей сечением от 0,3 мм2 до 10 мм2. Новая серия Fluon+AR от того же производителя также основана на ETFE. Представляя собой смесь ETFE и специального фторэластомера, эти термопластичные эластомеры (TPE) сочетают в себе преимущества фторопласта, такие как высокая термостойкость и химическая стойкость, с очень хорошей гибкостью. Их можно перерабатывать с использованием соответствующих процессов экструзии термопластов или литья под давлением, и они подходят для оболочки кабелей и проводов.
Широкая область производства электроэнергии является еще одной областью роста для фторопластов. Они уже используются во многих приложениях для десульфурации дымовых газов на обычных угольных электростанциях и электростанциях, работающих на отходах. Благодаря своей выдающейся коррозионной стойкости к агрессивным кислотам и другим веществам, образующимся при сжигании ископаемого топлива или различных составов отходов, они обеспечивают долгосрочную бесперебойную работу установки. Кроме того, они обладают высокой термостойкостью и приемлемыми свойствами теплопередачи.
В солнечной промышленности тонкие пленки ETFE могут заменить защитное остекление обычных фотоэлектрических модулей. Поскольку они имеют более низкий показатель преломления, чем стекло, не содержащее железа, они помогают повысить эффективность, надежность и экономичность солнечных модулей, обеспечивая превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению, влаге и атмосферным воздействиям, а также уменьшая их вес.
Кроме того, благодаря своей гибкости их можно применять для гибких модулей или модулей с криволинейными поверхностями. В технологии топливных элементов фторопласты используются в качестве ионообменных мембран, электродных покрытий и газодиффузионных слоев.
Новые разработки в области электротехники/электроники и телекоммуникаций открывают широкий спектр применения фторопластов, напр. для оболочки кабелей и проводов или в полупроводниковом производстве. Только в этом сегменте зафиксирован рост около 8,5% в 2018 году [3]. Современные транспортные и коммуникационные системы, такие как автономное вождение, электромобильность и технология сотовой связи 5G, требуют нового уровня надежности и безопасности при передаче данных. Марки фторопластовой пены Chemours Teflon (FFR) основаны на запатентованном процессе вспенивания и сочетают в себе низкое электромагнитное затухание, высокую диэлектрическую прочность, очень высокую химическую стойкость и присущую огнестойкость. Они используются для оболочки кабелей передачи данных и отвечают требованиям обработки данных в реальном времени.
Из-за их низкой плотности и меньшей толщины изоляции они также позволяют использовать более мелкие и легкие компоненты.
AGC предлагает новый Fluon+ EA-2000, функционализированный фторполимер, который особенно подходит для печатных плат с высокой скоростью передачи данных или ламинатов с медным покрытием (CCC) (рис. 4). Адгезионные свойства продукта позволяют создавать очень тонкие диэлектрические покрытия на меди или других металлах с очень низкой шероховатостью поверхности. Это обеспечивает очень высокие скорости передачи данных, необходимые для будущих технологий, таких как Интернет вещей (IOT).
Тенденции и вызовы
В области композитов функционализированные фторполимеры обладают химической реакционной способностью и улучшенной совместимостью с другими материалами и могут способствовать развитию новых разработок. Примерами являются модифицированные фторполимеры Fluon+ ETFE от AGC. Эти реактивные высокоэффективные полимеры идеально подходят для новых комбинаций материалов, смесей полимеров или композитных и многослойных конструкций.
Например, можно производить термопластичные композиты со специфическими фторполимерными свойствами, которые также обладают отличной адгезией волокна к матрице и, следовательно, хорошими механическими свойствами (рис. 5).
В области обработки компания 3M разработала новую технологию, с помощью которой впервые можно обрабатывать полностью фторированные полимеры, такие как ПТФЭ, с помощью 3D-печати. Процесс, на который подана заявка на патент, позволяет производить компоненты и интегрировать несколько функций в одну формованную деталь – одним щелчком мыши и без инструментов
(рис. 6).
Наиболее важным исходным материалом для фторопластов является широко распространенный минерал плавиковый шпат (флюорит), который, однако, добывается в больших масштабах только в нескольких странах. Однако другие продукты, такие как новые хладагенты с пониженным потенциалом глобального потепления, средства пожаротушения или напыляемая полиуретановая (ПУ) изоляция зданий, также используют этот ресурс.