Тефлон - ключ к решению технических проблем

Джефф Эллиотт
Тефлон и другие функциональные покрытия могут решить многие проблемы, включая чрезмерный износ, прилипание, шум и коррозию.

Тефлон или политетрафторэтилен (ПТФЭ) в настоящее время является одним из самых универсальных промышленных покрытий. Наиболее известный благодаря своим антипригарным свойствам, тефлон также обладает чрезвычайно низким коэффициентом трения, химической и диэлектрической стойкостью.

Несмотря на широкую известность, применение ПТФЭ и других функциональных покрытий часто ограничивается в виду использования новых технологий и более точных техник нанесения покрытия.

Помимо бытового использования, антипригарные свойства тефлона могут быть использованы для решения множества проблем, включая предотвращение загрязнения, коррозии и распространения бактерий; снижение трения или прилипания находящихся в контакте частей; и даже использование в качестве компонента для оборудования, используемого при высокой нагрузке и подвергаемого износу.

«Тефлон может решить многие проблемы, в том числе прилипание, износ, шум и трение», - говорит Джордж Остерхаут, представитель компании Orion Industries, одной из крупнейших компаний в Северной Америке, лицензированных в соответствии с требованиями Chemours и занимающихся нанесением тефлонового покрытия. «Инженеры часто обращаются за помощью, когда у них возникают проблемы с деталью без покрытия или с покрытием, не работающим должным образом»

Он утверждает, что тефлоновое покрытие может быть нанесено на любой материал. К таким материалам относятся: углеродистая сталь, алюминий, нержавеющая сталь, легированная сталь, латунь, титан и магний, а также стекло, стекловолокно, силиконовый каучук, резина и пластмассы.

Тефлоновое покрытие также может быть нанесено на любое изделие. К ним относятся: кухонная посуда, роторы нагнетателя, валы дроссельной заслонки автомобиля, электромагнитные клапаны, туалетные баки в самолетах, внешняя часть лампочек, резиновые уплотнительные кольца и ролики, используемые для приготовления хот-догов в магазинах и прочее.

Точное нанесение

Сегодня процедура нанесения тефлонового и других функциональных покрытий стала более точной и высокоавтоматизированной. В связи с инвестициями в производственное оборудование и необходимостью соблюдения экологических норм, компании, занимающиеся нанесением тефлоновых покрытий, сотрудничают с компаниями, ранее выполнявшими нанесение на собственном предприятии или отправлявшими изделия местным компаниям.

Однако диапазон возможностей компаний и уровень качества нанесения отличается. Остерхаут утверждает, что различие среди компаний обычно определяется двумя основными факторами: правильной и тщательной предварительной обработкой деталей перед нанесением покрытия, а также возможностью нанесения покрытия необходимой толщины на 10 микрон с небольшим разбросом и с допуском +/- 3 мкм. Производственная норма составляет 10-20 микрон на покрытие.

Для обеспечения такого уровня точности компании должны с самого начала проектировать и устанавливать

производственные линии. Кроме того, системы должны быть достаточно гибкими для того, чтобы покрытие можно было нанести на детали различного размера и конструкции.

Например, Orion использует гибкое автоматизированное производство для ускорения производства самых разных деталей, одновременно контролируя материальные затраты и энергию.

Стационарное оборудование или роботизированный комплекс принимают необходимое положение, что позволяет наносить покрытие только в соответствии со спецификацией, а использование конвейеров и печей позволяет выполнить процесс отверждения покрытия на детали. Покрытие наносится на детали в роботизированном комплексе, благодаря чему уровень расхода материала очень мал.

«Для нанесения покрытия мы используем распылитель, наносящий одно и то же количество материала на каждую деталь», - говорит Остерхаут. «Уровень избыточного распыления очень мал, так как покрытие наносится только на необходимые участки поверхности». При использовании инфракрасных печей и конвекционных сушильных шкафов, отверждение покрытия выполняется в три раза быстрее, чем при использовании традиционных конвекционных печей.

Иное использование антипригарного покрытия

Несмотря на то, что тефлон известен как высокопрочное и надежное покрытие для кухонной посуды, его антипригарные свойства могут быть использованы для предотвращения накопления посторонних частиц, загрязнения и износа.

Во многих случаях накопление грязи, льда, сажи, нагара, пищевых продуктов и других посторонних материалов может препятствовать правильной работе компонентов машины или двигателя. Уровень загрязнения можно уменьшить с использованием тонких тефлоновых покрытий.

Антипригарные свойства тефлона также обеспечивают защиту от коррозии. Покрытие может использоваться для предотвращения электрохимической коррозии и защиты от жидкостей, вызывающих коррозию: соленая вода, технологические химреагенты, топливо и смазочные материалы.

Современные покрытия могут также обладать противомикробными свойствами, позволяющими использовать покрытие в различных сферах.

Универсальное покрытие

В случаях, когда необходимо обеспечить минимальные зазоры между деталями, например, в центробежных винтовых компрессорах, универсальные тефлоновые покрытия могут быть использованы для уменьшения зазора и предотвращения контакта металлических частей во время работы. Уменьшение зазора между деталями имеет множество преимуществ, включая уменьшение шума, остановку утечки воздуха или жидкости или обеспечение более жесткого гидродинамического уплотнения. При покрытии центробежных винтовых компрессоров оно может повысить эффективность на 10% и более без изменения допуска на обработку.

