CC BY
59Ассортимент, свойства и применение фторполимеров Кирово-Чепецкого химического комбината
З. Л. Баскин, Д. А. Шабалин, Е. С. Выражейкин, С. А. Дедов
ЗАХАР ЛЬВОВИЧ БАСКИН — доктор технических наук, консультант заместителя директора ООО «Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината им. Б.П. Константинова» по науке и техническому развитию. Область научных интересов: промышленный контроль и автоматизация химико-технологических процессов, применение фторполимеров.
ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ШАБАЛИН — заместитель директора ООО «Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината им. Б.П. Константинова» по науке и развитию новых технологий, начальник ЦЗЛ. Область научных интересов: синтез фторорганических и хлорорганических соединений.
ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ ВЫРАЖЕЙКИН — начальник производства изделий из фторопластов ООО «Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината им. Б.П. Константинова». Область научных интересов: переработка и применение фторопластов.
СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ДЕДОВ — главный инженер ООО «Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината им. Б.П. Константинова». Область научных интересов: синтез, переработка и применение фторопластов.
613040 г. Кирово-Чепецк, Кировская область, а/я 7, тел/факс (83361)9-44-01, E-mail [email protected]
Из истории создания производства фторполимеров на отечественных заводах
Фторсодержащие продукты — фреоны, фтормоно-меры, фторопласты, фторкаучуки, фторуглеродные жидкости и смазки, фторпроизводные углеводородов — получили широкое применение в технике и науке [1].
Первое промышленное производство фторполимера — тефлона (политетрафторэтилена) было пущено в сороковых годах прошлого столетия в США. Продукция предназначалась для нужд предприятий химической и электротехнической промышленности и исследовательских лабораторий, привлеченных к работам по созданию атомного оружия.
В СССР работы по созданию опытно-промышленного производства фторопласта-4 (Ф-4) начались в 1948 году. По распоряжению Совета Министров СССР Государственному институту прикладной химии (ГИПХ, Ленинград) предписывалось организовать производство тетрафторэтилена мощностью 10 кг/сут, а Научно-исследовательскому институту полимеризаци-онных пластмасс (НИИПП) — смонтировать установку для полимеризации тетрафторэтилена производительностью 10 кг/сут политетрафторэтилена. НИИПП было также поручено изыскать методы переработки порошка политетрафторэтилена в изделия. В первую очередь это касалось изготовления прокладок для фланцев по техническим условиям и эскизам лаборатории № 2 АН СССР, которой руководил И.В. Курчатов (в настоящее время РНЦ «Курчатовский институт») [2].
В 1951 году специалисты завода № 752 в Кировской области (такой номер имел Кирово-Чепецкий химиче-
ский завод, КЧХЗ) совместно с учеными ГИПХа при участии НИИ-42 (ныне ФГУП «ГосНИИОХТ, Москва) начали освоение промышленного производства фрео-нов-11 и -12 — хладоагентов для промышленных и бытовых холодильников, а также фреона-22, необходимого для получения тетрафторэтилена и фторопласта-4. На КЧХЗ развернулись подготовительные работы по созданию крупнотоннажного производства Ф-4 [3].
Был построен комплекс высокотехнологичных производств фтористого водорода, хлора, хлороформа, дифторхлорметана (фреона-22) и тетрафторэтилена. Для их строительства и обеспечения устойчивой работы на заводе созданы мощные ремонтно-механический и ремонтно-строительный, электроремонтный и прибороре-монтный цеха. Для обслуживания новых производств были организованы сильные творческие коллективы: центральная заводская лаборатория, проектно-конст-рукторский отдел, опытное конструкторское бюро по контрольно-измерительным приборам и автоматизации производства, лаборатория исследования фторопластов и экспериментальная механическая лаборатория.
Огромную работу по налаживанию фторполимерно-го производства провел ряд академических и отраслевых институтов (ГИПХ, НИИПП, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ИХФ им. Н.Н. Семёнова РАН и др.).
В сентябре 1956 года на КЧХЗ было пущено первое в СССР крупнотоннажное производство фторопласта-4, а в апреле 1961 года — первое производство фторсопо-лимеров [4]. Фторопласты были признаны лучшими из пластмасс. По образному выражению акад. И.Л. Кнунянца, одного из ведущих ученых страны в области химии
фтора и его соединений, «фторопласты — это материалы, у которых орлиное сердце в шкуре носорога» [5].
В 1966 году Уральский химический завод (в настоящее время ОАО «Галоген», г. Пермь) начал производить фторопласты-4 и -4 Д. На КЧХЗ, Уральском химическом заводе, Нижне-Тагильском заводе пластмасс «Уралхим-пласт» и на ряде других предприятий были построены цеха по переработке фторопластов в изделия. КЧХЗ и Уральский химический завод освоили выпуск фторпо-лимерной продукции для нужд атомной, космической, авиационной, электротехнической, химической и других отраслей промышленности. По производственной мощности, ассортименту и качеству фторполимеры КЧХЗ и Уральского химического завода вышли на уровень мировых фирм.
