Сравнение промышленных фторполимеров: Какой тип подходит для вашего применения?

Фторполимеры - это высокоэффективные материалы, синтезируемые путем гомополимеризации или сополимеризации фторсодержащих мономеров. Благодаря исключительно прочным связям углерод-фтор (C-F) в их молекулярной структуре, эти материалы обладают уникальными и превосходными свойствами по сравнению с обычными полимерами.

Высокая энергия связи C-F придает полимерной основе исключительную термическую и химическую стабильность, что приводит к превосходной атмосферостойкости. Кроме того, малый атомный радиус и низкая поляризуемость фтора способствуют отличительным характеристикам поверхности, таким как антипригарное поведение, низкое трение, водоотталкивающие свойства и коррозионная стойкость, а также замечательным электрическим и оптическим характеристикам, включая высокую изоляцию, низкую диэлектрическую проницаемость и высокое светопропускание.

Фторполимеры обычно делятся на фторкаучуки, фторэластомеры (фторкаучуки) и другие специальные фторполимеры. Наиболее широко используемыми фторполимерами являются PTFE, PVDF и FEP, на долю которых приходится более 90% мирового рынка. К распространенным типам фторэластомеров относятся FKM, FEPM, FFKM и другие. Другие специальные фторполимеры включают фторированные полиимиды, полиуретаны, полиэфиры, эпоксидные смолы и перфторполиэфиры.

В этой статье представлен подробный обзор более 30 распространенных фторполимеров, освещены их свойства, структуры и реальные области применения в таких отраслях, как аэрокосмическая, электронная, автомобильная и химическая промышленность.

PTFE (политетрафторэтилен)

PTFE, широко известный под такими торговыми названиями, как "Teflon" и "4F", часто называют "королем пластмасс" благодаря его исключительной комбинации химических, термических и электрических свойств.

PTFE - это кристаллический полимер, получаемый путем свободнорадикальной полимеризации тетрафторэтилена (TFE). Он имеет высокую температуру плавления 327°C и чрезвычайно высокую вязкость расплава - до 10¹⁰ Па-с при 380°C, что затрудняет его переработку обычными термопластичными методами. Плотность материала составляет 2,13-2,19 г/см³.

Он обладает превосходной химической стойкостью, низкой диэлектрической проницаемостью (2,1) и термической стабильностью в широком диапазоне температур и частот. ПТФЭ остается механически стабильным при температурах от -196°C до 260°C, обладая высокой ударной прочностью даже при низких температурах. Однако он обладает относительно низкой прочностью на растяжение, износостойкостью и сопротивлением ползучести по сравнению с другими инженерными пластиками.

Чтобы преодолеть эти ограничения, PTFE часто модифицируют добавками, такими как стекловолокно, углерод, бронза или графит, которые улучшают его механические характеристики для конкретных применений.

Прокладка из ПТФЭ

Одной из наиболее примечательных особенностей PTFE является чрезвычайно низкий коэффициент трения - ниже, чем практически у любого другого твердого материала. Он также имеет очень высокий предельный кислородный индекс (LOI), достигающий 95%, что означает, что он очень огнестойкий и не поддерживает горение.

Типичные области применения PTFE включают коррозионностойкую футеровку, химические трубы и фитинги, теплообменники, уплотнения, изоляторы, медицинские компоненты и высокоэффективные порошковые покрытия.

Фторированный полиимид (FPI)

Фторированный полиимид (ФПИ) - это жесткий высокоэффективный полимер, имеющий высоко регулярную структуру с имидными кольцами в основе. Он синтезируется путем реакции фторированных диангидридов с фторированными диаминами через поликонденсацию в расплаве или растворе с последующей имидизацией с образованием фторированной полиаминовой кислоты (FPAA).

FPI сохраняет хорошо известные свойства традиционного полиимида (PI), включая высокую прочность на разрыв, термостойкость, стабильность размеров и прочность на изгиб, но при этом обладает повышенной прозрачностью, электроизоляцией и низкой диэлектрической проницаемостью. Эти характеристики делают FPI особенно хорошо подходящим для передовых электронных приложений, таких как OLED-дисплеи, где высокий оптический коэффициент пропускания имеет решающее значение. Обычно используются покровные пленки, слои для сенсорных панелей (TSP) и поддерживающие пленки с высоким коэффициентом пропускания.

FPI можно классифицировать несколькими способами:

• По химической структуре: Тип дифенилового эфира, тип гомофенила, тип бензофенона и тип дифенила FPI
• По полимерной семье: Фторированный полиэфиримид (FPEI), фторированный полиамидимид (FPAI)
• По степени фторирования: Перфторированный ПИ против частично фторированного ПИ

Благодаря спросу в таких высокотехнологичных отраслях, как гибкая электроника и системы терморегулирования, мировой рынок ППИ продолжает расти. Однако основные технологии по-прежнему сосредоточены в Японии и США, причем на Японию приходится около 90% мирового производства.

В то время как Китай достиг крупномасштабного производства некоторых низкобарьерных мономеров, таких как диангидрид дифенилтетракарбоновой кислоты (BPDA) и пиромеллитовый диангидрид (PMDA), специальные мономеры, такие как гексафтордиангидрид (6FDA), только недавно стали прорывом в отечественном производстве, что позволило снизить зависимость от иностранных источников.

Сополимер хлортрифторэтилен-винилового эфира (FEVE)

Чтобы преодолеть ограничения ПВДФ при нанесении покрытий, исследователи в Японии и США разработали фторуглеродные смолы, содержащие гидроксильные функциональные группы. В 1982 году японская компания Asahi Glass представила FEVE, сополимер фторолефинов и винилового эфира, под торговым названием Lumiflon.

FEVE - это чередующийся сополимер, состоящий из мономеров винилфторида и мономеров винилового эфира (или сложного эфира). Фторид винила образует защитную структуру вокруг сегментов винилового эфира, что повышает долговечность. Гидроксильные и карбоксильные группы в виниловых эфирах позволяют FEVE сшиваться с изоцианатами, что позволяет проводить традиционные процессы отверждения без необходимости высокотемпературного спекания.

