TEFLON® coating, Sintering and Commercial Ltd.

História, vlastnosti a typy teflónového povlaku

Stručne o vynáleze: Teflón ® povlak náhodne objavil v roku 1938 Dr Roy Plunkett, mladý chemik v DuPont, ktorý vtedy robil experimenty s chladiacimi plynmi. Tento klzký materiál, ktorý sa k ničomu nelepí, je PTFE (polytetrafluóretylén), ktorému dal DuPont neskôr názov Teflon ®.

Teflon ® je registrovaná ochranná známka a môže ju používať iba spoločnosť Chemours.

Poznámka Dr Roya Plunketta v jeho zápisníku

Podrobne o vynáleze: Výňatok z prílohy Život a veda
Autor: Dr Árpád Máthé
 

Teflón ® a náhoda
V apríli 1938 Dr. Roy Plunkett, chemik americkej spoločnosti DuPont, použil tetrafluóretylén (C2F4) ako medziprodukt na výrobu nového chladiva. 45 kilogramov plynu horúceho na mínus 76 stupňov Celzia bolo uložených v niekoľkých desiatkach malých oceľových fliaš. Neskôr, keď otvorili uzatvárací ventil, jedna z fliaš sa zdala byť prázdna… Z fľaše nevyšiel plyn. Ventil bol odstránený. Ukázalo sa, že na stene fľaše sa usadil biely prášok z plynu tetrafluóretylénu. Na zber prachu bola fľaša rozrezaná na polovicu. Zistilo sa, že biely prášok má rovnaké chemické zloženie ako plynný tetrafluóretylén. Poly(tetrafluóretylén), v skratke: PTFE, vznikal počas skladovania bez ohľadu na zámery výskumníkov.
Plunkett si nemyslel, že tetrafluóretylén môže počas skladovania polymerizovať, pretože polymerizácia podobného monoméru, vinylchloridu, vyžaduje katalyzátor, radikálový iniciátor. Spontánna polymerizácia bola prekvapivá aj preto, že výskumníci sa zaoberali fluoro-chlór-uhľovodíkmi (freónmi) práve kvôli ich veľkej stabilite.
Poly(tetrafluóretylén) dostal názov Teflon®. Tento termoplastický polymér má vysoko kryštalickú štruktúru. Má najvyššiu chemickú odolnosť zo všetkých plastov: neobsahuje rozpúšťadlá. Dobre odoláva chladu aj teplu: možno ho používať trvalo od mínus 269 stupňov Celzia do plus 260 stupňov Celzia. Najmenej horľavý plast. Spĺňa najprísnejšie požiadavky potravinárskeho priemyslu a medicíny a dokonca sa dá zabudovať aj do živých organizmov.
Neprilepí sa na ňu žiadny materiál ani pri vyšších teplotách. Preto môžeme piecť v kovových nádobách potiahnutých teflónom® bez tuku. Nemožno ho tvarovať tradičnými metódami spracovania plastov: jeho hustota je vyššia (2,3 gramu/cm3) ako u masových plastov a jeho cena je oveľa vyššia ako ich.
Vďaka svojim špeciálnym aplikačným možnostiam sa celosvetovo ročne vyrobí viac ako 50 000 ton teflónu®.
Teflon® je produkt radikálovej polymerizácie tetrafluóretylénu. Má vysokú priemernú molekulovú hmotnosť (0,5–1 milión), 90 percent kryštalickej štruktúry a topí sa pri 341 stupňoch Celzia. Zaujímavosťou je, že objemový a následne ochladený polymér sa po druhýkrát topí už pri 327 stupňoch Celzia. Nad touto teplotou je stabilná, ale viskozita taveniny je taká vysoká (1011 poise pri 380 stupňoch Celzia), že ju nemožno spracovať bežným spôsobom (extrúziou alebo vstrekovaním). Materiál pozostávajúci z poréznych častíc rôznych tvarov vychádzajúci zo suspenzných polymerizačných reaktorov sa filtruje, suší a podľa potreby melie. Typický PTFE granulát pozostáva z častíc s priemerom 400-800 mikrometrov. Tento mletý materiál sa lisuje do požadovaného tvaru pri nízkej teplote a následne sa polotovar speká v peci (tepelne spracovávaný pri 380 stupňoch Celzia pod tlakom dlhodobo). Takto sú častice zostavené do pevného materiálu bez pórov, ktorý úplne vyplní priestor. Ten je potom možné tvarovať pomocou procesov známych z kovopriemyslu (vŕtanie, sústruženie, frézovanie atď.).
Teflon® je vhodný na výrobu náterov a vlákien vo forme vodnej disperzie. Surová disperzia sa najprv stabilizuje povrchovo aktívnymi látkami a potom sa zahustí na obsah sušiny 50-60 percent. Nanáša sa na požadovaný povrch rôznymi spôsobmi: nastrieka sa hnacím plynom, nanesie sa kvapalina, nanášaný materiál sa ponorí do nej alebo do elektrického poľa, v dôsledku čoho sa vytvorí povlak.
Vlákno Teflón® možno ťahať aj z vodnej disperzie. V tomto prípade sa disperzia zmieša s plastom tvoriacim matricu, ako je viskóza. Pomocný polymér poskytujúci matricu sa zo zväzku vlákien odstráni zahrievaním, potom sa vlákna spekajú a ďalej naťahujú.