В 1973 году в связи с началом строительства завода минеральных удобрений КЧХЗ был преобразован в Кирово-Чепецкий химический комбинат (КЧХК). В структуру КЧХК вошли четыре завода: завод полимеров, завод минеральных удобрений, ремонтно-механи-ческий завод и ремонтно-строительный завод. Кирово-Чепецкий химический комбинат стал одним из крупнейших химических предприятий страны со своей научно-исследовательской, проектной, механической, электротехнической, строительной, ремонтной и транспортной базами.
Ассортимент и свойства фторполимеров
На КЧХЗ в промышленном масштабе производится широкий ассортимент фторопластов и фторкаучуков. Это:
• фторопласт-4 (суспензионный политетрафторэтилен);
• фторпласт-4Д (эмульсионный политетрафторэтилен);
• фторопласт-4НТД (низкомолекулярный тонкодисперсный политетрафторэтилен);
• фторопласт-4МБ (сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена);
• фторопласт-40 (сополимер тетрафторэтилена и этилена);
• фторопласт-42 (сополимер тетрафторэтилена и ви-нилиденфторида);
• фторопласт-2 (поливинилиденфторид);
• фторопласт-2М (модифицированный поливинили-денфторид);
• фторопласт-50 (сополимер тетрафторэтилена и пер-фторалкилового эфира);
• фторопласт-1 (поливинилфторид);
• фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен);
• фторопласт-3М (модифицированный политрифтор-хлорэтилен);
• фторопласт-32 (сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида);
• фторкаучук СКФ-32 (высокомолекулярый эластичный сополимер трифторхлорэтилена и винилиден-фторида);
• фторкаучук СКФ-26 (высокомолекулярный эластичный сополимер винилиденфторида и гексафторпро-
пилена) [6].
Фторопласты отличаются непревзойденной химической стойкостью, превосходными электроизоляционными свойствами, лучшей среди пластмасс термо- и морозостойкостью, высокой атмосферостойкостью, биологической инертностью, низкими значениями коэффициентов трения и теплопроводности [6].
Производимая на заводе полимеров Кирово-Чепец-кого химического комбината (ЗП КЧХК) фторполимер-ная продукция характеризуется комплексом уникальных физических, химических и биологических свойств. К ним относятся:
— непревзойдённые химическая стойкость, термо- и морозостойкость, диэлектрические свойства и биологическая инертность изделий из фторопласта-4;
— высокая радиационная стойкость изделий из фто-ропластов-40, -30, -2М;
— повышенная адгезия к металлам изделий из фто-ропласта-4М и пористых изделий из Ф-4;
— избирательная растворимость и возможность нанесения антикоррозионных, антиадгезионных и про-тивообледенительных покрытий на основе фторопластовых лаков ЛФ-42Л, ЛФ-32Л, ФПР;
— стабильная во времени диффузионная проницаемость пленок и мембран из фторопластов Ф-4МБ, Ф-40;
— светопропускание в инфракрасной области (от 1 до 5 мкм) пленок и пластин из Ф-3М, Ф-3, Ф-4, Ф-10, Ф-50, Ф-100, Ф-400;
— светопропускание в видимой области изделий из Ф-3М, Ф-3, Ф-32Л, Ф-4МБ, Ф-50, Ф-10, Ф-100,Ф-400; светопропускание в ультрафиолетовой области (200— 400 нм) изделий из Ф-3М, Ф-32Л, Ф-3, Ф-10, Ф-100, Ф-400;
— достаточная для многих случаев применения тепло-и электропроводность изделий из композиций Ф-4 и Ф-40 с углеродом;
— ионообменные свойства сульфокатионитовых фторполимерных мембран: пленок МФ-4СК и трубок ТФ-4СК;
— значительная удельная поверхность порошков из фторопластов Ф-40Б, Ф-4ДРС, что позволяет использовать их в качестве хроматографических сорбентов и носителей;
— эффективность некоторых фторуглеродных и фторхлоруглеродных жидкостей в качестве неподвижных жидких фаз, обеспечивающих в газовой хроматографии селективность разделения компонентов газовых смесей [6—9].
Выпускаются пористые изделия из фторопласта-4, которые применяются в качестве фильтров, пробоот-борных устройств, дросселей, мембран диффузионных дозаторов, разбавителей и натекателей, имитаторов утечек газов и паров [10—12]. Свойства фторполиме-ров, производимых на заводе полимеров КЧХК, приведены в табл. 1 и 2 [7].
