TEFLON®-bevonó, Szinterező és Kereskedelmi Kft.

Teflon bevonat története, tulajdonságai, fajtái

A feltalálásról röviden: A Teflon ® bevonatot 1938-ban véletlenül fedezte fel Dr Roy Plunkett, a DuPont fiatal vegyésze, aki akkor hűtőgázokkal folytatott kísérleteket. Ez a csúszós, semmihez nem tapadó anyag a PTFE, (politetrafluoretilén) aminek később a DuPont a Teflon ® nevet adta.

A Teflon ® védett márkanév, kizárólag a DuPont használhatja.

 

Dr Roy Plunkett feljegyzése noteszában
A feltalálásról részletesen: Részlet az Élet és Tudomány mellékletéből
Szerző: Dr Máthé Árpád 
 

A Teflon ® és a véletlen
Dr Roy Plunkett, az amerikai DuPont cég vegyésze 1938 áprilisában egy új hűtőközeg előállításához tetrafluor-etilént (C2F4) használt köztitermékként. A 45 kilogrammnyi, mínusz 76 Celsius-fokon forró gázt néhány tucat kis acélpalackban tárolták. Később, amikor kinyitották a zárószelepet, az egyik palack mintha üres lett volna…A palackból nem jött ki gáz. Eltávolították a szelepet. Kiderült, hogy a tetrafluor-etilén gázból fehér por rakódott le a palack falára. Hogy összegyűjthessék a port, a palackot kettéfűrészelték. Megállapították, hogy a fehér por kémiai összetétele megegyezik a tetrafluor-etilén gázéval. Tárolás közben, a kutatók szándékától függetlenül poli(tetrafluor-etilén), röviden: PTFE keletkezett.
Plunkett nem gondolta, hogy a tetrafluor-etilén tárolása közben polimerizálódhat, hiszen egy hasonló monomer, a vinil-klorid polimerizálásához katalizátorra, gyökképző iniciátorra volt szükség. A spontán polimerizáció azért is meglepő volt, mert a kutatók éppen nagy stabilitásuk miatt foglalkoztak a fluor-klór-szénhidrogénekkel (a freonokkal).
A poli(tetrafluor-etilén) a Teflon ® nevet kapta. Ez a hőre lágyuló polimer nagymértékben kristályos szerkezetű. Valamennyi műanyag közül ennek a legnagyobb a vegyszerállósága: nincs oldószere. Jól ellenáll a hidegnek és a melegnek is: mínusz 269 Celsius-foktól plusz 260 Celsius-fokig tartósan igénybe vehető. A legkevésbé éghető műanyag. Kielégíti a legszigorúbb élelmiszeripari és gyógyászati követelményeket, s akár az élő szervezetekbe is beépíthető.
Semmiféle anyag nem tapad rá, még magasabb hőmérsékleten sem. Ezért süthetünk a Teflon ® réteggel bevont fémedényekben zsiradék nélkül is. A hagyományos műanyagfeldolgozási eljárásokkal nem formázható: a sűrűsége nagyobb (2,3 gramm/ köbcentiméter), mint a tömegműanyagoké, az ára pedig jóval meghaladja azokét.
Különleges alkalmazási lehetőségeinek köszönhetően napjainkban a világon évente több mint 50 ezer tonna Teflont ® állítanak elő.
A Teflon ® a tetrafluor-etilén gyökös polimerizációjának terméke. Nagy (0,5–1 millió) az átlagos molekulatömege, 90 százalékban kristályos szerkezetű és 341 Celsius-fokon olvad meg. Érdekes, hogy a megömlesztett, majd kihűtött polimer másodszorra már 327 Celsius-fokon olvad. E hőmérséklet felett is stabil, de az ömledéknek olyan nagy a viszkozitása (1011 poise 380 Celsius-fokon), hogy nem lehet a szokásos módon (extrudálással vagy fröccsöntéssel) feldolgozni. A szuszpenziós polimerizációs reaktorokból kikerülő különböző alakú, porózus részecskékből álló anyagot szűrik, szárítják és az igényektől függően megőrlik. A tipikus PTFE-granulátum 400–800 mikrométer átmérőjű szemcsékből áll. Ebből az őrölt anyagból alacsony hőmérsékleten préseléssel elkészítik a kívánt formát, majd a félkészterméket kemencében szinterezik (380 Celsius-fokon, nyomás alatt hosszú ideig hőkezelik). Így áll össze a részecskékből a teret teljesen betöltő, pórusmentes, szilárd anyag. Ez aztán már a fémiparból ismert eljárásokkal (fúrással, esztergálással, marással stb.) formázható.
Bevonatok és szálak készítésére vizes diszperzió formájában alkalmas a Teflon ®. A nyers diszperziót előbb felületaktív anyagokkal stabilizálják, majd 50-60 százalék szárazanyag-tartalomig besűrítik. A kívánt felületre a legváltozatosabb módokon viszik fel: hajtógázzal ráfúvatják, folyadékkal rákenik, a bevonandó anyagot belemártják vagy elektromos térben, annak hatására alakul ki a bevonat.
Vizes diszperzióból Teflon ® szál is húzható. Ilyenkor a diszperziót egy mátrixképző műanyaggal, például viszkózzal keverik össze. A szálkötegből hevítéssel eltávolítják a mátrixot adó segédpolimert, majd a szálakat szinterezik és tovább nyújtják.