1. TEFLON® PTFE
Dvojvrstvový antiadhézny náterový systém. (Základná a vrchná vrstva.)
Spomedzi fluórovaných polymérov dokáže PTFE vydržať najvyššiu konštantnú prevádzkovú teplotu (250 °C). Má veľmi nízky koeficient trenia, dobrú odolnosť proti oderu a chemickú odolnosť. PTFE sa vyrába ako disperzia na vodnej báze.

2. TEFLON® FEP
FEP (fluórovaný etylén-propylénový kopolymér)
Nepriľnavý povlak, ktorý sa pri správnom tepelnom spracovaní topí a tečie, čím vytvára neporéznu súvislú vrstvu. Vďaka tomu má vynikajúcu chemickú odolnosť, nízky koeficient trenia a vynikajúce nepriľnavé vlastnosti. Maximálna prevádzková teplota: 205 °C. FEP je dostupný ako disperzia na vodnej báze a vo forme prášku.

3. TEFLON® PFA
PFA (perfluóralkyl)
Nepriľnavý povlak, ktorý sa pri správnom pečení roztopí a tečie a vytvára neporéznu súvislú vrstvu. Prevádzková teplota PFA je maximálne 250 °C, hrúbka vrstvy náteru môže dosiahnuť 0,3 milimetra. Tvrdšie ako PTFE alebo FEP. Vďaka svojim vlastnostiam je PFA lepšou voľbou pre mnohé aplikácie, najmä v oblasti chemickej odolnosti. PFA sa môže použiť ako disperzia na vodnej báze a vo forme prášku.

4. TEFLON® ETFE
ETFE (kopolymér etylénu a tetrafluóretylénu)
Stala sa populárnou ako značka Tefzel®. Nie je plne fluórovaný, napriek tomu má vynikajúcu chemickú odolnosť. Môže sa používať nepretržite pri prevádzkovej teplote 150 °C. Najtvrdšia živica medzi fluórpolymérmi. K dispozícii je hrúbka vrstvy až 0,3 milimetra, takže poskytuje veľmi trvanlivý, odolný, tvrdý povlak. ETFE sa vyrába v práškovej aj disperznej forme.

5. TEFLON-S® jednovrstvové nátery
Táto disperzia na chemickej báze je špeciálna zmes fluórpolyméru a iných vysokovýkonných živíc, ktoré pomáhajú zvyšovať tvrdosť a odolnosť proti oderu. Pri tepelnom spracovaní sa zložky náteru vrstvia tak, aby boli zachované vlastnosti fluoropolyméru (nízky koeficient trenia a nepriľnavosť). Povlak má dobré vlastnosti pri uvoľňovaní z formy a odolnosti proti oderu. Dá sa dokonca aplikovať na hladký, čistý kovový povrch.