Благодаря этому FEVE растворим в эфирах, кетонах и ароматических растворителях и может наноситься стандартными методами. Он может образовывать:

• Однокомпонентные среднетемпературные покрытия для запекания с использованием блокированных полиизоцианатов или меламиновых смол
• Двухкомпонентные покрытия, отверждаемые при комнатной температуре, в сочетании с полиизоцианатами (например, биуретом HDI или тримером HDI)

Эти фторированные полиуретановые покрытия обладают исключительной атмосферостойкостью, химической стойкостью (кислоты, щелочи, растворители) и длительным сохранением блеска, что делает их идеальными для высокопроизводительной архитектурной отделки и антикоррозионных покрытий, рассчитанных на тяжелые условия эксплуатации.

Фторированный этилен-пропилен (FEP)

FEP - это обрабатываемый расплавом фторполимер, образующийся в результате сополимеризации тетрафторэтилена (TFE) и гексафторпропилена (HFP). Это мягкий кристаллический пластик с температурой плавления 304°C и плотностью 2,15 г/см³.

Хотя FEP обладает меньшей прочностью на растяжение, износостойкостью и сопротивлением ползучести по сравнению со многими инженерными пластиками, он обладает превосходной химической инертностью и термической стабильностью. Его диэлектрическая проницаемость остается низкой (2,1) в широком диапазоне температур и частот. Он не воспламеняется с предельным кислородным индексом (LOI) до 95% и сохраняет работоспособность при криогенных условиях до 392°C.

Трубка FEP

FEP выпускается в виде гранул для экструзии и формования, в виде порошка для нанесения покрытий в кипящем слое или электростатических покрытий, а также в виде водной дисперсии. Полуфабрикаты включают пленки, стержни, листы и мононити.

Основные области применения FEP включают:

• Футеровки для труб, клапанов и оборудования для химической обработки
• Поверхностные покрытия для валов и разделительных листов
• Проводка и кабели - например, провода для подключения самолетов, кабели для бустеров, системы сигнализации, каротажные кабели для нефтяных скважин и плоские ленточные кабели.
• Солнечная энергия - пленка FEP используется в качестве покрытия в солнечных коллекторах

Полихлортрифторэтилен (PCTFE)

PCTFE - это высокоэффективный термопластичный фторполимер, синтезированный путем свободнорадикальной полимеризации хлортрифторэтилена (CTFE). Он имеет линейную структуру цепи с повторяющимися -CF₂-CClF-. Первоначально разработанный компанией IG Farben в Германии в 1930-х годах, PCTFE получил широкую известность во время Манхэттенского проекта как ключевой материал для разделения изотопов урана. Он был коммерциализирован в 1949 году под названием "Kel-F" компанией 3M в США.

Трубка PCTFE

PCTFE обладает превосходной химической стойкостью, термической стабильностью, низким влагопоглощением и превосходными газобарьерными свойствами. Атомы фтора в молекулярной структуре обеспечивают инертность, а присутствие хлора повышает механическую прочность, твердость и стабильность размеров.

Хотя его химическая стойкость и термостойкость несколько ниже, чем у PTFE и FEP, из-за наличия связей C-Cl, PCTFE превосходит их по жесткости, сопротивлению ползучести и непроницаемости. Он остается стабильным в большинстве агрессивных сред, разрушаясь только при контакте с расплавленными щелочными металлами или сильными окислительными кислотами при высоких температурах.

Основные свойства PCTFE:

• Температура плавления: ~210°C
• Диапазон используемых температур: от -100°C до 150°C
• Высокая точность размеров и оптическая четкость
• Чрезвычайно низкий уровень пропускания водяного пара

К числу распространенных областей применения относятся:

• Уплотнения и прокладки для вакуумных систем
• Прозрачные трубы и манометры
• Электроизоляционные детали
• Фармацевтика и медицинское оборудование
• Аэрокосмические и ядерные компоненты

Поливинилиденфторид (PVDF)

ПВДФ - это полукристаллический фторполимер, получаемый в результате полимеризации винилиденфторида (ВДФ) или его сополимеризации с небольшим количеством других фторсодержащих мономеров. Благодаря содержанию фтора около 60%, ПВДФ обладает выдающимся балансом химических, механических и электрических свойств.

Этот высокоэффективный материал обладает исключительной устойчивостью к химическим веществам, ультрафиолетовому излучению, атмосферным воздействиям и окислению. Он также обеспечивает превосходную прочность на разрыв, ударопрочность, твердость и износостойкость. Диапазон рабочих температур для ПВДФ обычно составляет от -60°C до 150°C, что делает его пригодным как для конструкционных, так и для химических применений.

Лист ПВДФ

Основные свойства ПВДФ:

• Высокая чистота и отличная химическая стойкость
• Превосходное сопротивление усталости и ползучести
• Хорошая огнестойкость и изоляционные характеристики
• Отличная технологичность при литье под давлением, экструзии и сварке

Основные области применения:

• Нефтехимическая промышленность: Футеровочный материал для труб, клапанов, резервуаров и теплообменников
• Электроника: Системы транспортировки высокочистых химических веществ в производстве полупроводников
• Покрытия: Используется в высокоэффективных фторуглеродных красках для архитектуры
• Накопление энергии: Связующие, сепараторы, гели и клеи для литий-ионных аккумуляторов - быстрорастущий рынок для ПВДФ

Легкоплавкий политетрафторэтилен (PFA)

PFA, сокращение от perfluoroalkoxy alkane, - это полностью фторированный фторопласт, который сохраняет все исключительные свойства PTFE, такие как химическая инертность, антипригарная поверхность и термическая стабильность, но при этом поддается обработке расплавом. Это делает ПФА идеальной альтернативой ПТФЭ для применений, требующих сложных форм и точного формования.

ПФА производится путем сополимеризации тетрафторэтилена (ТФЭ) с перфторалкилвиниловыми эфирами. Такая структура сополимера снижает вязкость расплава и улучшает адгезию расплава, не жертвуя при этом высокоэффективными характеристиками, присущими ПТФЭ.

