Тефлон. Общая информация

Что такое тефлон (ПТФЭ, PTFE, Фторопласт)

Чтобы ответить на этот вопрос и почему материал так называется, давайте посмотрим на химическую формулу тефлона:

Видно, что в основе лежит молекула, которая повторяется много раз, поэтому название начинается с «Поли». К основной цепочке, лежащей в основе молекулы, крепятся четыре атома фтора - в название включаем «тетра фтор». Ну и наконец, мы видим, что основу цепочки составляет молекула из двух атомов углерода, так что завершать название будет «этилен». Объединяем все вместе и получаем международное название этого соединения: ПолиТетраФторЭтилен или сокращенно ПТФЭ. Ну или PTFE если на английском языке.

Впервые материал был изобретен в 1938 году в США химиком, работавшим в компании DuPont. Как это часто бывает, изобретение было сделано случайно. Но, в ходе исследований выяснилось, что материал обладает уникальными, экстраординарными свойствами. Поэтому в 1941 году компания запатентовала ПТФЭ под названием «Тефлон». Материал оказался настолько популярным, что и сейчас мы его знаем под этим названием, хотя, формально «тефлоном» может называться только та продукция, которую выпустила компания DuPont.

В СССР материал был известен под названием «Фторопласт – 4», поэтому иногда в запросах и в литературе вы можете встретить его под таким названием.

Уникальные свойства тефлона

Тефлон выбирают из-за следующих свойств:

- Устойчивость к воздействию самых агрессивных химикатов. Он не вступает в реакцию с кислотами и щелочами, устойчив к действию эфира, бензина, фреона, а также не подвержен влиянию грибка и плесени

- Безопасность. Поскольку тефлон химически нейтрален, он безопасен для здоровья. Допускается прямой контакт с продуктами питания или полуфабрикатами.

- Не липкая поверхность. С очередным важным свойством мы все знакомы благодаря сковородкам Tefal – тефлон обладает очень низким поверхностным натяжением и адгезией. Говоря проще, к нему ничего не прилипает. Поэтому ПТФЭ так востребован в пищевой промышленности

- Очень скользкий. Следующее свойство связано с предыдущим, но востребовано в других областях применения: у тефлона самый низкий коэффициент поверхностного трения среди всех материалов и веществ в природе. Тефлон даже более скользкий чем кусочек тающего льда! Поэтому тефлон используют там, где требуется обеспечить свободное скольжение частей друг относительно друг без использования смазок.

- Температурная стойкость. В дополнение ко всем преимуществам, тефлон не теряет своих свойств в широком температурном диапазоне: от -70 С до +260 С. Таким образом, тефлон становится идеальным материалом для конвейерных лент в самых разных отраслях промышленности

Принципы классификации изделий из тефлона

Нужно сразу оговориться, что здесь речь пойдет только о применении ПТФЭ на разных производствах с учетом специфики нашей компании. Мы не будем говорить о применении тефлоновых тканей в одежде, тефлоновых материалов в строительстве или использовании ПТФЭ в инженерном оборудовании

Итак, в общем виде можно говорить о изделиях из чистого тефлона и об армировании тефлона материалом, придающим ему большую стойкость к физическим воздействиям. Сам по тебе ПТФЭ является порошком белого цвета. Если его спрессовать, полученное изделие будет пластичным и его будет легко деформировать. Поэтому возникла идея соединить уникальные свойства ПТФЭ с прочностью стеклоткани или даже кевлара. О механизме создания такого материала мы поговорим чуть позже, а сейчас просто взглянем на получающуюся классификацию. Она описывает все виды материалов, которые предлагает наша компания:

Пленка из чистого тефлона. Получается путем срезания чрезвычайно тонкого слоя от цельнолитого вала ПТФЭ. Регулируя положение ножа, мы можем получить пленку практически любой нужной нам толщины. При этом максимальная ширина пленки ограничена высотой колонны, в которой производится тефлоновый «вал». Тефлоновые пленки могут быть как с клеящим слоем, так и без него. Пленки с клеящим слоем имеют очевидное преимущество – их не нужно усиливать, потому что механическую нагрузку возьмет на себя материал, к которому пленку приклеят. Наша компания предлагает пленку с клеящим слоем двух линеек: CHR 2045 и CS SPSA. Вторая линейка отличается наличием «подложки», обеспечивающим дополнительную защиту клеящего слоя во время транспортировки и хранения

Лист из ПТФЭ. Фактически, это тоже «пленка», но с гораздо большей толщиной. Поэтому, мы не можем его согнуть в рулон.

