6.5.5. Фторопласты.
Полимеры получают полимеризацией четырехфтористого этилена CF2 = CF2 или трифторхлорэтилена CF2 = CFCl. В первом случае получают полимер с формулой (- CF2 - CF2 -)n, называемый фторопластом-4. При полимеризации трифторхлорэтилена образуется макромолекула состава (- CF2 – CFCl -)n и называемая фтороплатсом-3 (рис. 6.6.).
F F F F F F
F F F F F F
С С С С С С
C C C С С С
Cl Cl Сl F F F
F F F F F F
Рис. 6.6. Структурные формулы фрагментов макромолекул полимеров фтороплата-3 (слева) и фтороплата-4 (справа).
Фторопласты превосходят по химической стойкости все известные материалы, в том числе золото и платину. Фторопласты обладают хорошими электроизоляционными свойствами, выдерживают термические воздействия в интервале температуру от – 190 до +200оС, кратковременно при 300 – 400оС. Плотность полимера составляет 2,2 – 2,5 г/см 3; температурный коэффициент линейного расширения при температуре 25оС равен 2,5*10-5К-1; при 90оС равен 1*10-4К-1 . Удельное сопротивление составляет 1038 – 1020 Ом*см и мало зависит от влажности и температуры.
Исключительно высока химическая стойкость термопластов к длительным воздействиям морского тумана, солнечной радиации, плесневых грибков. По отношению к большинству неорганических и органических реагентов фторопласты настолько пассивны, что методы испытаний на стойкость в этих средах отсутствуют. Фторопласт обладает также высокой радиационной стойкостью и применяется для изоляции проводов на атомных электростанциях. Такие провода можно использовать и в качестве нагревателей, погруженных непосредственно в растворы кислот и щелочей. Они не боятся попадания масел, керосина, гидравлических жидкостей, как при стандартной, так и при повышенной температуре. Применяются для изоляции бортовых авиационных кабелей. Обладают преимуществом и при эксплуатации в разреженной атмосфере, где условия отвода тепловой энергии ухудшены.
Негорючесть фторопласта характеризуется тем, что он способен загораться только в чистом кислороде. Плавления фторопласта при горении не происходит. Фторопласт в пламени лишь обугливается. При горении или тлении образуется немного дыма (но дым содержит ядовитый фторфосген, поэтому при температуре выше 500°C фторопласт опасен). Фторопласт горит в открытом пламени, но после его удаления горение прекращается. Фторопласт не распространяет горение. При нагреве в вакууме фторопласт не выделяет газообразных продуктов, и его можно использовать как подложки тонкопленочных интегральных схем.
Вследствие химической пассивности фторопласты адгезионно инертны, трудно поддаются склеиванию. Поверхность активируют обработкой в расплаве окислителей при 100оС, либо в плазме тлеющего разряда в кислороде. Выпускаются фольгированные фторопластовые пленки и пленки с односторонним липким слоем. Фторопласт при повышении температуры не переходит в вязкотекучее состояние и его нельзя перерабатывать в экструдерах, так как вязкость его при 350°C все еще высока и составляет около 1010Па-с. Фторопластовую пленку готовят значительно более дорогим методом строжки на прецизионных токарных станках.
Фторопласты являются ценнейшим материалом для изготовления деталей аппаратуры, прокладок, листов, пленок, труб, стержней и других изделий, эксплуатируемых при повешенной температуре в сильноагрессивной среде. Однако фторопласты трудно перерабатываются в изделия. Фторопласт обладает ползучестью и плохо работает под нагрузкой. Механические свойства его могут быть улучшены путем армирования стекловолокном.
Фторопласты проявляют гидрофобные свойства – не смачиваются водой, находящейся на поверхности образцов полимеров. Из политетрафторэтилена изготавливают тонкие пористые мембраны сложной структуры, которые используются для изготовления одежды по технологии GORE-TEX (Рис. 6.7).
Рис. 6.7. Схема расположения капли воды на поверхности мембраны из политетрафторэтилена.
Мембрана содержит почти 1,5 миллиарда микроскопических пор на 1см2. Размеры пор в 20 тысяч раз меньше капли воды, поэтому вода извне не просачивается сквозь мембрану. Одновременно поры в среднем в 75 раз больше диаметра молекул воды и молекулы свободно проходят через мембрану. Мембраны используют в производстве одежды и обуви. Молекулы водяного пара свободно выходят из одежды, обуви не пропуская вовнутрь капли воды. Мембраны проявляют свойства: долго сохраняют водонепроницаемость, активно дышат, морозостойки, устойчивы к изгибу, долговечны, задерживают даже сильный ветер.