Трубка PFA

Основные свойства ПФА:

• Температура непрерывной эксплуатации: от -80°C до 260°C
• Выдающаяся устойчивость практически ко всем химическим веществам
• Низкий коэффициент трения и превосходное антиприлипание
• Стабильные электроизоляционные свойства при различных температурах
• Высокая прочность на разрыв с удлинением 100-300%
• Превосходная радиационная стойкость и огнестойкость
• Биосовместимость - безопасность для медицинских имплантатов и устройств

Общие области применения:

• Уплотнения, прокладки и футеровка клапанов в химической промышленности
• Медицинские трубки и компоненты устройств
• Высокотемпературная изоляция проводов и кабелей
• Антипригарные и антикоррозийные покрытия
• Втулки, фитинги и реакционные сосуды для насосов

Тетрафторэтилен этилена (ETFE)

ETFE - это прочный, полукристаллический фторполимер, образующийся в результате сополимеризации этилена и тетрафторэтилена. Иногда называемый F40, ETFE известен как самый прочный из фторопластов, сочетающий в себе отличную химическую стойкость и термостойкость с повышенной механической прочностью и радиационной стойкостью.

По сравнению с PTFE, ETFE обладает почти вдвое большей прочностью на разрыв (до 50 МПа) и лучшей адгезией к металлическим поверхностям, что обеспечивает надежную герметичную прокладку в коррозионностойких трубопроводных системах. Он сохраняет свои характеристики в широком диапазоне температур и обладает высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.

Мембрана ETFE в современной архитектуре

Ключевые преимущества ETFE:

• Отличная механическая прочность и гибкость
• Высокая прозрачность и устойчивость к УФ-излучению
• Отличная ударопрочность и стойкость к истиранию
• Температура обработки до 300°C; температура эксплуатации до 150°C
• Высокая диэлектрическая прочность и химическая инертность

Основные области применения:

• Архитектура: Легкие, светопрозрачные кровельные и фасадные мембраны (вес ETFE составляет всего 1% веса стекла)
• Химическая промышленность: Футеровка для труб, клапанов и резервуаров
• Аэрокосмическая промышленность: Радиационно-стойкие пленки и изоляция
• Электроника: Изоляция проводов и защитная оболочка

Пленки ETFE обладают высокой пластичностью (удлинение > 400%) и не воспламеняются самопроизвольно, что делает их идеальными для современных конструкций, требующих долговечности, светопропускания и устойчивости к воздействию окружающей среды.

Сополимер тетрафторэтилен-гексафторпропилен-винилиденфторид (THV)

THV - гибкий, прозрачный фторопласт, сополимер, изготовленный из тетрафторэтилена (TFE), гексафторпропилена (HFP) и винилиденфторида (VDF). Он сочетает в себе химическую стойкость и негорючесть традиционных фторопластов с отличной технологичностью, что делает его одним из самых универсальных фторполимеров, разработанных на сегодняшний день.

В отличие от PTFE, который не поддается обработке расплавом, THV имеет широкое технологическое окно и низкую температуру плавления, что позволяет использовать его для экструзии, коэкструзии, литья под давлением, выдувного формования, ламинирования, окунания и применения в пленках. Это самый мягкий коммерческий фторопласт, известный своей превосходной гибкостью и прозрачностью.

Ключевые свойства THV:

• Отличная химическая стойкость к агрессивным газам и жидкостям
• Прозрачность в ультрафиолетовых лучах и низкий коэффициент преломления - идеальное решение для оптических приложений
• Низкая температура плавления, позволяющая работать совместно с нефторированными полимерами
• Хорошая адгезия к металлам и пластмассам - не требуется обработка поверхности
• Радиационная сшивка для повышения высокотемпературной стойкости и прочности

К числу распространенных областей применения THV относятся:

• Многослойные топливопроводы и химические шланги
• Гибкие оптические волокна и материалы для управления светом
• Архитектурные пленки и инкапсуляция солнечных батарей
• Защитные покрытия и прозрачные трубки для агрессивных сред
• Специализированные контейнеры, формованные детали и футеровка, устойчивая к давлению

Прозрачность THV в УФ- и ИК-диапазоне в сочетании с химической инертностью и прочностью на склеивание делает его сильным кандидатом для новых применений в солнечной энергетике, оптике и прецизионной электронике.

Хлортрифторэтилен этилена (ECTFE)

ECTFE - это прочный, полукристаллический сополимер, изготовленный из этилена и хлортрифторэтилена (CTFE). Он обладает исключительной коррозионной стойкостью и низкой проницаемостью, что делает его идеальным выбором для сложных условий химической обработки. Среди всех фторполимеров ECTFE особенно выделяется своей устойчивостью к сильным окислителям, хлору и широкому спектру неорганических и органических химических веществ.

ECTFE сохраняет свои характеристики в широком диапазоне температур - от криогенных условий до 149°C. Он также обеспечивает превосходные механические свойства, ударопрочность и электроизоляцию даже в агрессивных условиях эксплуатации.

Основные свойства ЭСТФЭ:

• Исключительная устойчивость к кислотам, щелочам, растворителям и соединениям на основе хлора
• Очень низкая степень водопоглощения и водопроницаемости
• Высокая гладкость поверхности, препятствующая размножению микроорганизмов
• Хорошая механическая прочность и ударная вязкость
• Стабильные диэлектрические характеристики в широком диапазоне частот

Интересное сравнение, проведенное компанией Ausimont (ныне входящей в состав Solvay), показало, что при 1000-кратном увеличении поверхность ЭСТФЭ (в частности, материалов с футеровкой HALAR®) остается более гладкой и имеет значительно меньше мест прилипания микроорганизмов, чем поверхности из полипропилена (ПП), ПВДФ или ПВХ. Это дает ECTFE явное гигиеническое преимущество при использовании в химической и фармацевтической промышленности.

Основные области применения ЭСТФЭ:

• Дренажные и канализационные системы на химических и нефтехимических предприятиях
• Скрубберы, вытяжные каналы и системы химической очистки
• Футеровочный материал для резервуаров, емкостей и трубопроводов, работающих с агрессивными средами
• Изоляция проводов и кабелей в жестких промышленных условиях

Поливинилфторид (PVF)

Поливинилфторид (ПВФ) - это частично кристаллический фторполимер, получаемый путем гомополимеризации винилфторида. Обладая самым низким содержанием фтора среди коммерческих фторопластов, ПВФ предлагает уникальный баланс экономичности, прозрачности и долговечности, что делает его идеальным для применения в тонких пленках.

PVF - это белый порошкообразный термопласт с температурой плавления примерно 190-200°C и температурой разложения выше 210°C. Его температура использования составляет от -100°C до 150°C, а молекулярная масса обычно варьируется от 60 000 до 180 000.