Формовое изделие. Тефлон может поставляться в виде готовых формовых изделий, таких как стержни, прокладки, шары и т.д. В данном тексте я не буду подробно останавливаться на изделиях из чистого тефлона, потому что наша компания в настоящий момент их не поставляет

Армированный ПТФЭ. Технологию нанесения тефлона на ткань мы обсудим позже. В этом разделе достаточно понять принципы деления материалов. Армирующим материалом чаще всего выступает стеклоткань или арамид (он же кевлар). Кевлар обеспечивает большую прочность, но его цена намного выше, чем у стеклоткани. Оба материала могут поставляться в виде сплошной ленты или в виде сетки с разным размером ячейки (1х1 мм, 2х2 мм, 4х4 мм, 8х8мм). Наибольшей популярностью пользуется ячейка 2х2 и 4х4 мм. В свою очередь, лента может поставляться как с клеящим слоем так и без него. Обратите внимание, что мы не поставляем самоклеящуюся ленту на арамидной основе. Причина очень проста – когда мы наклеиваем ленту на несущую поверхность, механические нагрузки также принимает на себя эта поверхность. Например, металлический вал. Наклеивать на него арамид бессмысленно и приведет к лишним расходам.

ВАЖНО: Максимальная температура в рабочей зоне для кевлара составляет только 220 С!

Технические характеристики ПТФЭ материалов

Теперь, давайте обсудим изменение каких характеристик вам доступно при подборе материала. Что вам нужно уточнить у клиента, когда вы обсуждаете его запрос

Изделия из чистого тефлона. Тут все максимально просто – уточняете геометрические характеристики: длина, ширина, толщина - и можно сделать подбор.

Армированные ленты. Тут параметров чуть больше, но все они максимально простые:

1. Геометрические характеристики – это очевидно.

2. Механические характеристики. Раз тефлон нужно армировать, то на него предполагаются нагрузки. Чтобы правильно подобрать материал, нужно понимать требуемую прочность на разрыв. Фактически, это сила, с которой нужно потянуть материал в разные стороны, чтобы он разорвался. Измеряется в Ньютонах на сантиметр. Если вы видите, что даны 2 цифры (например 250х180), то значит прочность на разрыв дана как в продольном направлении, так и в поперечном. Если число одно, то это прочность в продольном направлении. ВАЖНО! Некоторые наши конкуренты используют размерность Ньютон на 5 сантиметров. Поэтому, если вы видите большие значения, их нужно разделить на 5, чтобы получить эквивалентное значение в наших каталогах.

3. Содержание тефлона. Измеряется в процентах. Очевидно, что чем более агрессивная среда, тем больше должно быть содержание тефлона. Но тогда материал становится дороже. Поэтому грамотный подбор заключается в нахождении разумного компромисса между ценой и свойствами материала.

Армированные сетки. Для них справедливы все рассуждения касающиеся лент, и добавляется один простой параметр – размер ячейки.

Хорошая новость! Полученной вами информации достаточно, чтобы осуществить подбор в 90% случаев. Причем, независимо от производителя – достаточно воспользоваться табличными данными. Дальше идет информация, которая позволит лучше понимать, как устроен материал, а также как делать подбор быстрее и точнее.

Процесс нанесения тефлона на ткань

Прежде всего, давайте разберемся как можно нанести тефлон на ткань. Ведь тефлон материал очень скользкий, ни к чему не прилипает и ни с чем не реагирует. И действительно, долгое время эту задачу решить не удавалось, что сильно ограничивало возможности по использованию ПТФЭ в промышленности. Решением стал процесс пропускания армирующей основы через дисперсный раствор тефлона в воде. Порошок ПТФЭ размешивают в воде, доводят до нужной консистенции и температуры, следят чтобы не было образования комочков и через этот раствор пропускают ткань.

Затем, важно обеспечить правильный температурный и влажностный режим. А также удалить из активной зоны все газы, иначе они могут образовывать пузырьки, которые в дальнейшем, в процессе эксплуатации могут лопнуть и стать зоной разрушения тефлона на ткани. При необходимости, процедура повторяется. Так мы можем нанести в ткань больше ПТФЭ. В случае с материалами с максимальным содержанием тефлона, ткань может пройти до 14 циклов. Процесс этот сложный и требует высококачественного и высокоточного оборудования. Это одна из причин, почему различается качество продукции у разных производителей.

Не менее важна ткань, лежащая в основе готового материала. Существует много видов плетений, каждое из которых обеспечивает дополнительные свойства и прочность в том или ином направлении.

Важно знать, что в ряде случае Сен-Гобен в тканях использует усиливающую нить. Если требуются максимальные значения прочности материала, усиленная нить может быть не одинарной, а скрученной из нескольких нитей.

ВОПРОС ИЗ ПРАКТИКИ: «В процессе длительной эксплуатации ленты, ткань растягивается. Почему это не приводит к растрескиванию тефлона и его разрушению?»