TEFLON® je neporovnateľne všestrannejší ako ktorýkoľvek iný plast
Odkedy chemik DuPont Roy Plunkett prvýkrát zdokumentoval objav fluoropolyméru TEFLON® PTFE v roku 1938, DuPont pokračoval v písaní histórie fluoropolymérov. Od základnej technológie až po individuálne navrhnuté fluoropolymérové ​​produkty neustále rozširuje funkčnú kvalitu TEFLON® povlakov v dnešných náročných technických aplikáciách.

Vynikajúce vlastnosti povlakov TEFLON®

 

Neadhézia
Na povlak TEFLON® priľne veľmi málo pevných látok. Niektoré materiály sa môžu chvíľu lepiť, ale zvyčajne sa dajú ľahko odstrániť.
Nízky koeficient trenia
Koeficient trenia povlaku TEFLON® je zvyčajne medzi 0,05 a 0,20 v závislosti od zaťaženia, rýchlosti sklzu a použitého povlaku Teflón®.
Vodoodpudivosť
Povrchy s povrchovou úpravou TEFLON® odpudzujú olej a vodu, nezmáčajú sa, preto sa ľahšie čistia a v mnohých prípadoch sú samočistiace.
Tepelná odolnosť
Priemyselné nátery TEFLON® je možné používať nepretržite pri konštantnej teplote do 250 °C. V individuálnych prípadoch môže byť dokonca použitý pri vyššej teplote počas kratšieho obdobia. (Vyžaduje odbornú konzultáciu!)
Egyedülálló elektromos tulajdonságok
A TEFLON® bevonatnak – széles frekvencián tesztelve – nagyon magas az átütési szilárdsága, alacsony a veszteségi tényezője és nagyon magas a felületi ellenállása. Különleges módszerekkel elérhető, hogy elektromos vezetővé válva antisztatikus bevonatként alkalmazzák.
Hidegállóság
Az ipari TEFLON® bevonatok jól bírják a szélsőséges hideget anélkül, hogy alaptulajdonságai megváltoznának. Folyamatosan akár a mínusz 250 °C–ig is alkalmazható.

Vegyszerállóság – korrózióvédelem
A TEFLON® bevonat semleges marad – nem reagál – a kémiai környezetére, csak az olvadt alkáli fémekre és az erősen fluortartalmú vegyszerekre érzékeny.
Tulajdonság ASTM Standard Egység Teflon®  PTFE Teflon® FEP Teflon® PFA Teflon® ETFE
Fajsúly D792  — 2,15 2,15 2,15 1,76

Szakítószilárdság
D1457
D1708
D638

MPa

21-35

23

25

40-47

Nyúlás
D1457
D1708
D638

%

300-500

325

300

150-300
Hajlítási együttható D790 MPa 500 600 600 1.200
Hajlítási próba D2176 ciklus >106 5-80 x 103 10-500 x 103 10-27 x 103
Ütőszilárdság D256 J/m 189 Nincs törés Nincs törés Nincs törés
Keménység D2240 Shore D
pencil
50-65
HB
56
HB
60 HB 72 HB
Kopásállóság
– Bell teszt (1)
– Sliding Arm (2)
– Tabor Abrasion (3)
 
 
g/µm
mg
mg

85
7,9-9,7
12
 

11,1-15,2
14,8



  —
1,4
Karcállóság
– kezdet (4)
– teljes (5)

 
kg
kg

5,7-7,0
7,3-10,7
 
5,1-11,4
8,5-13,2




Súrlódási tényező
– nyugvó
– mozgó
D1894
 
0,12-0,15
0,05-0,10
  0,12-0,20
0,08-0,3
  0,2
  0,24-0,50
0,3-0,4
Nedvesítési határszög (víz)  —  deg  104-111  95-105  104-111  90-100
Megjegyzések:
1. Bell dörzsállósági teszt berendezés: gramm koptatóanyag/mikron
2. Sliding Arm teszt: 1000 ciklus, 500 gr teher, 400-as dörzspapír, 35,5 cm2 felület 3. Tabor koptató teszt: Cs 17 kerék, 1 kg teher, 1000 ciklus, súlyveszteség milligrammban 4. Scratch Master karcállósági teszt: kezdet – amint kilátszik az alapfém 5. Scratch Master karcállósági teszt: teljes – amint teljesen levált a bevonat réteg