Пленка PVF для задней панели фотоэлектрических систем

Основные свойства поливинилхлорида:

• Высокая электроизоляция и прозрачность (включая пропускание ультрафиолета)
• Хорошая погодоустойчивость, химическая стойкость и способность к старению
• Сильная прочность и гибкость в виде тонкой пленки
• Низкая стоимость по сравнению с другими фторопластами

Основные области применения поливинилхлорида:

• Защитные экраны для фотоэлектрических модулей и солнечных панелей
• Защитные пленки для архитектурных панелей и интерьеров самолетов
• Упаковка для агрессивных веществ и масел
• Сельскохозяйственные пленки и электроизоляционные материалы

PVF используется в основном в виде пленки, что значительно повышает его барьерные свойства против ультрафиолета, химикатов, влаги и разрушения окружающей среды, что делает его незаменимым в наружных применениях с длительным сроком службы.

Фторированный полиуретан

Полиуретан (ПУ) - это универсальный полимер, состоящий из повторяющихся карбаматных (уретановых) групп. Он широко используется в самых разных областях - от пенопластов, эластомеров и клеев до покрытий и синтетических волокон. Хотя полиуретан обладает превосходными механическими свойствами, такими как прочность, эластичность и твердость, он, как правило, плохо противостоит воде, атмосферным воздействиям и химическим веществам.

Чтобы преодолеть эти ограничения, в молекулярную структуру полиуретана можно ввести атомы фтора. Фторирование улучшает поверхностные и термические характеристики полимера, сохраняя при этом присущие ему жесткость и эластичность.

Преимущества фторированного полиуретана включают:

• Низкая поверхностная энергия для улучшения водо- и маслоотталкивающих свойств
• Улучшенная термостойкость и устойчивость к окислению
• Уменьшение диэлектрической проницаемости и показателя преломления
• Повышенная химическая стойкость и защита от обрастания
• Превосходная атмосферостойкость и огнестойкость

Включение связей C-F обеспечивает более высокую энергию связи и более химически инертную поверхность, что делает фторированные полиуретаны пригодными для использования в сложных условиях. Эти материалы находят все большее применение в:

• Атмосферостойкие и антикоррозийные покрытия
• Низкодиэлектрические изоляционные материалы для микроэлектроники
• Композитные материалы аэрокосмического и военного назначения
• Биомедицинские применения, такие как покрытия для имплантатов и медицинских трубок
• Защитные покрытия для сохранения культурного наследия

Фторированный полиуретан представляет собой передовой класс материалов, сочетающих в себе гибкость полиуретана и химическую стойкость фторполимеров, обеспечивая многофункциональные характеристики как для промышленного, так и для специализированного применения.

Фторкаучук (фторэластомер)

Фторкаучук - также известный как фторэластомер - представляет собой синтетический эластомер, содержащий атомы фтора в полимерной основе или боковых цепях. Он известен своей исключительной устойчивостью к воздействию тепла, масла, топлива и агрессивных химических веществ, при этом обладая высокими механическими свойствами и эластичностью. Благодаря такому редкому сочетанию свойств фторкаучук широко используется в экстремальных условиях уплотнения, например, в аэрокосмической, автомобильной, химической и военной промышленности.

Перфторэфирный каучук (FFKM)

Основные категории фторкаучуков включают в себя:

• FKM: Наиболее распространенный тип, изготавливаемый из винилиденфторида, гексафторпропилена и тетрафторэтилена. Включает каучуки типа 26, типа 246 и перфторэфир.
• FFKM (перфторэластомер): Изготавливается из тетрафторэтилена и перфторвиниловых эфиров. Обладает высочайшей химической и температурной стойкостью (до 325°C) и часто используется в полупроводниковой, аэрокосмической и фармацевтической промышленности.
• FEPM: Сополимер тетрафторэтилена и пропилена. Устойчив к воздействию кислот, щелочей, пара, масел и тормозных жидкостей. Используется в автомобильной, химической и пищевой промышленности.
• FZ (фторированный фосфазеновый каучук): Не содержит углерод-углеродных связей в своей основе. Обладает превосходной стойкостью к озону, низким температурам (до -68°C) и химическому старению. Также обладает высокой огнестойкостью и устойчивостью к изгибу.

Основные свойства фторкаучуков:

• Отличные высокотемпературные характеристики: обычно от -20°C до 200°C; некоторые марки - до 325°C.
• Выдающаяся устойчивость к маслам, топливу и растворителям
• Низкая газопроницаемость и высокая механическая прочность
• Хорошая устойчивость к старению под воздействием тепла, ультрафиолета и озона

Общие области применения:

• О-кольца, прокладки, уплотнения и диафрагмы в двигателях и гидравлических системах
• Компоненты топливных систем в аэрокосмической и автомобильной отраслях
• Высокопроизводительные шланги, седла клапанов и пробки для бутылок
• Решения для экстремальной герметизации в оборудовании для обработки полупроводников

Работоспособность фторкаучука в экстремальных условиях делает его незаменимым материалом в отраслях, где важны безопасность, долговечность и химическая стабильность. Среди синтетических каучуков он остается одним из самых универсальных и надежных уплотнительных решений.

Фторированный акрилатный полимер

Фторированные акрилатные полимеры - это специализированные материалы, получаемые путем включения фторированных групп в обычные акрилатные полимерные цепи. Акрилатные полимеры широко используются в производстве покрытий, текстиля, бумаги и строительстве благодаря простоте обработки, высокой пленкообразующей способности и экономичности. Однако они часто не обладают достаточной гидрофобностью, олеофобностью и атмосферостойкостью - ограничения, которые можно устранить с помощью фторирования.

Вводя атомы фтора - особенно CF₃ и CF₂ группы в полимерной цепи, снижается поверхностное натяжение, что повышает устойчивость к воде, маслу, грязи и химическим веществам. Эти полимеры также демонстрируют улучшенную термическую и УФ-стабильность, что делает их идеальными для наружных и высокоэффективных покрытий.

