ФТОРОПЛАСТОВІ ПОКРИТТЯ. ДОСВІД І ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ.
В.В.Колесніченко, Д.Н. Трофимов
В ряду полімеризацій пластмас фторопласти займають особливе місце завдяки унікальному поєднанню таких властивостей, як високі хімічна стійкість, теплостійкість, морозостійкість, триботехнические, антиадгезійних, електроізоляційні характеристики. Це зумовлює їх використання в протикорозійного техніці, машинобудуванні, електроніці, приладобудуванні, харчовій промисловості та інших в якості покриттів і футеровок різного призначення.
У ВАТ «Пластполімер» розроблені технологічні процеси нанесення фторопластових покриттів з порошків, лаків, суспензій і композицій, що забезпечують отримання адгезионно-міцних з'єднань метал-фторопласт, які тривалий час працюють в різних агресивних середовищах при високих (до + 260 ° С) температурах. Зазначені технології включають: застосування різних грунтовок біфункціонального типу і конверсійних покриттів металів, дозоване окислення фторопластов, гамма-опромінення, додаткову термообробку сформованих покриттів і інші технологічні прийоми [2, 3].
Рис.1. Головний спеціаліст по ФП покриттям (Колесніченко В.В.) оцінює
якість порошкового покриття на основі Ф-4МБП.
Фторопластові покриття умовно можна класифікувати за наступними критеріями:
1) за методами нанесення - порошкові, лакові, суспензійні, футеровочні;
2) за матеріалами - Ф-4, Ф-3, Ф-2 і різні фторсополімери;
3) за призначенням - антикорозійні, антифрикційні, протівоналіпающіе, електроізоляційні, ущільнюють і інші.
Фторопласти представляють собою клас карбоцепні полімерів, у яких основна ланцюг, що складається з вуглецевих атомів, укладена в щільну спіральну оболонку з атомів фтору. Міцність хімічного зв'язку C - F становить 116-120 ккал / моль, що набагато перевищує міцність зв'язку C - H (95 ккал / моль), характерною для поліетилену. Ця обставина поряд з хімічною інертністю і щільністю оболонки з атомів фтору, що захищає вуглецевий ланцюг від проникнення і впливу агресивних деструктуючих середовищ (кисень, кислоти, розчинники та ін.), Надає ФТОРОПЛАСТ високу химстойкость, стійкість до термоокислительной деструкції і низьку проніцаемсть.
Наявність хімічно інертною оболонки з атомів фтору зумовлює низьку поверхневу енергію фторопластов (критичне поверхневий натяг змочування для фторопласта-4 становить
18,5 дин / см) [1]. Це дозволяє використовувати фторопласти (особливо фторопласт-4) в якості унікальних матеріалів антифрикційного призначення навіть в умовах сухого тертя, а також в якості антиадгезійних (протівоналіпающіх) матеріалів. Однак, висока хімічна інертність фторопластов і низька поверхнева енергія є головними причинами низької адгезії (прилипання) фторопластов до металів, що вимагає спеціальних прийомів при їх використанні в якості захисних покриттів.
Захисна дія покриттів від агресивних середовищ визначається не тільки хімічну стійкість полімеру (фторопласту), але також дифузійної проникністю і адгезію покриття до захищається металу. У таблиці за узагальненими даними [3] наведені порівняльні характеристики фторопластов різних марок, пентапласт і поліетилену, в тому числі дифузійні характеристики, на підставі яких можна зробити попередній вибір матеріалу для протикорозійного покриття.
Таблиця 1. Фізико-механічні, теплофізичні і дифузійні властивості полімерних матеріалів для покриттів
Як випливає з таблиці, мінімальної дифузійної проникністю в агресивних середовищах, що містять «летючі» електроліти (HCl. HF), найбільш легко проникають через будь-полімерне покриття, володіють фторполімери з високими значеннями модуля пружності, поверхневої твердості і температури склування (Ф-3Б, Ф -30), а також пентапласт. Цим матеріалами по проникності не поступається і Ф-32Л, що має, крім того, хороші деформативні характеристики. Низька диффузионная проникність цих полімерів обумовлена, на наш погляд, високим міжмолекулярним взаємодією полімерних ланцюгів (енергією когезії), високою кристалличностью (до 75%) і хімічної інертністю в широкому діапазоні температур.
Інші фторопласти (Ф-2М, Ф-40, Ф-4 Мб, Ф-42) також можуть бути обрані для протикорозійного захисту, оскільки за дифузійним характеристикам вони в 8-30 разів перевершують поліетилен.