TERMIKUS TULAJDONSÁGOK

Tulajdonság

ASTM Standard Egység Teflon® PTFE Teflon® FEP Teflon® PFA Teflon® ETFE
Olvadáspont D3418 °C 327 260 305 267
Beégetési hőfok °C 380-430 360-390 380-400 300-325
Max. folyamatos
üzemi hőfok
°C 270 205 260 150
Max. időszakos
üzemi hőfok
°C szakmai egyeztetést igényel
Tűzveszélyességi besorolás UL94   — VO VO VO VO
Limitált oxigén index D2863 % >95 >95 >95 30-36

Égéshő

D240 MJ/kg 5,1 5,1 5,3 13,7
Hővezetési tényező  — W/m·K 0,25 0,20 0,19 0,24

 

VEGYI TULAJDONSÁGOK
Tulajdonság ASTM Standard Egység Teflon® PTFE Teflon® FEP Teflon® PFA Teflon® ETFE
Vegyszer és oldószerállóság D543   — Kiváló Kiváló Kiváló Kiváló
Nedvességfelvevő képesség, 24 h D570 % <0,01 <0,01 <0,03 <0,03
Sós víz állóság (1)
– alumíniumon
– acélon
B-117  
Óra
Óra
 
744+
192

744+
 
1000
 
1000
Tisztítószer állóság (2) -alumínium
-szemcseszórt alumínium -szemcseszórt acél
—   
Óra
Óra
Óra
 
264
624
24
 
744
600
480
 


 


Időjárás állóság Floridai viszony kivétel Év alatt nem változik 20 20 10 15
Megjegyzés:
1. Sós víz állóság 35°C fokon 5%os sóoldatban, órákban mérve az áteresztésig.
2. Tisztítószer állóság órákban mérve.

 

ELEKTROMOS TULAJDONSÁGOK
Tulajdonság ASTM Standard Egység Teflon® PTFE Teflon® FEP Teflon® PFA Teflon® ETFE
Dielektromos állandó D150 1 MHz 2,1 2,1 2,1 2,6
Térerősség az anyagban** D149 V/µm 18 53 80 79
Disszipációs tényező D150 1 MHz <0,0001 0,0006 0,0001 0,007
Ívállóság D495 sec >300 300 >180 122
Térfogati ellenállás D257 ohm·cm >1018 >1018 >1018 >1017
Felületi vezetőképesség D257 ohm/sq >1018 >1016 >1017 >1015
** 100 µ film esetén



A Teflon® FEP réteg gőz átviteli tényezője, 25 mikron vastagságnál, ASTM E-96-nál
(vastagabb rétegnél mért értékek átszámítva 25 mikronra)

Gőz

Hőfok, °C g/100 inch 2 vagy g/625 cm2 (24 óra)
Ecetsav 35° 0,41
Aceton 35° 0,95
Acetofenon 25° 0,50
Benzol 35° 0,64
Szén tetraklorid 35° 0,31
Etil Acetát 35° 0,76
Hexán 35° 0,56
Sósav, 20% 25° <0,01
Piperidin 25° 0,04
Tömény salétromsav 25° 7,5-1,4
Nátrium hidroxid, 50% 25° <0,01
Kénsav, 98% 25° 0,00001
Víz 39,5° 0,40

Fontos megjegyzés:
Fenti adataink megadásának célja – legjobb tudásunk, tapasztalatunk és a tudomány mai állásának megfelelően – a felhasználó segítése. Nem vállalunk jogi felelősséget a meghatározott tulajdonságokra és a konkrét felhasználási területen való alkalmasságra. A felhasználónak az alkalmazás során előforduló nemkívánatos hatások elkerülésére érdemes saját vizsgálatot végezni, melyhez minden segítséget megadunk.