Преимущества фторированных акрилатных полимеров:

• Улучшенные водо- и маслоотталкивающие свойства
• Улучшенная атмосферостойкость и противообрастающие свойства
• Повышенная гладкость поверхности и эффект самоочистки
• Хорошая химическая стойкость и низкая поверхностная энергия
• Некоторые виды обладают антибактериальными и биоинертными свойствами

Типы фторированных акрилатных полимеров:

• Гомополимеры: Обеспечивают сильное отталкивание, но являются дорогостоящими и хрупкими
• Смеси сополимеров: Фторированные мономеры, сополимеризованные со стандартными акрилатами или функциональными мономерами для обеспечения баланса между производительностью и стоимостью

К распространенным фторированным акрилатным мономерам относятся:

• Гексафторбутилакрилат
• Додекафторгептилметакрилат
• Перфторсульфонамидные (мет)акрилаты
• Перфторалкил-этил акрилаты

Важное замечание: Хотя более длинноцепочечные перфторалкилакрилаты (C8 и выше) демонстрируют лучшие характеристики, они являются экологически стойкими и труднее разлагаются. В настоящее время многие страны регулируют или ограничивают их использование, переключая спрос на более короткоцепочечные (C6 и ниже) альтернативы.

Ключевые области применения:

• Покрытия для текстиля и кожи для защиты от воды и пятен
• Самоочищающиеся архитектурные и автомобильные покрытия
• Антипригарная бумага, упаковка и разделительные подложки
• Защитные пленки для электроники и солнечных батарей

Фторированный поликарбонат

Поликарбонат (ПК) - это высокоэффективный термопласт, известный своей ударопрочностью, оптической прозрачностью и электроизоляцией. Наиболее распространенная форма на основе бисфенола А (BPA) широко используется в автомобильных деталях, системах освещения, электронике, строительных материалах и упаковке. Однако обычный ПК может оказаться неэффективным в высокотехнологичных приложениях, требующих повышенных термических, химических и диэлектрических свойств.

Фторированный поликарбонат решает эти проблемы путем включения фторированных строительных блоков, таких как бисфенол AF (BPAF), который содержит -CF₃ группы. Эти группы усиливают межмолекулярные взаимодействия и снижают поляризуемость полимера, что приводит к улучшению его характеристик.

Преимущества фторированного поликарбоната:

• Повышенная термическая стабильность и более высокая температура стеклования (T_g)
• Низкая диэлектрическая проницаемость для улучшения изоляции
• Сниженное водопоглощение и улучшенная стабильность размеров
• Повышенная химическая стойкость и атмосферостойкость
• Улучшенная прозрачность и низкий коэффициент преломления

Эти преимущества делают фторированные поликарбонаты подходящими для оптических пленок нового поколения, аэрокосмических компонентов и изоляционных материалов для микроэлектроники. Они также являются перспективными кандидатами для применения в суровых условиях, где обычный ПК разрушается быстрее.

Из-за сложности синтеза и высокой стоимости фторированные поликарбонаты используются в основном в специализированных областях. Однако их разработка ускоряется по мере роста спроса на легкие, термически стабильные и низкодиэлектрические материалы в высокочастотных электронных и оптических приложениях.

P(VDF-co-CTFE) - сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена

P(VDF-co-CTFE) - фторированный сополимер, образующийся при полимеризации винилиденфторида (VDF) с хлортрифторэтиленом (CTFE). Первоначально разработанный для военных целей в 1950-х годах, он был коммерциализирован под торговой маркой Kel® F компанией Kellogg в 1955 году.

Регулируя соотношение VDF и CTFE, можно точно настроить такие свойства сополимера, как гибкость, кристалличность и тепловые характеристики. В частности, присутствие CTFE снижает кристалличность и увеличивает количество аморфных областей, что придает материалу повышенную прочность и улучшает технологичность по сравнению с чистым PVDF или PCTFE.

Основные характеристики P(VDF-co-CTFE):

• Регулируемая температура стеклования (T_g) между ПВДФ (-40°C) и ПХТФЭ (+45°C).
• Повышенная гибкость и удлинение
• Хорошая химическая и погодная стойкость
• Низкая влагопроницаемость
• Отличная адгезия к металлам и другим субстратам

Типичные области применения включают:

• Внутренняя футеровка труб для транспортировки жидкостей в нефтяных и газовых системах (особенно подводных и наземных трубопроводов)
• Защитные слои для гибких трубок, диафрагм и пленок
• Барьерные материалы в высокочистых химических средах

P(VDF-co-CTFE) ценится за баланс гибкости, барьерных характеристик и химической стабильности, что делает его хорошо подходящим для агрессивных сред, где традиционные пластики не справляются.

P(VDF-co-TrFE) - сополимер винилиденфторида и трифторэтилена

P(VDF-co-TrFE) - это полукристаллический фторированный сополимер, полученный путем сополимеризации винилиденфторида (VDF) с трифторэтиленом (TrFE). Он обладает сильными ферроэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами, что делает его ключевым материалом для датчиков, приводов и устройств сбора энергии.

При молярном содержании VDF от 50% до 80%, P(VDF-co-TrFE) образует β-фазную кристаллическую структуру, которая поддерживает спонтанную электрическую поляризацию. После поляризации (выравнивания диполей с помощью тепла или электрического поля) материал демонстрирует высокие пьезоэлектрические коэффициенты и электромеханическую связь.

Основные свойства P(VDF-co-TrFE):

• Высокий пьезоэлектрический отклик (d₃₁ и г₃₃ до ±25 pC/N)
• Хорошая механическая гибкость и растяжимость
• Более высокая электромеханическая связь (k_t), чем керамические аналоги
• Применяется в тонких пленках, волокнах и формованных формах
• Термопластичное поведение - обеспечивает легкую обработку по сравнению с хрупкой пьезокерамикой

Основные области применения:

• Пьезоэлектрические датчики и преобразователи (давление, вибрация, деформация)
• Ультразвуковая визуализация и гидрофоны
• Микродинамики и микрофоны
• Системы сбора энергии и умные носимые устройства
• Пироэлектрические и электроактивные запоминающие устройства

По сравнению с традиционными пьезокерамиками, такими как PZT, P(VDF-co-TrFE) обладает лучшей гибкостью, технологичностью и совместимостью с мягкой электроникой, что делает его идеальным для применения в медицине, бытовой технике и для мониторинга конструкций.