ОТВЕТ: Действительно, ткань растягивается. Это нормальный процесс, который неизбежно происходит. В то же время, если ткань подобрана верно, удлинение не превысит 1%. Это означает, что через полгода эксплуатации есть смысл проверить натяжение ленты и подрегулировать его. Однако речь не идет о сильной деформации, способной повредить ленту. Касательно разрушения тефлона, важно понимать, что он не наносится на поверхность ткани как отдельный слой. Он пропитывает ткань внедряясь в ее структуру. Поэтому незначительные изменения в геометрии ткани не приводят к расслаиванию или разрушению.

Изнашивание тефлоновой ленты

Возникает закономерный вопрос: почему появляется необходимость в замене тефлоновой ленты? Что с ней происходит?

В ходе пропитки материала тефлоном, насколько бы совершенным ни был процесс, невозможно сделать тефлоновую поверхность идеально гладкой и ровной. На ней все равно будут микротрещины, поры, микродефекты. Посмотрите на фотографию справа, сделанную под электронным микроскопом.

В процессе эксплуатации ленты в эти микродефекты попадают продукты транспортировки (например, сахар при изготовлении печенья). Со временем заполняется все больше пор. Это приводит к тому, что лента становится липкой, ведь теперь на поверхности не только тефлон. Также, лишние примеси приводят к дальнейшему увеличению количества и размеров микроповреждений. И чем больше примесей и чем более агрессивная среда, тем процесс разрушения происходит быстрее. В ряде случаев, даже качественная лента производства Saint-Gobain может требовать замены уже через месяц.

Для увеличения срока службы нужно правильно обслуживать ленту. Внимательно прочитайте инструкцию

Инструкция по обслуживанию ПТФЭ лент и сеток

Последующие рекомендации по увеличению срока службы лент и сеток из ПТФЭ предоставлены компанией Saint-Gobain

Регулярная очистка конвейерной ленты

• Очищать ленту нужно не менее одного раза в день мягкой влажной тряпкой не царапающей поверхность
• Предпочтительным вариантом является постоянная очистка. Но необходимо следить, что скребки не соприкасаются с поверхностью и не повреждают ленту или ПТФЭ покрытие
• В ряде случаев идеальным вариантом может быть постоянная очистка влажной тряпкой, установленной непосредственно в конце цикла транспортировки. Таким образом, любые налипшие частицы будут удалены с поверхности ленты сразу
• Использование моющих средств возможно только если допустим их контакт с транспортируемыми продуктами
• Не рекомендуется применение агрессивных моющих средств с Ph больше 8.0
• Все валы (особенно приводные) необходимо регулярно очищать, чтобы предотвратить образование наростов, приводящих к механическим повреждениями ленты или к ухудшению качества натяжения
• Постоянная температура в рабочей зоне не должна превышать 260 С
• Рекомендуется использовать минимально достаточное натяжение ленты
• Чем меньше рабочее натяжение, тем дольше прослужит лента
• Убедитесь, что все валы установлены ровно и откалиброваны
• Рекомендуется использовать направляющие везде где это возможно
• В процессе нагрева оборудования обеспечьте движение ленты, чтобы она нагревалась равномерно

Очистка оборудования

Настройка оборудования и натяжения ленты

Ламинированная лента

Одним из способов предотвращения процесса разрушения и значительного увеличения срока службы, является использование ламинированной ленты. Когда на поверхность армированной ткани сверху наносится слой из чистой ПТФЭ пленки. Это решает две задачи: во-первых, теперь поверхность ленты на 100% состоит из ПТФЭ, во-вторых, пленка имеет идеальную структуру поверхности (на фотографии выше изображение слева), а значит вредным примесям просто негде внедриться. Натурные испытания на производствах клиентов показали увеличение продолжительности эксплуатации ламинированной ленты по сравнению с обычной в среднем до 3-5 раз.

Ленты с клеящим слоем

Мы не будем вдаваться в особенности производства лент с клеящим слоем. Думаю, вам сейчас уже очевидны технические сложности. Необходимо как-то нанести клей на тефлон и обеспечить хорошую адгезию, ведь отрыв может произойти от тефлона, а не от поверхности, к которой ленту нужно приклеить.

Кратко коснемся используемых клеев и их особенностей. В ПТФЭ лентах используется два вида клея: силиконовый и акриловый.

Если резюмировать кратко, то акриловый клей лучше держит, но у него ниже температурный предел, а силиконовый клей работает в том же температурном диапазоне, что и тефлон, но у него адгезия похуже. Также, акриловый клей дороже, поэтому на складе мы держим ленты с силиконовым клеем.

Чем плох некачественный тефлон

Таблица ниже позволит вам осознанно сделать выбор в пользу более качественного, но более дорого тефлона