1. TEFLON® PTFE
Kétrétegű nem tapadó bevonatrendszer. (Alap és fedőréteg.)
A fluorpolimerek közül a PTFE bírja a legmagasabb állandó üzemi hőmérsékletet (250 °C). Nagyon alacsony a súrlódási együtthatója, jó a dörzsállósága és vegyszerállósága. A PTFE vizes alapú diszperzióként készül.
2. TEFLON® FEP
FEP (fluorinált etilén propilén kopolimer)
Nem tapadó bevonat, mely megfelelő hőkezelésnél úgy olvad és folyik meg, hogy porozitás-mentes, egybefüggő réteget alkot. Ebből következően kiváló a vegyszerállósága, alacsony súrlódási tényezővel és kiváló nem tapadó tulajdonsággal rendelkezik. Maximális üzemi hőmérséklete: 205 °C. A FEP vizes alapú diszperzióként és por alakban is kapható.
3. TEFLON® PFA
PFA (perfluoralkoxi)
Nem tapadó bevonat, mely megfelelő beégetésnél úgy olvad és folyik meg, hogy porozitás-mentes, egybefüggő réteget alkot. A PFA üzemi hőmérséklete maximum 250 °C, a bevonat rétegvastagsága el tudja érni az 0,3 millimétert is. Keményebb, mint a PTFE vagy a FEP. Tulajdonságainak köszönhetően a PFA jobb választás igen sok alkalmazásnál, különösen a vegyszerállóság terén. A PFA vizes alapú diszperzióként és por alakban is alkalmazható.
4. TEFLON® ETFE
ETFE (etilén és a tetrafluor-etilén kopolimerje)
Tefzel® márkanévként terjedt el. Nem teljesen fluorinált, mégis kiváló vegyszerállósággal rendelkezik. 150 °C üzemi hőmérsékleten folyamatosan használható. A legkeményebb gyanta a fluorpolimerek közül. Akár 0,3 milliméteres rétegvastagság is elérhető, így igen tartós, ellenálló, kemény bevonatot ad. Az ETFE por és diszperzió alakban is készül.

5. TEFLON-S® egyrétegű bevonatok
Ez a vegyszer alapú diszperzió egy speciális keveréke a fluorpolimernek és más kiváló tulajdonságú gyantának, amik segítik a keménység és a súrlódási ellenállóság növelését. Hőkezelésnél a bevonat összetevői úgy rétegződnek, hogy a fluorpolimer tulajdonságai (alacsony súrlódási tényező és a nem tapadás) megmaradnak. A bevonat jó formaleválasztási és dörzsálló tulajdonsággal rendelkezik. Akár sima, tiszta fémfelületre is felhordható.

A TEFLON® összehasonlíthatatlanul sokoldalúbb minden más műanyagnál
Amióta a DuPont vegyésze, Roy Plunkett először dokumentálta a TEFLON® PTFE fluorpolimer felfedezését 1938-ban, a DuPont folytatta a fluorpolimer történelmének írását. Az alaptechnológiától az egyedileg tervezett fluorpolimer termékekig folyamatosan bővíti a TEFLON® bevonatok funkcionális minőségét a mai nagyigényű műszaki alkalmazások területén.

A TEFLON® bevonatok kimagasló tulajdonságai
Tapadásmentesség
Nagyon kevés szilárd anyag tapad a TEFLON® bevonathoz. Bizonyos anyagok ragadhatnak egy ideig, de azok is általában könnyen eltávolíthatóak.
Alacsony súrlódási tényező
A TEFLON® bevonat súrlódási tényezője általában 0,05 és 0,20 között van a terheléstől, a csúszási sebességtől és az alkalmazott Teflon® bevonattól függően.
Víztaszítás
A TEFLON® bevonattal ellátott felületek olaj- és víztaszítóak, nem nedvesednek, így könnyebb a tisztításuk, sok esetben öntisztítóak.
Hőállóság
Az ipari TEFLON® bevonatok folyamatosan használhatóak akár 250 °C állandó hőmérsékleten. Egyedi esetekben rövidebb időszakra akár magasabb hőfokon is alkalmazható. (Szakmai egyeztetést igényel!)
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.