Таблица 1
Химическая стойкость фторполимеров
Среда Концентрация, % Температура, °С Ф-4 Ф-4 МБ Ф-4М Ф-4Д Ф-2М Ф-50
Кислота
Азотная Любая 20—150 С С С С
Борная Любая Кипение С С С С
Бромистоводородная 40—50 С/С С/С С/С С/С
Кремнефтористо- До 35 С/С С/С С/С С/С
водородная
Мышьяковая 25 С С С С
Серная Любая 20—150 С С С С С С
Соляная 1—37 100 С С С С С
Фосфорная Любая 20—130 С/С С/С С/С С/С
Фтористоводородная До 50—60 С/С С/С С/С С/С
и выше С/С С/С С/С С/С
Хлорная До 60 С/С С/С С/С С/С
Хлорноватистая С/С С/С С/С С/С С/С С/С
Хромовая До 10 С/С С/С С/С С/С
50 С/С С/С С/С С/С
Цианистоводородная С/С С/С С/С С/С
Бензойная До 2,2 С/С С/С С/С С/С
Уксусная Любая С/С С/С С/С С/С
Ледяная С/С С/С С/С С/С
Уксусный ангидрид С/С С/С С/С С/С С/С
Щавелевая С/С С/С С/С С/С С/С
Щелочи концентриро- С/С С/С С/С С/С С/С С/С
ванные
Аммиак (газ) С/С С/С С/С С/С С/С
Водород С/С С/С С/С С/С С/С
Кислород С/С С/С С/С С/С С/С
Углерода оксид С/С С/С С/С С/С С/С
Фтор С/С С/С С/С С/С С/С
Хлористый водород С/С С/С С/С С/С С/С
Ацетон 20 С С С С С С
Бензин До 60 С С С С С
Бензол 20 С С С С С С
Дихлорэтан С/С С/С С/С С С/С
Керосин С С С С
Сероуглерод До 25 С С С С
Диэтиловый эфир До 60 С С С С С
Толуол До 70 С С С С С
Фенол 20 С С С С С
Хлороформ С/С С/С С/С С С/С
Кислоты концентриро- С С С С С С С С
ванные
Органические раствори- С С С ОС С С С ОС
тели
Щелочи С С С С С С С С
Окислители С С С — С С С С
Горючесть Не горят Не горят Не Не Самоза- Не Не Не
горят горят тухают горят горят горят
Горючесть по кислород- 95 100 30 75 100 100 100 —
ному индексу, %
Условные обозначения: С — стойкие. В числителе приведена стойкость при комнатной температуре, в знаменателе — стойкость при температуре 60 °С и выше, вплоть до максимально возможных рабочих температур для данного материала.
Электрические, теплофизические и
Свойство Ф-4 Ф-4Д Ф-4 МБ Ф-40
Ф-40М
Электр и ч е с к и е
Удельное объемное электрическое сопротивление, 1015—1018 1014—1018 > 1015 5-1014—1015
Ом/м
Удельное поверхностное электрическое сопротивле- > 1017 >1017 > 1016 1012—1014
ние, Ом
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 1 кГц (2—2,5)-10-4 (2—3)-10-4 (2—3)-10-4 (2—3)10-3
при 1 МГц (2—2,5) -10-4 (2—3)-10-4 (6—8)-10-4 (6—8)-10-3
Диэлектрическая проницаемость
при 1 кГц 1,9—2,1 1,9—2,2, 1,9—2,1 2,5—2,6
при 1 МГц 1,9—2,1 1,9—2,2 1,9—2,1 2,5—2,6
Электрическая прочность (толщина образца 2 мм), 25—27 (4 мм) 25—27 (4 мм) 25—35 20—25
МВ/м
Дугостойкость, с 250—700 250—700 165 72
Ф и з и ч е с к и е
Температура начала разложения Более 415 Более 415 Более 380 Более 350
Термостабильность (потеря массы), % 0,2 (420 °С, — 0,1—0,4 0,2—0,3
3 ч) (300оС 3 ч) (275 °С, 5 ч)
Плотность, кг/м3 2150—2190 2190—2260 2140—2170 1650—1700
Температура плавления кристаллов, °С 327 327 230—250 250—270
Температура стеклования, °С -120 -120 -90 -100
Теплостойкость по Вика, °С 110 90—120 140
Удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) 1,04 1,04 1,17
Теплопроводность, Вт/(м-К) 0,25 0,29 0,26 0,24
Температурный коэффициент линейного расширения 8—25 8—25 9 6—9
а-10-5, 1/°С
Рабочая температура, °С
минимальная -269 -269 -180 -100
максимальная 260 260 200 200
Атмосферостойкость П р е в о сходная
Меха нические
Прочность на разрыв, МПа 14,7—33 12,7—30 15,6—28 20—42
Относительное удлинение при разрыве, % 250—500 250—500 270—360 100—350
Модуль упругости, МПа
при расширении/сжатии 410/680 410/680 340—400/— 1200/625—
1270
при статическом изгибе
при 20 °С 460—830 440—830 540—590 770—1500
при -60 °С 1290—2700 1370—2700 940 1440—1730
Разрушающее напряжение, МПа
при сжатии/при статическом изгибе 11,8/10—14 11,8/10—14 15—16/20—29 50/29—33
Ударная вязкость, кДж/м2 125 125 > 125 > 125
Твердость по Бринеллю, МПа 29—39 29—39 29—49 55—66
Коэффициент трения по стали 0,04 0,04 0,05—0,2 0,09
Стойкость к облучению, Гр 0,5—2-104 0,5—2-104 104 (1—3)10б
Таблица 2
механические свойства фторполимеров
Ф-42
Ф-2М
Ф-3
Ф-3М
Ф-32Л
свойства
9 1П10
10—10 1010—10
(0,5—9)101
