Фторопласт - описание свойств и показателей

   Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности.
   Данные о зависимости удельного объема и плотности от температуры для образца со степенью кристалличности 68% (плотность медленно охлажденного изделия) приведены ниже:

* При нагревании от 19,6 до 22°C удлиненный объём увеличивается на 0,74%
** При 327°С удлиненный объём увеличивается на 20%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Основные показатели физико-механических свойств фторопласта-4 приведены ниже:

· В зависимости от того, как вырезан образец: поперек направления прессования-высокие значения, вдоль направления прессования-малые.

Данные о зависимости физико-механических свойств фторопласта-4 от температуры приведены ниже.

Физико-механические свойства фторопласта-4 при низких температурах

* Разрушающее напряжение при сжатии равно напряжению, при котором деформация составляет 0,2%.

Зависимость деформации фторопласта-4 при сжатии от температуры:
 

Одним из важнейших прочностных показателей является предел текучести при растяжении, т.е. то напряжение, при котором возникают остаточные деформации. Он зависит от степени кристалличности, скорости растяжения и температуры. При степени кристалличности 65% и скорости растяжения 100 мм/мин зависимость предела текучести от абсолютной температуры Т (в К) описывается эмпирической формулой (справедливой от 20 до 300°С):
                                          lgσT= 0,53166+483,64/Т
   Ниже приведены значения пределов текучести для некоторых температур, рассчитанные по этой формуле:
Температура, °С ........................ 25.........50.........75......100.......150......200......250
Предел текучести, кгс/см2 ....... 42,4.....106,9.....83,5.....67,2.....46,6.....35,5.....28,6

   При длительном воздействии нагрузок остаточные деформации возникают при меньших напряжениях (40-50% от рассчитанных по формуле).
   При конструировании изделий из фторопласта-4 следует учитывать ползучесть. Ползучесть (деформация при длительном действии нагрузки) рассчитывается по формуле:
                                        lgγt=lgγ1+a·lgt
где γt - деформация за t сут; γ1 - деформация за 1 сут; а - коэффициент, зависящий в основном от температуры и в меньшей степени от нагрузки, если она не превышает 40-50% предела текучести.
   Значения коэффициента a и некоторые данные о ползучести для образцов со степенью кристалличности 50% приведены в таблице. Деформация за 1 сут (γ1) при других нагрузках и температурах определяется опытным путем. При степени кристалличности 65-68% ползучесть меньше.

   Ползучесть фторопласта-4

   
                                           АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки [статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы] приведены ниже:

При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше.
   Динамический коэффициент трения фторопласта-4 по стали без смазки при нагрузке ~ 20 кгс/см2 зависит от скорости скольжения:

    В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта-4 по стали.
   При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта-4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника.

                                  ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

   Неспеченный фторопласт-4 (в виде порошка) имеет степень кристалличности 95 - 98%, после спекания - от 50% (закаленный) до 68 - 70% (незакаленный). Ниже 19,6°С элементарная ячейка кристалла фторопласта-4 состоит из 13 групп CF2, выше 19,6°С - из 15 групп CF2. При 19,6°С триклиническая упаковка переходит в менее упорядоченную, гексагональную, что сопровождается увеличение объема кристаллитов на 0,0058 см3/г (1,2 объемн. %), или увеличением объема образца при степени кристалличности 68% на 0,74%. При наличии внешнего давления точка перехода понижается на 0,013°С на каждую атмосферу. При 30°С имеет место второй переход кристаллической структуры, но изменение объема составляет едва 1/10 часть изменения объема при 19,6°С. Под высоким давлением (4500 кгс/см2 при 70°С) возникает третий переход.
   Температура стеклования аморфных участков, определенная по температуре хрупкости, колеблется от -97 до -100°С, а по точке перегиба кривой зависимости модуля упругости составляет -120°С. Температура перехода аморфного твердого тела в переохлажденную жидкость равна 127°С.
   При 327°С кристаллиты фторопласта-4 плавятся, и он становится полностью аморфным, совершенно прозрачным (при отсутствии пористости), высокоэластичным, но не течет (вязкость выше 1011 П). Объем возрастает на 20%.