Ультратонкие универсальные покрытия, такие как DB L-908 от компании Orion, например, содержат смесь полиимида и других смол. Покрытие состоит из нано размерных износостойких частиц и ПТФЭ.

Покрытие наносится таким образом, что две поверхности контактируют друг с другом, позволяя головкам зубьев проходить через зазор при вращении, причем толщина покрытия должна соответствовать значению, указанному при первоначальном проектировании и испытании.

Небольшие воздушные карманы в полимере позволяют покрытию сжиматься при механическом давлении. После сжатия воздушные карманы остаются в том же положении, что позволяет сохранить целостность покрытия. Наличие ПТФЭ в составе покрытия предотвращает истирание или прилипание поверхностей друг к другу при первоначальном контакте.

Данное покрытие является отличной альтернативой закалке поверхности, которая на время предотвращает истирание, или более точной механической обработке деталей с чрезвычайно жесткими допусками.

При очень узком зазоре данные покрытия должны иметь допуск, равный ± 0,001 дюйма на всех поверхностях толщиной от 0,002 до 0,006 дюйма.

Антифрикционные покрытия для силиконового каучука

Некоторые производители, имеющие лицензию на нанесение тефлоновых покрытий, разработали собственную линейку покрытий. В частности, покрытие FluorBond LSR от компании Orion было разработано для снижения коэффициента трения формованных изделий из силиконового каучука до 20-60%. Кроме того, оно также предотвращает накопление пыли или грязи на поверхности.

Несмотря на то, что силиконовый каучук широко используется при изготовлении труб, уплотнений и роликов, данный материал довольно липкий и может цепляться за любой предмет, с которым он контактирует, даже с другими силиконовыми поверхностями. Это связано с высоким коэффициентом трения материала, значение которого может превышать 1,0. Для снижения коэффициента трения поверхностей силиконовых деталей чаще всего используется покрытие из парилена, которое использует процесс химического осаждения из газовой фазы для образования физической связи. Однако, парилен является довольно жестким материалом, который может привести к образованию трещин, и не обладающим антимикробными свойствами. Им можно покрыть только детали, помещающиеся в паровую камеру, и, кроме того, данный материал очень трудно использовать для покрытия внутренних поверхностей деталей.

С другой стороны, FluoroBond LSR обеспечивает химическую связь с силиконовым каучуком для снижения коэффициента трения. Данный материал может растягиваться, в результате чего покрытие не трескается. Кроме того, покрытие может обладать антимикробными свойствами.

Сухая пленочная смазка

Обычно вместо сухих пленочных смазок инженеры используют масляные или консистентные смазки.

В отличие от обычных смазочных материалов, которые могут попасть на другие поверхности, сухие пленочные смазки продолжают перемещаться назад и вперед на сопрягаемых поверхностях и остаются на месте в течение более длительного времени. Кроме того, покрытия в виде сухой смазочной пленки используются в качестве подкладки, которая защищает подшипники от воздействия высокой точечной нагрузки путем ее распределения и снижает усталость элементов.

Для этих целей чаще всего используется графит и дисульфид молибдена. Молибденовые покрытия рекомендуется использовать на деталях, работающих в условиях высокого износа и при высоких нагрузках. К таким деталям относятся некоторые типы подшипников, в которых одна часть скользит по поверхности другой части. Графитовые покрытия обычно используются во влажной среде или при повышенных температурах.

Тефлон также может использоваться в качестве сухого пленочного смазочного материала только при небольших и умеренных нагрузках. Тефлон часто сочетается с молибденом и графитом для образования уникального состава.

Доступ к научно-исследовательским и опытно-конструкторским лабораториям

Остерхаут признает, что количество составов для покрытий и продуктов просто ошеломляющее. Инженеры часто работают с изделием без покрытия или с покрытием, не работающим должным образом; поэтому необходимо предоставить источник, который позволит им выбрать необходимое покрытие.

«Инженеры должны установить цель использования тефлонового покрытия и толщину его нанесения для соответствия существующим размерам детали», - говорит Остерхаут.

Для помощи в разработке специализированных материалов и методов применения некоторые компании создали собственные научно-исследовательские и опытно-конструкторские лаборатории с целью изучения новых доступных покрытий, исследования и разработки покрытий в соответствии с требованиями конкретных клиентов.

Некоторые лаборатории оснащены новейшим оборудованием для контроля качества, которое позволяет проводить испытания на износ, а также изучение смазочных материалов, расчет коэффициентов трения и других ключевых параметров. Кроме того, постоянные и потенциальные клиенты могут проконсультироваться с инженерно-техническим персоналом при необходимости разработки покрытий на заказ.

Остерхаут утверждает, что одним из преимуществ наличия собственной лаборатории является «доступ к базовой информации о рабочих характеристиках, полученных при проведении исследований и экспериментов, для сравнения давно разработанного покрытия с новым. Это позволяет убедиться в существенном улучшении характеристик новых покрытий».