10 —101 1016—101
5^1014—1015
(0,5—1 )• 101
> 101
(2—3)-10-0,1—0,2
(1,2—2)-10-0,17
2-10
(0,7—1) • 10-
(1—1,5)10-< 0,02
(1—2)-10-3 (1,5—2)-10":
9—11,3 8,2
10,6—17
8—10 7
18—22
2,8
2,3—2,8 20—25
2,7
2,5—3,0 23—26
2,5—2,7 2,5—2,7 20—30
свойства
Более 360
> 350
Более 350
> 350
Более 315
0,2—0,6 (275 °С, 5 ч) 0,05—0,2 (270 °С, 5 ч) 0,05—0,2 (270 °С, 5 ч)
Более 315 —
0,1—0,3 (270 °С, 5 ч) 0,1—1,0 (270 °С, 5 ч)
1900—2000
150—160
-45
97—105
9—12
1750—1800 142—156
95—118
8—12
2090—2160
210—215
50
130
0,92
0,2—0,4 6—12
2020 170—190 46 46
7—12
1920—1950
105
30
30
-60 200
-55 150
-195 -195
125 125
Превосходная
-60
150—170
свойства
14,6—45,1 200—580
34,3—55 350—550
26,5—44,1 60—200
1340—1580/1470
23,5—44 150—250
8,3—27,5 150—300
390—490 1170—2740
—/29—39 134—190 39—49 0,04
0,5—2-104
930—1370 3920—4420
—/54—83 147—210 68—88
105
1140—2540 2550
49—59/60—75 20—150 100—130 0,30
940—2260 2060—2260
—/34—58
Не разрушается
68—78
0,15
24-104
490—690 2750—3140
Не разрушается
29—39
0,04
Фторопласты Ф-10, Ф-100, Ф-400, а также фторопластовые лак ФПР и другие, фторопластовые пленки с ионообменными свойствами МФ-4СК и трубки ТФ-4СК были разработаны в ОНПО «Пластполимер» и освоены на его опытном производстве.
Завод полимеров КЧХК производит широкий ассортимент фторкаучуков на основе сополимеров трифтор-хлорэтилена с винилиденфторидом — СКФ-32 и вини-лиденфторида с гексафторпропиленом — СКФ-26. Они были разработаны в НИИРП (г. Москва), НИИСК (г. Ленинград) совместно с КЧХЗ. На КЧХЗ было освоено их промышленное производство. Фторкаучуки КЧХЗ получили промышленное применение в различных отраслях техники, науки, сельского и коммунального хозяйства [13]. По химической стойкости фторсо-держащие каучуки ЗП КЧХК превосходят все известные эластомеры. Они устойчивы к концентрированным и разбавленным минеральным кислотам, многим алифатическим и ароматическим углеводородам, их хлор- и фторпроизводным, бензину, различным маслам, смазкам, природному газу. Благодаря способности фторкау-
чуков растворяться в некоторых кетонах и сложных эфирах они применяются для производства герметиков и клеев. Фторкаучуковые латексы используются для нанесения защитных покрытий и для пропитки тканей и кож с целью придания им гидрофобных свойств.
Отличительными особенностями фторуглеродных эластомеров на основе фторкаучуков СКФ-26 и СКФ-32 и их модификаций являются высокая теплостойкость (до +250 °С у СКФ-26), превышающая теплостойкость всех известных каучуков (кроме силоксановых); высокая морозостойкость (до -50 °С у СКФ-260); высокая атмосферостойкость и озоностойкость; химическая и биологическая инертность, превосходящая эти характеристики у всех других эластомеров; хорошая износостойкость и стойкость к абразивному истиранию; удовлетворительные диэлектрические свойства, невоспламеняемость; стойкость к старению при высоких температурах [13, 14].
Показатели качества выпускаемых фторкаучуков и сравнительные свойства резин на основе фторкаучуков и натурального каучука приведены в табл. 3 и 4 [7].
Таблица 3
Показатели качества фторкаучуков производства Кирово-Чепецкого химического комбината
Показатель
Вязкость по Муни: МБ (4-4) 160 °С МБ (4-4) 150 °С МБ (1-10) 120 °С МБ (4-4) 100 °С
Динамическая вязкость 40%-го раствора в ацетоне, МПа-с
Доля влаги, %(масс.), не более
Термостабильность (потеря массы при 270 °С), %(масс.), не более
Усадка, %
Доля железа, %(масс.), не более
Содержание Е, %(масс.)
Содержание С1, %(масс.)
Температура стеклования, °С
СКФ-32 СКФ-26 СКФ-26НМ СКФ-26ОНМ СКФ-26/3-8 СКФ-264/3-8 СКФ-264В/3-6
64В/3-6
70—95 *
0,15 0,15
16—25 0,0005
66—67 14—16 -17
80—105 *
0,15 0,20
16—25 0,0005
54—55 -17
* * *
40—95 *
0,5 1,5
* * * *
40—79
0,5 2,0
Не нормируется Не нормируется -50
* *
30—85 *
0,5
* *
30—89 *
0,5
* *
30—90 *
0,5
66—67 68—69 70—71
Не нормируется -17 -13 -5
Примечание: Метод Муни — измерение динамической вязкости каучука при вращательном движении плунжера в контролируемом образце; МБ - метод Муни Б.