У ВАТ «Пластполімер» розроблені технологічні процеси напилення фторопластових покриттів з порошків Ф-2М, Ф-30ПС, Ф-40ДП (ВЕ), Ф-4МБП, Ф-50ПН і інших, товщиною 0,3-1,5 мм без пір, бульбашок, з високою і стабільною адгезією на різних металах, в тому числі на міді і її сплавах, на склі, кераміці, неорганічних емаль, кремнії, нітриді титану та інших. Для отримання покриттів використовується метод електростатичного напилення.
Фторопластові покриття, зокрема, Ф-30ПС, Ф-2М успішно захищають метал каруселей і фільтротримачем від корозії в особливо агресивних середовищах (Суміш Каро і інших) в прізводства друкованих плат. Покриття на основі Ф-4МБП застосовують для захисту ємностей і насосів, компенсаторів і мембран на підприємствах електронної техніки, приладобудування і хімічного машинобудування. Є позитивні результати застосування покриттів Ф-4МБП, Ф-30ПС і інших для захисту різного медінструменти від корозії, для додання біологічної інертності і електроізолюючих властивостей (пінцети, лапароскопи і інші).
Покриття з Ф-2М, Ф-4МБП, Ф-30ПС використані для хімічного захисту сталевих валів при прокатці літієвої фольги, для захисту від біокоррозіі валів-шиберів у виробництві плавлених сирів, а також на сталевих валах для запобігання налипання фарби в друкарському виробництві.
Як ущільнення і для антикорозійного захисту застосовується композиційне покриття Ф-4МБП з наповнювачами на муфтах Ду 219 мм, які використовуються при монтажі нафтопроводів. При цьому досягається (поряд з надійним ущільненням) легкість монтажу, демонтажу і багаторазовість використання муфт з покриттям.
Такі покриття позитивно зарекомендували себе для відновлення ресурсу і підвищення ККД шнекових компресорів високого тиску при перекачуванні газу.
Антиадгезійні покриття на основі Ф-4МБП успішно працюють на пакувальних лініях (ТЕНи, ножі, вали та інші), при зварюванні труб з поліолефінів, а також на установках термоформования виробів з різних листових полімерних матеріалів, лиття і контактного формування, в т.ч. із застосуванням епоксидних, поліефірних, поліуретанових і інших смол. Крім того, такі покриття біологічно інертні і допускають контакт з харчовими продуктами (м'ясо, тісто, кондитерські вироби та інші).
З перспективних розробок можна відзначити технологію напилення фторопластов на діелектричні підкладки, наприклад, поліімідного плівку. За один шар напилення можна отримати покриття товщиною до 80 мкм. Адгезія фторопластових порошкових покриттів до Полііміди
в 2 рази вище, ніж у покриттів, одержуваних традиційним способом (з суспензій). Такі плівки з покриттями можуть знайти застосування у виробництві особопрочних стрічкових проводів, термоплівок для ксероксів і ін.
Представляють також інтерес антистатичні покриття на основі Ф-30ПС для застосування в електроніці з метою запобігання електричних пробоїв статичної електрики при транспортуванні мікросхем, а також у вибухо- і пожежонебезпечних виробництвах.
В даний час вирішуються питання хімічного захисту крупно-габаритного обладнання для хімічного машинобудування, в т.ч. тарілок ректифікаційних колон і інших.
4. Лакові покриття.
На основі розчинних фторопластов Ф-32, Ф-42 і інших в ВАТ «Пластполімер» розроблені і випускаються фторопластові лаки марок ЛФ-32Л, ЛФ-42Л, фторопласт-епоксидні лаки марок ЛФЕ-32ЛНХ, ЛФЕ-32ЛНГ, ЛФЕ-42ЛНХ, ЛФЕ -42ЛНГ (ТУ 6-05-1884-80), покриття з яких виходять звичайними методами лакофарбової технології і формуються як при кімнатній, так і при підвищених (80-250 ° С) температурах.
Покриття на основі цих лаків мають високі антикорозійні властивості, що не набухають у воді і мають кращі захисні властивості, ніж поліетиленові (таблиця 1). Вони стійкі до кислих і лужних середовищ (98% -а азотна кислота, 37% -а соляна кислота, 50% -а оцтова кислота, 50-98% -а сірчана кислота, 50-90% -а фосфорна кислота, 40% - ний розчин їдкого натру), а також стійкі до агресивних парам і газам, що містить фтористий водень, окислювачі та інші агресивні компоненти [3].
Покриття з фторопластових лаків застосовуються для захисту від корозії газоходів, вентиляторів, витяжних шаф, парасольок в різних хімічних виробництвах, в електроніці, оптиці, в харчовій промисловості, для захисту ємностей і фільтрів у виробництві пива, вина та інших продуктів. Лакові покриття на основі ЛФ-42, поряд з хорошими фізико-механічними властивостями, химстойкостью, мають високі триботехническими характеристиками, що дозволяє їх застосовувати на різних манжетах, ущільненнях, прокладках, діафрагмах з гуми. Такі покриття забезпечують легкість і багаторазовість використання гумових виробів, підвищують герметичність апаратури і ресурс її роботи.