   Точка плавления зависит от внешнего давления - на каждую атмосферу повышается на 0,154 °С. При остывании расплава ниже 327 °С образец мутнеет и становится непрозрачным - молочно-белым.   Скорость кристаллизации зависит от температуры (максимальная скорость при 310-315 °С), от продолжительности выдержки в расплавленном состоянии при 370-390 °С (чем больше время спекания, тем быстрее кристаллизуется образец) и от среднего молекулярного веса полимера (чем ниже молекулярный вес полимера, тем быстрее он кристаллизуется). На этом основан метод косвенной оценки молекулярного веса фторопласта-4: образец в виде диска толщиной 2 мм спекают при 370 °С в течение 13 ч и охлаждают от 370 до 250 °С в течение 5 ч. По плотности полученного образца при 23 °С можно оценить молекулярный вес: 2,16-2,19 г/см3-для высокомолекулярного полимера, 2,20-2,22 г/см3-для низкомолекулярного.

Ниже приведены некоторые теплофизические свойства фторопласта-4:

Термический коэффициент линейного расширения зависит от температуры:

   На практике удобнее пользоваться средними значениями термического коэффициента линейного расширения для определенных интервалов температур. Следует также учитывать, что при нагревании изделий из фторопласта-4 в них часто возникают внутренние напряжения, вызывающие необратимое изменение размеров. Иногда вместо ожидаемого при нагревании удлинения образца он сокращается.
   Данные, приведенные ниже, относятся к образцам, в которых полностью отсутствуют внутренние напряжения:

* От размера при 25°С.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Показатели электрических свойств фторопласта -4 приведены ниже:

Данные о зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты приведены ниже:

Диэлектрическая проницаемость фторопласта-4 вплоть до 1010 Гц не зависит от частоты, а зависит от плотности: є= 1+0,238*d
                         2-0,119*d 
где d - плотность при данной степени кристалличности и температуре.
Тангенс угла диэлектрических потерь остается постоянным при температуре от -60 до 250^оС.
Прогрев при 300^оС в течение 6 месяцев не влияет на диэлектрические свойства фторопласта -4.

ХИМИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Фторопласт -4 является самым стойким из всех известных металлов - пластмасс, металлов, стекол, эмалей, сплавов и т.п. На него совершенно не действуют кислоты, окислители, щелочи, растворители. На фторопласт -4 действуют только расплавленные щелочные металлы и их комплексные соединения с аммиаком, нафталином, пиридином, а также трехфтористых хлор и элементный фтор при повышенных температурах. При температурах выше 327^оС фторопласт набухает в жидких фторуглеродах, например в перфторкеросине. При 20^оС фторопласт -4 слегка набухает (3 - 9%) в фтор хлорсодержащих газах (фреонах).
Выше 350^оС фторопласт -4 реагирует с щелочеземельными металлами и их соединениями (окислами и карбонатами), а также с окислами некоторых других металлов (свинца, кадмия, меди).
Фторопласт -4 не смачивается водой при кратковременном погружении (угол смачивания 126^оС), но смачивается при длительном пребывании в дистиллированной воде (15 - 20 суток). В соленой воде (например, морской) на поверхности фторопласта-4 через 15 - 20 суток отлагается пленка солей, смываемая дистиллированной водой.
Водопоглощение за 24 часа (и более продолжительное время) - ниже ошибки взвешивания (0,00%).
Фторопласт -4 абсолютно стоек в тропических условиях и не подвижен действию грибков (но и не подавляет их развитие).
Влагопроницаемость при 20^оС равна 3·10^-9 - 6·10^-9 г/(см·ч·мм рт. ст.); паропроницаемость при 20^оС составляет 0,6·10^-9 - 1,2·10^-9 г/(см·ч·мм рт. ст.).
Данные о газопроницаемости пленки из фтороплавта-4 (при отсутствии пор) толщиной 0,1 мм при 20^оС [в см³/(см·с·мм рт. ст.)] приведены ниже:

При наличии пористости проницаемость может увеличиваться до 1000 раз.
Фторопласт -4 предназначен для видимого света только при малой толщине пленки:

Показатель преломления для в видимого света 1,35.
В УФ-лучах фторопласт -4 не имеет полос поглощения. Для пленки толщиной 0,075 мм пропускание УФ-лучей при длине волны 210 нм составляет 40%, при 300 нм оно достигает 76% и далее почти не изменяется.
В ИК-лучах имеется полоса поглощения при длине волны 8 - 8,7 нм; при остальных длинах волн пропускание ИК-лучей при толщине пленки 0,05 мм колеблются от 90% (02 - 7 нм) и 80% (9 - 10 нм) до 30 - 35% (12 - 14 нм). Фторопласт-4 не горит.
Фторопласт -4 не очень стоек к действию радиационного излучения. При интегральной дозе 104 рад наблюдается заметное уху