Цифры 4-4 и 1-10 показывают время нагрева образца (мин) и время измерения (мин) при указанной температуре.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Таблица 4
Сравнительные свойства резины на основе фторкаучуков и натурального каучука
Показатель
Резина на основе фторкаучука СКФ-32 СКФ-26 СКФ-264/8
Резина на основе натурального _каучука
Предел прочности на растяже- 190—300 140—180 140—180 180 ние
Относительное удлинение при 100—300 130—300 200—350 550 разрыве, %
Твердость по Шору 65—75 65—75 65—75 —
Морозостойкость, °С от -20 до -30 от -20 до -30 от -13 до -20 -55
Теплостойкость, °С +200 +250 +250 +100
Стойкость к маслам, озону Стойкая Стойкая Стойкая Не стойкая
Применение фторполимеров
Фторопластовое оборудование для химических производств
Налаженное промышленное производство фторопла-ста-4, плавких фторопластов и фторкаучуков на КЧХЗ, а затем на заводе полимеров КЧХК, позволило перейти к выпуску фторопластовых аппаратов, труб, арматуры, насосов, уплотнений, конструкционных материалов и изделий для антикоррозионной защиты технологического оборудования. Для изготовления этой заводской продукции был построен специализированный цех производительностью в несколько тысяч тонн фторопластовых изделий в год. Номенклатура выпускаемых изделий,
их технические характеристики и области применения приведены в справочных материалах [15—17], переработка фторопластов в изделия — в монографии [18].
В табл. 5 и 6 представлены параметры переработки и области применения фторопластов [7].
КЧХК имеет 40-летний опыт разработки, изготовления и применения фторопластовых датчиков расхода, уровня, давления, концентрации жидкостей и газов. В опытно-конструкторском бюро по контрольно-измерительным приборам и автоматизации было разработано и внедрено в химическую, атомную и другие отрасли промышленности более 100 типов фторопластовых датчиков приборов и средств автоматики [19].
Таблица 5
Режим термообработки и области применения фторопласта-4
Марка фторо- Параметры материала Температура тер- Применение
пласта средний размер насыпная плотность, кг/м3 мообработки, °С
частиц, мкм
С у с п е н зионный п о л и т е т р а ф торэтилен
Ф-4ПН 100—180 450—520 20—390 Электротехнические изделия и изделия повышенной надежности
Ф-4ПН90 46—135 450—500 20—390 Изделия повышенной надежности
Ф-4ПН40 25—45 350—420 20—390 Тонкие пленки, листы, профильные изделия
Ф-4ПН20 6—20 350—420 20—390 То же
Ф-4НМ 120—250 450—530 320—380 Изделия общего назначения
Ф-4М 70—110 450—550 20—390 Изделия повышенной надежности, стойкие к знакопеременным нагрузкам
Ф-4А 550—780 650—800 20—390 Изделия, получаемые автоматическим прессованием и поршневой экструзией
Ф-4ТГ 600—800 600—800 320—380 Изделия, получаемые методом плунжерной экструзии
К о м п о зиции пол и т е т р а ф т о рэтилена
Ф-4К20 375+5 Изделия антифрикционного назначения:
Ф-4К15М5 подшипники скольжения, уплотнительные манжеты, работающие при температурах от -60 °С до +260 °С
М е л к о д и сперсный п о л и т е т р а фторэтилен
Ф-4НТД-2 5—20 200—800 375+5 Загуститель консистентных смазок, наполнитель красок, смазок, каучуков, сухая смазка в узлах трения для повышения износостойкости и снижения коэффициента трения
Продолжение табл. 5
Марка фторопласта
Параметры материала
среднии размер частиц, мкм
насыпная плотность, кг/м3
Температура термообработки, °С
Применение
Ф-4Д Ф-4ДМ
Эмульсионный
650—900 450—500
400—600 400—500
политетрафторэтилен
320—390 СКЛ, ФУМ , трубки, трубы, стержни
320—390 Тонкостенные и толстостенные трубки
изоляция проводов и кабелей при высоких степенях сжатия
Сырая каландрированная лента. ** Фторопластовый уплотнительный материал.