З перспективних напрямків використання лакових фторопластових покриттів можна відзначити захист теплообмінного обладнання та газоходів в ТЕЦ, що працюють при високих (до 200-250 ° С) температурах і дії агресивних газів (оксиди сірки, азоту) і конденсату. Для підвищення теплостійкості і адгезії лакових фторопластових покриттів нами пропонується термо-хімічне структурування покриттів з утворенням неплавких (зшитих) захисних плівок.
Для хімічного захисту і електроізоляції гальванічних підвісок розроблений досвідчений склад на основі СКФ-26ОНМ, що дозволяє отримувати покриття за 1 шар товщиною до 1 мм. Дані покриття стійкі в концентрованій соляній кислоті і різних агресивних середовищах гальванічного виробництва (хімічне нікелювання, хроміріваніе, золочення та інших), а також мають високі фізико-механічними властивостями (стійкістю до ударів, подряпин, вібраційних навантажень, різких перепадів температур).
Заслуговують також уваги нові атмосферо і вологозахисні покриття типу ФПР, отверждаемие в природних умовах, а також покриття з виборчої смачиваемостью до різними маслами і рідинами для приладобудування.
5.Покритія з суспензій.
Покриття з суспензій фторопластов і композицій на їх основі наносяться усіма методами, властивими лакофарбової технології і застосовуються в якості антиадгезійних (протівоналіпающіх) покриттів (Ф-4Д, Ф-4МД) і як антикорозійні (Ф-2МЕ, Ф-2МСД, Ф-3МСК , Ф-4МД). Так, з композицій на основі суспензій Ф-4Д, Ф-4МД розроблені і знаходять застосування протівоналіпающіе покриття для посуду, хлібопекарських форм, вафельниць, тостерів, шнеків, фильер, шиберів в макаронному виробництві, для захисту ТЕНів від накипу і підвищення класу електробезпеки, для запобігання налипання розплавів полімерів на зварювальних ножах, підошвах прасок, на валах і термоплівкою ксероксів, ливарних формах, пресформ та інших виробах.
З композицій ФБФ-74Д і ЛФА-4Д-О (аналог ВАФ-31) отримують покриття антифрикційного призначення, що працюють в умовах сухого тертя. Причому досвідчені покритті на основі ЛФА-4Д-О мають високу адгезію і зносостійкість (в 5-50 разів більшою, ніж Ф-4Д) і здатністю формуватися при температурі 20-90 ° С. Є також позитивний досвід використання покриттів на основі ФБФ-74Д в якості протівоналіпающіх на валах для прокатки тесту, що містить мед, для прессформ вторинної переробки поліуретану та інших цілей.
Суспензії Ф-4Д, Ф-4МД застосовуються також для виготовлення фторлакотканей типу Ф-4ДЕ01, використовуваних для отримання друкованих плат, що працюють в високочастотних діапазонах, для електроізоляції проводів, для безперервних транспортерних стрічок, прокладок, полотнищ в кондитерській і хлібопекарській промисловостях, в друкарському, швейному, і інших виробництвах.
Для виготовлення фторпластових футеровочних покриттів (футеровок) застосовують розроблені в ВАТ «Пластполімер» плівки Ф-4 Мб, Ф-32Л, Ф-3М, листи і плівки Ф-2, Ф-2М, труби Ф-4Д, фторлакоткані. Футеровки виконуються як у вигляді вільних зварних вкладишів, які розміщені в захищається ємність, так і наклейкою з наступним зварюванням окремих елементів футеровки, що утворюють з металевою поверхнею ємності єдину конструкцію.
З перспективних напрямків слід відзначити спосіб термодублірованія труб і плівок з Ф-4Д склотканинами, розроблений замість хімічної активації Ф-4Д і наклейки дублюючої тканини. При цьому досягається дуже висока адгезія між фторопластом і тканиною, що перевершує когезійну міцність матеріалів, що з'єднуються. Такі труби і плівки з дублюючим шаром можуть бути використані для виготовлення біпластмассовой апаратури з зовнішнім конструкційним шаром склопластику, для футерування газоходів ємностей на ТЕЦ, хімічних виробництвах і для інших цілей. При цьому виключається використання металевих оболонок, чим полегшується вага конструкції.
Заслуговує також уваги розроблений спосіб футеровочного покриття зовнішньої поверхні труб, валів та інших циліндричних виробів фторопластовим плівками шляхом намотування готових плівок і подальшого термоформования заготовок. Таким способом за одну операцію можна отримати покриття до 1 мм, вільне від часу, бульбашок, що в деяких випадках більш продуктивно, ніж порошкове напилення (наприклад, Ф-4МБП).