Свехпластичный фторопласт

ТУ 22.21-0 -27408634-2024

Фторопласты благодаря своим уникальным свойствам получили широкое распространение в различных отраслях промышленности, строительстве, медицины и т.д. При изготовлении изделий из фторопласта-4 в подавляющем числе случаев применяется мехобработка с обычными для этих способов большими отходами. Попытка переработки фторопласта-4 при высоких температурах (вблизи температуры условного плавления) методами обработки давлением не получила массового применения. Во-первых, предельная степень деформации без разрушения фторопласта в твердофазном состоянии не велика (до 300%). Во-вторых, как правило, при обработке давлением (например, штамповке) такая степень деформирования редко достигается и при этом происходит только изменение (лучше сказать, искажение) исходной надмолекулярной структуры. Достаточно выдержать такое штампованное изделие при температуре переработки непродолжительное время, чтобы размеры изделия исказились в следствие внутренних напряжений. На нашем предприятии предпринята попытка преодолеть эти недостатки и при этом значительно улучшить механические свойства фторопласта-4. В результате была реализована идея осуществить структурную модификацию кардинальным изменением структуры путем накопления больших пластических деформаций под давлением. Это типичные процессы нанотехнологических операций, используемых для металла. Давление необходимо для предотвращения разрушения при реализации накопления больших деформаций. Нам удалось провести кардинальное изменение структуры фторопласта-4 таким образом. В результате неожиданно обнаружилось, что в одном из направлений вектора деформирования значительно увеличилась предельная степень деформирования его, а в другом в несколько раз уменьшился предел текучести при сжатии фторопласта. Это идеальные условия для реализации твердофазных способов переработки с использованием обработки давлением. При этом происходит кардинальная структурная перестройка исходной структуры с перекристаллизацией. Такая перестройка энергетически не позволяет возвратить структуру в первоначальное состояние нагревом во всем рабочем диапазоне температур. Большие пластические деформации такого фторопласта позволяют значительно улучшить его механические свойства, а управление результирующим вектором пластической деформации при переработке в твердофазном состоянии позволяет, например, резко упрочнить изделие в направлении опасного нагружения. Можно получить уплотнения из фторопласта с пределом текучести при сжатии в разы превышающим обычный фторопласт с отсутствием хладотекучести, который можно использовать для герметизации при высоких давлениях. И наоборот, можно получить фторопласт со значительно низким пределом текучести при сжатии и увеличенной деформативностью для уплотнений при очень низких давлениях, где обычный фторопласт является жестким. Таким образом, путем изменения надмолекулярной структуры удалось получить фторопласт со свойствами, недостижимыми методами традиционных технологий или его композиционного наполнения. Это подтверждает тот факт, что наполнение эффективно только для того, чтобы фторопласт приобрел некоторые характерные свойства наполнителя, причем при небольших добавках, чтобы не испортить антиадгезионную фторопластовую матрицу, т.е. по типу легирования металлов. Многочисленные работы, которые пытаются механическим композиционным наполнением фторопласта всем чем попало кардинально изменить его свойства, попросту удивляют. Сверхпластичный фторопласт выпускается в виде стержней различного диаметра. Такие изделия разрезаются на заготовки для последующего формования давлением, например, штамповкой в твердой фазе в режиме ползучести (медленное формование).

ФОТО. Так выглядит растяжение в твердой фазе сверхпластичного полностью спеченого фторопласта-4. В литературе утверждается, что такое поведение фторопласта невозможно и не подтверждается известными экспериментальными данными. И такое бывает!

Из такого фторопласта (структурная модификация) можно получать пленочные материалы и даже волокна! (что кардинально меняет представления о технологиях получения волокон. Теперь и из твердофазного состояния можно получать волокно из неплавких, нерастворимых полимеров и даже из наполненных материалов) со свойствами, недостижимыми обычными методами.

Фото волокон, полученных по твердофазной технологии из композиционного фторопласта, наполненного углеродными волокнами, и из обычного фторопласта.

Специальные пленки и пленочные нити из фторопласта-4 ТУ 22.21-017-27408634-2020

В отличие от традиционно выпускаемых пленок по ГОСТ 24222-80, новая технология позволяет выпускать пленки и ленты со значительно улучшенными механическими и электротехническими свойствами. Такие изделия получили названия «специальные», обозначаются Ф-4СП, и предназначены для применения в экстремальных условиях эксплуатации.

Сравнительные характеристики специальной пленки Ф-4СП-ЭО и традиционных, выпускаемых по ГОСТ 24222-80, приведены в таблице.

Сравнительные характеристики пленок из Ф-4, выпускаемых по ГОСТ 24222-80, и специальных по ТУ 22.21-015-27408634-2020 из структурно модифицированного фторопласта.

Наименование показателя	ГОСТ 24222-80	ГОСТ 24222-80	ГОСТ 24222-80	ГОСТ 24222-80	ГОСТ 24222-80	ГОСТ 24222-80	ТУ 22.21-015-27408634-2020
Наименование показателя	ЭН	КО	ИО	ИН	ПН	ЭО	СП-ЭО
Толщина, мкм	20–150	20–40	20–100	60–200	200–3000	20–100	10–100
Ширина, мм	30–120	10–120	40–120	40–120	40–120	20–120	10–120
Прочность при разрыве в продольном направлении, не менее, кг/см²	163	440	430	133	195	510	1200
Относительное удлинение при разрыве в продольном направлении, проц., не менее, %	165	55	50	125	185	53	20
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см, не менее	1×10¹⁷	8×10¹⁷	не нормируют	не нормируют	1×10¹⁷	1×10¹⁷
Электрическая прочность при постоянном напряжении, кВ/мм, не менее	60	225	70	48	65	160

Примечание:

• Пленка марки ЭН предназначена для изолирования проводов и кабелей.
• Пленка марки КО предназначена для изолирования конденсаторов.
• Пленка марки ИО и ИН предназначена для межслойной электроизоляции в аппаратах, сборочных единицах, деталях.
• Лента марки ПН предназначена для изготовления прокладочного уплотнительного и изоляционного материала.
• Пленка марки ЭО предназначена для изолирования проводов и кабелей.
• Пленки и ленты (СП) предназначены для изоляции проводов, кабелей, конденсаторной пленки и в качестве изоляционных материалов, работающих при экстремальных условиях эксплуатации.