Таблица 6
Режим термообработки и области применения плавких фторполимеров
Фторопласт Марка
ПТР, г/10 мин
Температура переработки, °С
Рабочая температура,
_°С_
нижняя верхняя
Применение
Ф-4МБ А 2—7 220— 380 -196 200 Электроизоляционные изделия, уплот-
Б 4,5—8 220— 380 -196 200 нения, облицовка химической аппара-
ВН 0—8 220— 380 -196 200 туры, трубы, лабораторная посуда,
(при 300 °С) эластичные емкости
Ф-40 П 0,01—4 200— 380 -100 200 Прессованные прокладки и уплотнения,
Ф-40М Ш 4—60 200— 380 -100 200 изоляция проводов и кабелей
ЛД 200— 380 -100 180
Ф-2М Б 7—20 135— 270 -55 150 Уплотнения, прокладки, футеровка,
В 4—7 135— 270 -55 150 обмотка кабелей, защитные покрытия
Е 3—8 135— 270 -55 150 строительных конструкций
Ж 2—8 135— 270 -55 150
Ф-42 В Вязкость -60 120 Волокно для спецодежды, сальниковые
ЛД-1 раствора -60 120 набивки, прокладки, трубы, антикорро-
ЛД-2 -60 120 зионные, теплоизоляционные покрытия
Л -60 120
П -60 120
Ф-3 Б 240—260 220— 300 -195 170 Смотровые стекла, прессованные изде-
(ТПП**) лия, износостойкие покрытия
В 265—285
(ТПП)
Ф-3М А 0,3—5 190- 270 -195 125 Изделия и пленочные покрытия для
эксплуатации в агрессивных средах
Ф-50 П 1—20 230— 390 -195 250 Гибкие трубы, детали насосов, пленки
для антиадгезионной и антикоррозион-
ной защиты, изоляция проводов, хими-
чески стойкие волокна, футеровка труб
Ф-32Л В Вязкость -60 150—170 Покрытия, стойкие к агрессивным
Н раствора -60 150—170 средам. Влагозащитные пленки (метод
экструзии). Высококачественные концентрированные лаки
: Показатель текучести расплава. ** Температура потери прочности.
Фторполимеры в электроэнергетике
Крупнейшая авария в сетях Мосэнерго в мае 2005 года выявила необходимость совершенствования конструкций маслонаполненных трансформаторов, высоковольтных выключателей и другого силового электрооборудования для повышения его эксплуатационной надежности и экологической безопасности. Радикальное решение этой проблемы возможно при комплексном применении фторированных жидкостей и фторполимеров в качестве теплоносителей, конструкционных, изолирующих и уплотнительных материалов, антикоррозионных, антиадгезионных и противообледе-нительных покрытий.
Такие функциональные материалы на основе фтор-углеродов и фторпроизводных углеводородов уже более 40 лет применяются в военной технике. Термодинамические и физические свойства ряда негорючих диэлектрических теплопроводных фторорганических жидкостей с температурой кипения от 100 °С до 180 °С позволяют использовать их в качестве эффективных теплоносителей в силовых трансформаторах вместо горючего углеводородного трансформаторного масла. Охлаждение обмоток трансформаторов достигается за счет испарения фторированной жидкости без принудительного ее перемешивания. В таких трансформаторах меньшая часть обмотки погружена в жидкость. Пары фторугле-родов при избыточном давлении 1 атм имеют такую же диэлектрическую проницаемость, как и жидкость, благодаря чему допускается частичное заполнение трансформатора и исключается пробой изоляции обмоток [20].
В мощных силовых трансформаторах обмотка постоянно орошается фторированной жидкостью, которая, испаряясь с нагретых поверхностей, отбирает тепло, затем пары конденсируются в баке и жидкость возвращается в резервуар, откуда подается к форсункам для орошения обмоток. В этом случае для охлаждения трансформатора достаточно несколько литров фторированной жидкости и не требуется ее принудительная циркуляция. Опасность загорания такого трансформаторного масла полностью исключена. Положительными свойствами фторуглеродных трансформаторных жидкостей являются также низкие значения температуры замерзания, вязкости и поверхностного натяжения, высокая плотность, теплопроводность и способность к самогашению [20, 21].
Известны эффективность и эксплуатационная надежность обмоточных и монтажных проводов и кабелей во фторопластовой изоляции, уплотнений из резины на основе фторкаучуков, фторполимерных антикоррозионных покрытий оборудования и металлоконструкций в изделиях военной техники.
Завод полимеров КЧХК предлагает следующую фторполимерную продукцию для нужд электроэнергетики:
— негорючие диэлектрические фторированные жидкости на основе трифторхлорэтилена и перфторэфиров,
обладающие высокой диэлектрической проницаемостью, теплостойкостью и морозостойкостью, химической и биологической инертностью вместо горючего трансформаторного масла;
— фторопластовую изоляцию из фторопластов Ф-4, Ф-4Д, Ф-2М, Ф-4МБ, обладающих непревзойденными электроизоляционными свойствами, теплостойкостью и морозостойкостью, химической стойкостью вместо бумажной изоляции проводов и обмоток;
— резины, герметики и клеи на основе фторкаучуков СКФ-26, СКФ-260, отличающиеся превосходной химической стойкостью, износостойкостью, атмосферостой-костью, термо- и морозостойкостью для уплотнения корпусов и кабельных вводов электрооборудования;
— лаки на основе растворимых фторопластов Ф-32Л, Ф-42Л и фторопластовый лак ФПР для антикоррозионной, антиадгезионной и противообледенительной защиты оборудования.
Комплексное использование фторполимеров позволяет увеличить продолжительность межремонтной эксплуатации силового электрооборудования до 30 лет и более, приблизив ее к сроку службы оборудования, и обеспечить экологическую безопасность объектов.