Политрифторстирол (PTFS)

Политрифторстирол (ПТФС) - это гомополимер, получаемый из трифторстирола (ТФС), структурно схожего с политетрафторэтиленом (ПТФЭ), но с одним атомом фтора, замененным на фенильное (бензольное) кольцо. В результате ПТФС обладает отличными физическими и химическими свойствами, что делает его предметом растущего интереса в области фторированных функциональных материалов.

ПТФС имеет относительно высокую температуру стеклования (~210°C) и является аморфным материалом с очень низкой степенью кристалличности. В отличие от ПТФЭ, он хрупок при комнатной температуре и растворяется в нескольких органических растворителях, что ограничивает его прямое использование в конструкционных компонентах, но открывает новые возможности для функциональных применений.

Ключевые характеристики PTFS:

• Высокая термическая стабильность и температура стеклования
• Растворимость в различных полярных органических растворителях
• Низкая поверхностная энергия и химическая реактивность
• Хрупкие и неизносостойкие без модификации

Для расширения функциональности PTFS может быть химически модифицирован (функционализирован) с целью введения активных групп для расширенного применения:

• Сульфонирование: Производит катионообменные мембраны для топливных элементов и разделения ионов
• Нитрация: Позволяет создавать оптические пленки с высоким двулучепреломлением

Методы функционализации:

1. Предварительная полимеризация: Синтез модифицированных трифторстирольных мономеров и последующая сополимеризация - более универсальный, но химически сложный процесс
2. Постполимеризация: Модификация PTFS непосредственно после полимеризации - проще, но ограничено разнообразие групп и риск сшивания

Несмотря на то, что PTFS все еще находится на стадии исследований и разработок, он имеет потенциал для использования в передовых мембранных технологиях, оптических пленках и специальных покрытиях - особенно там, где высокое содержание фтора и его растворимость являются преимуществом.

Смола перфторсульфоновой кислоты

Смола перфторсульфоновой кислоты (ПФСА) - это высокоэффективный иономер, известный своей исключительной химической стабильностью, высокой протонной проводимостью и термостойкостью. Она считается одной из самых прочных твердых суперкислот и является важнейшим материалом при производстве протонообменных мембран (ПЭМ) для топливных элементов и ионообменных мембран для электрохимических процессов.

Смолы PFSA обычно синтезируются путем сополимеризации тетрафторэтилена (ТФЭ) с мономерами перфторвинилового эфира, содержащими функциональные группы сульфоновой кислоты. Присутствие высокоэлектроотрицательных атомов фтора придает исключительную устойчивость к химическому воздействию и окислению, а сульфокислотные группы обеспечивают сильную ионную проводимость.

Основные свойства смолы PFSA:

• Отличная термическая стабильность (стабильность до ~200°C)
• Выдающаяся химическая стойкость - даже в сильных кислотах и щелочах
• Высокая протонная проводимость благодаря сульфокислотным группам
• Хорошая механическая прочность и технологичность в качестве термопласта
• Длительный срок службы в электрохимических условиях

Для производства мембран смола PFSA обычно обрабатывается расплавом при температуре 160-230°C и экструдируется в пленки. Затем эти пленки размягчаются и ламинируются для механического усиления. Благодаря своей уникальной структуре смола сочетает преимущества фторполимерной основы с ионопроводящими функциональными группами.

Основные области применения:

• Топливные элементы: Протонообменные мембраны (ПЭМ) для водородных энергетических систем и электромобилей
• Хлор-щелочная промышленность: Ионообменные мембраны для электролиза рассола
• Электролизеры: Производство водорода путем электролиза воды
• Аккумуляторные системы: Сепараторы для проточных батарей и протонпроводящие пленки
• Инженерия окружающей среды: Восстановление кислот и разделение ионов тяжелых металлов

В связи с глобальным стремлением к экологически чистой энергии спрос на смолу PFSA быстро растет, особенно в качестве основного материала для водородных топливных элементов и систем электролиза, используемых в новых энергетических транспортных средствах и технологиях хранения энергии.

Фторсиликоновая резина

Фторсиликоновая резина - это гибридный эластомер, сочетающий в себе преимущества силикона и фторированных соединений. Он был разработан для преодоления недостатков обычной силиконовой резины, в частности, ее плохой устойчивости к топливу, маслам и агрессивным химическим веществам, при сохранении превосходной гибкости, термостабильности и устойчивости к атмосферным воздействиям.

Основой фторсиликонового каучука является полисилоксан (кремний-кислородные цепи), в котором некоторые метильные группы заменены на трифторпропиловые боковые цепи. Такая модификация значительно повышает стойкость к маслам, топливу и растворителям, сохраняя при этом основные характеристики традиционных силиконовых материалов.

Основные преимущества фторсиликоновой резины:

• Отличная гибкость при низких температурах (до -60°C)
• Выдающаяся устойчивость к топливу, маслам и гидравлическим жидкостям
• Стабильная работа в широком диапазоне температур (от -60°C до 200°C)
• Хорошая устойчивость к озону, ультрафиолету и атмосферным воздействиям
• Низкий уровень сжатия и высокая устойчивость

Типичные области применения включают:

• Уплотнительные компоненты в аэрокосмических и автомобильных топливных системах
• Прокладки, уплотнительные кольца и шланги для работы в жестких химических средах
• Медицинские и промышленные трубки, подверженные воздействию растворителей
• Электроизоляторы, требующие масло- и термостойкости

Фторсиликоновая резина особенно полезна в тех областях применения, где неизбежно воздействие топлива и химикатов и где традиционные силиконовые или фторуглеродные резины со временем разрушаются. Хотя она дороже стандартных силиконов, ее характеристики в экстремальных условиях оправдывают затраты в критически важных приложениях.

Фторированный полиэстер

Фторированные полиэфиры - это класс модифицированных полиэфиров, в которых некоторые атомы водорода в полимерной основе или боковых цепях заменены на атомы фтора. Это структурное изменение улучшает поверхностные, термические и химические свойства материала, расширяя его применение в высокоэффективных покрытиях, пленках и волокнах.