Фторполимеры в газовой промышленности
Фторполимеры существенно превосходят полиэтилен, резины, лаки, герметики, применяемые в газовой промышленности для антикоррозионной защиты и уплотнения трубопроводов, компрессоров, емкостного оборудования, арматуры и приборов, по химической стойкости, тепло- и морозостойкости, атмосферостой-кости, диэлектрическим свойствам и сроку службы.
Например, фторопласт-2М (поливинилиденфторид, модифицированный гексафторпропиленом) выгодно отличается от фторопласта-4 высокой механической прочностью, твердостью, отсутствием хладотекучести под нагрузкой. Он обладает высокой химической, паро-и атмосферостойкостью, стойкостью к износу и истиранию, радиационной стойкостью. Его можно перерабатывать всеми известными для термопластов способами. Фторопласт-2М используется для футеровки трубопроводов, аппаратов, арматуры, для изготовления пленок и эмалей, изоляции проводов и кабелей, работающих в коррозионных средах в интервале температур от -50 °С до +150 °С.
Фторопласт-1 (поливинилфторид) характеризуется высокой механической прочностью, гибкостью, стойкостью к истиранию и многократным перегибам, хорошей адгезией к различным материалам, превосходной атмо-сферостойкостью и стойкостью к радиации. Выпускается в виде пленок, листов, лаков. В химической и газовой промышленности поливинилфторидные покрытия эффективны для защиты от коррозии насосов, запорной арматуры, трубопроводов и цистерн для транспортировки и хранения агрессивных жидкостей. Используются также поливинилфторидные покрытия как антиадгезионные для металлоконструкций и в качестве электро-
изоляции материала в интервале температур от -60 °С до +150 °С. Ф-1 обладает более высокой эксплуатационной надежностью, чем Ф-2М и дешевле его.
Фторопласты Ф-1 и Ф-2М могут с успехом заменить полиэтилен при антикоррозионной защите газопроводов, емкостного и другого оборудования в газовой промышленности. Работы по нанесению покрытий могут производиться как в заводских условиях при изготовлении оборудования, так и в полевых условиях при монтаже и ремонте оборудования [9, 20, 22].
Лак ФПР характеризуется исключительной стойкостью, он сохраняет свои функциональные свойства в жестких условиях работы: атмосферостойкость в течение 30 лет, теплостойкость до +150 °С, морозостойкость до -60 °С, химическая стойкость к действию пресной и морской воды, масел и бензина, кислот и щелочей. Покрытия на основе лака ФПР отличаются высокой эластичностью, низким коэффициентом трения скольжения и способностью сохранять свои свойства в рабочем интервале температур в течение всего срока службы. Лак ФПР может быть использован в газовой промышленности, частности, в ООО «Севергазпром», для антикоррозионной защиты стыков газовых труб магистральных газопроводов, трубопроводов, арматуры, металлоконструкций, в том числе мачт линий электропередачи, на действующих и строящихся газовых и газоконден-сатных предприятиях [23].
Фторполимеры в медицине
Фторполимеры эффективны в качестве конструкционных материалов и изделий медицинской техники. В специальном конструкторском бюро, занимающегося вопросами технического оснащения медицины, в ОКБ КИПиА и в лаборатории исследования фторполимеров завода полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината совместно с Институтом сердечно-сосудистой хирургии им. акад. А.Н. Бакулева и другими ведущими медицинскими учреждениями СССР были разработаны, освоены в производстве и клинической практике фторопластовые протезы кровеносных сосудов, трикотажная ткань, медицинский фетр, капилляры, катетеры, а также фильтры, диффузионные мембраны, в широком ассортименте лабораторная химическая посуда, интегральные автоматизированные пробоотборники воздуха [24] и воды, специализированные промышленные газовые хроматографы [25] для санитарно-эпидемиологического и токсикологического контроля.
Промышленное производство протезов кровеносных сосудов из пористого (экспандированного) политетрафторэтилена освоил НПК «Экофлон» (С-Петербург) [26].
Актуальной государственной проблемой является состояние службы крови в РФ, работающей по принципу удовлетворения потребностей. Она крайне затратна, ресурсоемка, экономически неэффективна и неконкурентоспособна. Из-за неудовлетворительных условий хранения запасов крови страна ежегодно теряет более 100 000 л компонентов крови [27]. На Кирово-Чепецком химическом комбинате совместно с Кировским НИИ
гематологии и переливания крови был разработан и испытан с положительными результатами комплекс фторопластовых изделий для криомедицины: криокон-тейнеры, криопробирки, фильтры, катетеры, трубки, сосуды, соединительные и уплотнительные элементы для стационарных и переносных установок переливания компонентов крови и костного мозга. Разработан нетоксичный безотмывочный криопротектор для стволовых кроветворных клеток костного мозга, периферической крови, тромбоцитов и лейкоцитов. Промышленное производство изделий из фторопластов для криомедицины и служб крови позволит обеспечить лечение больных, нуждающихся в трансплантации стволовых клеток и переливании компонентов крови, создать стратегический банк крови на случай техногенных аварий и катастроф, и запас компонентов крови на всех станциях переливания крови в Российской Федерации.