В зависимости от содержания фтора фторированные полиэфиры делятся на три типа:

• Атомы фтора в основная цепь
• Атомы фтора в боковая цепь
• Атомы фтора в как основные, так и побочные цепи

Преимущества фторированного полиэстера включают:

• Низкая свободная энергия поверхности обеспечивает превосходные водо- и маслоотталкивающие свойства
• Снижение коэффициента трения и диэлектрической проницаемости
• Улучшенная атмосферостойкость и устойчивость к окислению
• Высокая прозрачность и светопропускание в тонких пленках
• Сильная устойчивость к химическому воздействию и ультрафиолетовому изнашиванию

Области применения:

• Антикоррозийные, атмосферостойкие покрытия для зданий и инфраструктуры
• Водонепроницаемые и противотуманные пленки для электроники и оптики
• Самоочищающийся текстиль и высокоэффективные технические волокна
• Промежуточные смолы для производства фторсодержащих полиуретановых покрытий

Фторированные полиэфиры завоевывают все большее внимание в отраслях, где требуются материалы с защитой поверхности и экологической стойкостью. Гидроксил-терминированные версии также могут служить в качестве преполимеров в передовых полиуретановых системах для покрытий и клеев.

Фторированная эпоксидная смола

Эпоксидные смолы - это широко распространенные термореактивные полимеры, которые ценятся за сильную адгезию, химическую стойкость, электроизоляцию и механическую прочность. Однако обычные эпоксидные смолы часто не обладают достаточной гидрофобностью, маслостойкостью и долговременной погодной стабильностью. Модификация фторированием позволяет устранить эти недостатки путем введения фторированных групп в основу смолы или боковые цепи.

Включение атомов фтора - в частности, CF₃ или CF₂ Эпоксидная смола, содержащая единицы, значительно улучшает свои характеристики благодаря сильной связи C-F (энергия связи ~486 кДж/моль), низкой поляризуемости и высокой электроотрицательности фтора.

Основные улучшения после фторирования:

• Отличная химическая стойкость (кислоты, щелочи, растворители)
• Низкая поверхностная энергия, что обеспечивает лучшее водо- и маслоотталкивание
• Более широкий диапазон рабочих температур и лучшая термическая стабильность
• Уменьшение диэлектрической проницаемости и показателя преломления
• Улучшенная устойчивость к старению, ультрафиолетовому излучению и противообрастанию

Атомы фтора также располагаются по спирали вокруг углеродной основы полимера, образуя трехмерный экран, который защищает смолу от разрушения под воздействием окружающей среды и химического воздействия.

Области применения включают:

• Высокопроизводительные покрытия для аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности
• Электронная упаковка и изоляция для микроэлектроники
• Оптические клеи и антибликовые покрытия
• Специальные композиты для оборонных и спутниковых технологий

Из-за своей стоимости и сложности фторированная эпоксидная смола обычно используется только в высокотехнологичных приложениях, где важны долговременная надежность, электрические характеристики и устойчивость к воздействию окружающей среды. По мере роста спроса на материалы нового поколения ожидается дальнейшее расширение их применения в точной электронике и современной инфраструктуре.

Фторированный полиэфирэфиркетонетон (PEEKK)

Полиэфиркетонкетон (PEEKK) - это высокоэффективный термопластичный полимер семейства PAEK, структурно схожий с PEEK, но с дополнительными кетоновыми группами, повышающими жесткость и термостабильность. Он обладает превосходными механическими свойствами, химической стойкостью, устойчивостью к радиации и электроизоляцией, что делает его пригодным для применения в аэрокосмической, ядерной и электронной промышленности.

Однако, как и многие другие высокоэффективные термопласты, немодифицированный PEEKK страдает от высоких температур переработки и плохой растворимости. Введение атомов фтора в основу полимера или боковые цепи - эффективный способ устранения этих недостатков.

Преимущества фторированного PEEKK:

• Улучшенная термическая стабильность и огнестойкость
• Низкая диэлектрическая проницаемость и пониженный коэффициент преломления
• Улучшенная растворимость в органических растворителях - более легкая обработка
• Низкое влагопоглощение для стабильности размеров
• Повышенная оптическая прозрачность и эффективность пропускания света

Атомы фтора уменьшают межмолекулярные взаимодействия и снижают поляризуемость полимера, что улучшает гибкость и оптические свойства, сохраняя при этом высокую механическую прочность.

Потенциал применения:

• Низкодиэлектрические материалы для высокоскоростной электроники и устройств 5G
• Оптические волноводные компоненты и прозрачные структурные пленки
• Газоселективные мембраны для использования в экологии и медицине
• Радиационно-стойкие изоляторы для аэрокосмической и ядерной промышленности

Фторированный PEEKK - перспективный материал нового поколения, сочетающий исключительную прочность с технологичностью и улучшенными диэлектрическими свойствами, что делает его конкурентоспособным кандидатом в высокотехнологичных и критически важных областях.

Фторированный полиарилэфир

Фторированные полиарилэфиры - это класс высокоэффективных полимеров, образованных путем введения атомов фтора в основу или боковые цепи традиционных полиарилэфиров. Такая структурная модификация улучшает тепловые, электрические и поверхностные свойства, что делает их пригодными для использования в передовой электронике, оптических системах и химически стойких приложениях.

Полиарилэфиры уже известны своей термической стабильностью, механической прочностью и низким поглощением влаги. Добавление фторированных групп, таких как трифторметил (-CF₃) или гексафторизопропил (-C(CF₃)₂)- дополнительно улучшает характеристики за счет снижения межмолекулярных взаимодействий и улучшения диэлектрических свойств.

Ключевые преимущества фторирования:

• Низкая диэлектрическая проницаемость и коэффициент диэлектрических потерь
• Улучшенная огнестойкость и термостойкость
• Сниженное поглощение влаги и повышенная гидролитическая стабильность
• Высокая растворимость в органических растворителях - более легкая обработка
• Улучшенная прозрачность и стабильность цвета

Используются распространенные фторированные мономеры:

• Гексафторбисфенол А (6F-BPA) или его производные
• Фторированные дифениловые эфиры и дифенилы

Области применения:

• Изоляционные материалы для сверхбольших интегральных схем (ULSI)
• Низкодиэлектрические пленки для высокоскоростной электроники
• Газоразделительные мембраны и системы фильтрации
• Оптические волноводы и фотонные устройства

Благодаря сбалансированным механическим свойствам, стабильности размеров и отличной электроизоляции фторированные полиарилэфиры находят все более широкое применение в микроэлектронике, телекоммуникациях и системах чистой энергии, где надежность и целостность сигнала имеют первостепенное значение.