Заключение
ООО «Завод полимеров Кирово-Чепецкого химического комбината» — уникальное предприятие, на котором сосредоточены синтез, переработка и применение фторполимеров, проводятся научные исследования и опытно-конструкторские работы в этой области. Одной из основных задач предприятия на современном этапе, наряду с производством фторопластов и изделий из них с малой добавочной стоимостью, является освоение выпуска высокотехнологичной наукоемкой фторполи-мерной продукции с большой добавочной стоимостью для нужд электроэнергетики, атомной, химической, газовой отраслей промышленности, медицины, биотехнологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Максимов Б.Н, Барабанов В.Г., Серушкин И.Л. и др. Промышленные фторорганические продукты. Справочник. Изд. 2-е. Л.: Химия, 1996, 544 с.
2. Уткин В.В. Завод у Двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат: строительство, развитие, люди. Кн. 1. Киров: ОАО «Дом печати-Вятка», 2004, 64 с.
3. Уткин В.В. Завод у Двуречья. Кн. 2. Киров: ОАО «Дом печати-Вятка», 2005, 160 с.
4. Уткин В.В. Завод у Двуречья. Кн. 3. Киров: ОАО «Дом печати-Вятка», 2006, 240 с.
5. Кнунянц И.Л., Фокин А.В. Покорение неприступного элемента. М.: Изд. АН СССР, 1963, 64 с.
6. Шабалин Д.А., Пурецкая Е.Р., Бельтюков В.Л. Фторполимеры. Свойства и применение. Обзор. ОАО «Кирово-Чепецкий химический комбинат». Кирово-Чепецк, 2005, 20 с.
7. Пурецкая Е.Р., Кочеткова Г.В., Бельтюков В.Л. Фторполимеры. Каталог-справочник «Девятый элемент». Москва. Пермь. Кирово-Чепецк, 2006, 61 с.
8. Каталог-справочник «Фторполимеры». Черкассы: НИИТЭ-ХИМ, 1989, 115 с.
9. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978, 232 с.
10. Баскин З.Л. Применение фторполимеров в аналитическом приборостроении. Экспресс-информация «Автоматизация химических производств». Вып. 3, 1987, с. 30—36.
11. Арямкин Ю.А., Баскин З.Л., Дробиз А.М., Зайкин В.В., Репин Л.Л., Соболев Г.П., Цинзерлинг Д.М. Разработка и исследование пористых фторопластовых мембран для диффузионных разбавителей. Экспресс-информация «Автоматизация химических производств». Вып. 10. М., 1987, с. 20—23.
12. Пористые фторопласты. Проспект ОНПО «Пластполимер». Ленинград, 1987.
13. Кочеткова Г.В. Состояние отечественного производства фторкаучуков. Обзор. ООО «Завод полимеров КЧХК». Ки-рово-Чепецк, 2007, 30 с.
14. Нудельман З.Н. Фторкаучуки. Основы, переработка, применение. М.: ООО «ПИФТРИАС», 2007, 384 с.
15. Изделия из фторполимеров. ООО «Завод полимеров КЧХК», ОАО «Галоген» и ООО «Девятый элемент». Каталог-справочник. Кирово-Чепецк, 2007, 87 с.
16. Фторполимеры. Химическое оборудование. Каталог-справочник. ООО «Завод полимеров КЧХК». ООО «Девятый элемент». Кирово-Чепецк, 2007, 57 с.
17. Фторполимеры. Изготовление и защита промышленного оборудования и коммуникаций. Каталог. ООО «Девятый элемент». ООО «Завод полимеров КЧХК». Кирово-Чепецк, 2005, 32 с.
18. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделия. Л.: Химия, 1987, 168 с.
19. Номенклатурный перечень приборов и средств автоматизации, разработанных и изготавливаемых ОКБ КИПиА. Ки-рово-Чепецкий химический комбинат. Кирово-Чепецк, 1990, 136 с.
20. Кнунянц И.Л., Фокин А.В. Мир фторуглеродов. Новые соединения фтора. М.: Знание, 1968, 64 с.
21. Туник Л. Т. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры жидкими диэлектриками. М.: Советское радио, 1973, 250 с.
22. Гузенко Г.Г., Козырев Р.П., Щедрина В.П. Применение фторуглеродных пластиков за рубежом. Обзор. Москва: НИИТЭХИМ, 1974, 74 с.
23. Лак фторполимерный ФПР. Проспект. КЧХК. Кирово-Чепецк, 2003, 2 с.
24. Баскин З.Л. Способ контроля воздуха в производственных помещениях. Инф. листок № 77-0628. ВИМИ, 1977, 4 с.
25. Баскин З.Л., Лаптев А.Л., Лавринов А.А. Приборы, 2001, № 8 (14), с. 20—23.
26. Протезы кровеносных сосудов из политетрафторэтилена. НПК «Экофлон». СПб, 2002, 14 с.
27. Жибурт Е. Эволюция цели. Чем сегодня должна заниматься служба крови? Медицинская газета, 2006, № 91, 29.11.