Фторированный поли(арилэфирный нитрил) (FPEN)

Поли(арилэфир нитрил) (ПЭН) - это высокоэффективный инженерный пластик, известный своей превосходной термостойкостью, механической прочностью, диэлектрической стабильностью и радиационной стойкостью. Он широко используется в аэрокосмической промышленности, электронике и биомедицине. Однако традиционные материалы PEN имеют ограниченную растворимость и технологичность, которые можно улучшить путем фторирования.

Фторированный ПЭН (ФПЭН) синтезируется путем введения фторсодержащих звеньев и фенолфталеиновых структур в основу полимера. Такая модификация значительно повышает растворимость и регулирует тепловые и диэлектрические свойства полимера.

Повышение производительности FPEN:

• Улучшенная растворимость в таких растворителях, как DMAc, DMF, хлороформ и бутанон
• Высокая термическая стабильность, температура стеклования (T_g) обычно превышает 200°C
• Пониженная диэлектрическая постоянная - идеальное решение для электронной изоляции
• Повышенная гибкость и способность к пленкообразованию

Добавление фтора снижает межмолекулярные силы и поляризуемость, обеспечивая более легкое образование пленки и лучшую совместимость с композитными материалами или покрытиями. Он также обеспечивает гидрофобность и лучшую стабильность размеров в суровых условиях окружающей среды.

Области применения FPEN:

• Гибкие подложки для схем и изолирующие пленки
• Микроволновые и радиочастотные электронные компоненты
• Термостойкие покрытия и ламинаты
• Радиационно-стойкие материалы в аэрокосмических и ядерных системах

В условиях растущего спроса на полимеры, устойчивые к высоким частотам и температурам, FPEN позиционируется как сильный кандидат для передовой гибкой электроники, точных датчиков и энергосистем нового поколения.

Аморфный фторполимер

Аморфные фторполимеры - это уникальное подмножество фторированных материалов, разработанных в конце 1980-х годов для удовлетворения потребности в прозрачных, растворимых и оптически совершенных фторполимерах. В отличие от полукристаллических фторопластов, таких как PTFE или FEP, в аморфных фторполимерах отсутствуют упорядоченные кристаллические домены, что обеспечивает высокую прозрачность, изотропное механическое поведение и превосходные оптические свойства.

Наиболее известным аморфным фторполимером является сополимер перфтор-2,2-диметил-1,3-диоксола (ПДД) и тетрафторэтилена (ТФЭ), который продается под названием Teflon® AF от компании DuPont. Он сочетает в себе термическую и химическую стойкость обычных фторполимеров с непревзойденной прозрачностью и низким коэффициентом преломления.

Основные характеристики аморфных фторполимеров:

• Высокая светопропускная способность в УФ-ИК-спектре
• Низкий коэффициент преломления (~1,29) - идеальное решение для оптических приложений
• Отличные диэлектрические свойства и низкий коэффициент рассеивания
• Растворимость в специальных фторированных растворителях
• Высокая газопроницаемость и гибкая технологичность

Общие области применения:

• Оптические волокна, линзы и световодные пленки
• Мембраны для разделения газов
• Аналитические и диагностические приборы
• Медицинские изделия и прозрачные трубки
• Высокочастотные электронные подложки и волноводы

Благодаря своей аморфной структуре эти фторполимеры обеспечивают превосходную прозрачность и универсальность обработки без ущерба для химической инертности. Их характеристики особенно ценятся в производстве полупроводников, фотонике и высокоточной электронике, где светопропускание и устойчивость к воздействию окружающей среды имеют решающее значение.

Перфторполиэфир (ПФПЭ)

Перфторполиэфир (ПФПЭ) - это класс полностью фторированных низкомолекулярных полимеров, известных своей исключительной химической стабильностью, низкой поверхностной энергией и широким диапазоном температур жидких сред. Обычно существующие как прозрачные, бесцветные жидкости при комнатной температуре, ПФПЭ широко используются в качестве смазочных материалов, особенно в аэрокосмической промышленности, полупроводниках и вакуумных системах, где обычные масла не работают.

Перфторполиэфир

Молекулы ПФПЭ состоят только из углерода (C), фтора (F) и кислорода (O), что делает их химически инертными и термически стабильными. Их характеристики не ухудшаются в условиях высокого вакуума, окислительных или коррозионных сред.

Основные характеристики ПФПЭ:

• Широкий диапазон температур жидкости (от -90°C до +250°C)
• Чрезвычайно низкое давление паров - идеальное решение для высоковакуумных систем
• Высокая термическая и окислительная стабильность
• Отличные смазывающие и противоизносные свойства
• Невоспламеняющийся, нереактивный, совместимый с большинством металлов и эластомеров

Типы ПФПЭ и методы их производства:

• ПФПЭ K-типа и D-типа: Производится путем анионной полимеризации
• D-тип: Синтезированы из тетрафтороксетана путем кольцевой полимеризации и фторирования
• К-тип: На основе гексафторпропиленоксида (HFPO) с использованием катализаторов на основе фторид-ионов

Области применения включают:

• Аэрокосмическая промышленность: Смазки космического класса, смазочные материалы для подшипников и криогенные компоненты
• Полупроводники: Смазочные материалы для вакуумных насосов для плазменного травления, LPCVD и ионной имплантации
• Промышленное оборудование: Высокотемпературные конвейерные цепи, бумагоделательные машины и текстильные ролики
• Химическая обработка: Уплотнение и смазка в среде реактивных газов

PFPE - это смазочный материал, который выбирают в тех случаях, когда важна долговременная надежность, экстремальный температурный диапазон и химическая инертность. Непревзойденная стабильность и совместимость делают их незаменимыми в передовых технологических отраслях.

Если вы разрабатываете высокопроизводительные системы или занимаетесь поиском современных материалов, понимание фторполимеров имеет решающее значение. От химической стойкости до термической стабильности - правильный выбор полимера может сделать или разрушить ваше приложение. Нужна помощь в выборе подходящего фторполимера для вашего проекта? Свяжитесь с нашими специалистами по материалам сегодня чтобы получить рекомендации экспертов с учетом особенностей вашей отрасли.