بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) عبارة عن بوليمر كربون وفلور. هذه المادة لها الاسم الأكثر شهرة: تفلون.
خصائص PTFE تشمل:
خصائص ميكانيكية ممتازة (<1%)
المقاومة للتآكل الخمول الكيميائي
مقاومة الحرارة
أقل معاملات الاحتكاك
خصائص غير لاصقة (تتحمل درجات الحرارة العالية المستمرة التي تصل إلى 500 درجة فهرنهايت (260 درجة مئوية))
ارتداء المقاومة
نقطة انصهار عالية
الخصائص الممتازة لـ PTFE تمنحه نطاقًا واسعًا من التطبيقات، وهو الأكثر استخدامًا كطلاء غير لاصق لأواني الطهي. تسمح مقاومة التآكل الأفضل لـ PTFE بدمجها مع مواد مختلفة من خلال بلمرة المستحلب أو معالجة بلمرة التعليق لتشكيل منتجات صناعية عالية المقاومة للحرارة مع خصائص ميكانيكية ممتازة، مثل عزل الأسلاك، وأحزمة النقل الغذائية، والأقمشة المرنة غير اللاصقة، إلخ.
ما هو PTFE؟
تم اكتشاف البولي تيترافلوروإيثيلين في عام 1938. وقد اكتشفه في الأصل الكيميائي الأمريكي روي ج. بلونكيت (1910-1994) عندما كان يحاول صنع مركب جديد للتبريد من الكربون والفلور. لم يكن الناس في ذلك الوقت يفكرون في هذا المنتج العادي. سوف تؤثر المحفزات الغريبة على كل جانب من جوانب العالم.
وفي عام 1941، حصلت شركة دوبونت على براءة اختراع لهذا المنتج وسجلت علامة تجارية تحت اسم 'تفلون' في عام 1944.
في الوقت الحاضر، تم استخدام البولي تترافلوروإيثيلين على نطاق واسع في العديد من مجالات الإنتاج والحياة. في صناعة تقديم الطعام، يتم استخدام أواني الطهي المطلية بـ PTFE على نطاق واسع؛ في صناعة الملابس، تستخدم الملابس المقاومة للبرد من العلامات التجارية مثل HELIKON وCarinthia جميعها PTFE كطلاء أو طبقة خارجية. وذلك لتحقيق القدرة على تحمل البرد القارس الذي يصل إلى -30 درجة مئوية؛ في المجال العسكري، يتم استخدام مواد PTFE ذات الخسارة المنخفضة، وخصائص العزل الكهربائي الممتازة، والاتساق الجيد، والخصائص الكيميائية المستقرة، وعدم امتصاص الرطوبة تقريبًا على نطاق واسع في لوحات الرادار ذات التردد الراديوي العالي. في المجال الطبي، تُستخدم مواد PTFE أيضًا على نطاق واسع في أجزاء الجسم الاصطناعية.
ماذا يعني PTFE؟
يرمز PTFE إلى بولي تترافلوروإيثيلين، وهو المصطلح الكيميائي للبوليمر (C2F4)n.
تشير هذه المادة عمومًا إلى أي بوليمر فلورو بوليمر اصطناعي من مادة ptfe. الخصائص الرئيسية للبولي تترافلوروإيثيلين هي كما يلي:
درجة حرارة التشغيل القصوى (درجة فهرنهايت/درجة مئوية): 500/260
قوة الشد عند الكسر (PSI): 4,000
ثابت العزل الكهربائي (كيلو فولت/مل): 3.7
النسبة: 2.16
الاستطالة عند الاستراحة: 350%
شور د صلابة: 54
إن البوليمر الفلوروبوليمر الاصطناعي متعدد رباعي فلورو إيثيلين ptfe المستخدم على نطاق واسع مع الخصائص المذكورة أعلاه يحتوي بالفعل على عدد لا يحصى من العلامات التجارية، والعلامات التجارية الرئيسية هي كما يلي:
تفلون®: المواد الكيميائية
FLUON®: AGC المحدودة
دينيون®: 3M
بوليفلون: شركة دايكن الصناعية المحدودة
ألجوفلون: شركة سولفاي المحدودة.
الهيكل الكيميائي PTFE
بولي تترافلوروإيثيلين هو بوليمر خطي يتكون من ذرات الكربون (C) والفلور (F)، وله الصيغة الكيميائية (C2F4)n، حيث n هو عدد وحدات المونومر.
يمكن التعبير عن هيكل PTFE على النحو التالي: -CF2-CF2-CF2-CF2-
تتكون السلسلة الطويلة من جزيئات PTFE من ذرات الكربون، كل منها مرتبطة بذرتين من الفلور.
تغطي ذرات الفلور تقريبًا سطح ذرات الكربون في سلسلة البوليمر الحلزونية. تشكل ذرات الكربون السلسلة الرئيسية لسلسلة البوليمر. تشكل ذرات الفلور بنية تشبه الدرع حول ذرات الكربون، مما يحمي ذرات الكربون الداخلية بشكل جيد.
هذا الترتيب الفريد للذرات يمنح PTFE خصائصه الاستثنائية. يساهم هذا التركيب الجزيئي في الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي لا مثيل لها لـ PTFE.
ما هي مادة التيفلون؟
التيفلون عبارة عن بوليمر فلوري لدن بالحرارة، واختصار التيفلون هو PTFE (بولي تترافلوروإيثيلين).
Teflon هي علامة تجارية لشركة Chemours، ومع ذلك، يمكن أيضًا شراء PTFE من شركات أخرى غير Chemours.
يعتبر التيفلون مادة شائعة بسبب احتكاكه المنخفض ومقاومته لدرجات الحرارة العالية ومقاومته للمواد الكيميائية.
هو تفلون PTFE
بالطبع، التيفلون عبارة عن مادة بوليمرية مبلمرة من رباعي فلورو إيثيلين وهو نوع من المواد المشبعة بالفلور. اسمها الكيميائي هو بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE).
التركيب الكيميائي للتفلون فريد جدًا. التركيب الجزيئي هو أن F (ذرات الفلور) تحل محل كل H (ذرات الهيدروجين) في السلسلة C. في الوقت نفسه، نظرًا لأن نصف قطر ذرة الفلور أكبر بكثير من نصف قطر ذرة الكربون، فإن التنافر بين الذرات كبير جدًا، لذلك لن يشبه ذرات الهيدروجين، ويمكن ترتيبها في مستوى، وبالتالي فإن ذرات الفلور تكاد تلتف لتلتف حول ذرات الكربون، بحيث لا يمكن للعالم الخارجي أن يتلامس إلا مع ذرات الفلور الخاملة نسبيًا.
مع حاجز ذرة الفلور القوي، يكون هيكل بوليمر التيفلون مستقرًا نسبيًا مقارنة بالمواد الأخرى.
خصائص تفلون
PTFE عبارة عن بوليمر مبلمر من مونومر رباعي فلورو إيثيلين. إنه شمع شفاف أو معتم يشبه PE. كثافته 2.2 جم/سم3 ونسبة امتصاص الماء أقل من 0.01%.
يشبه التركيب الكيميائي لبوليمر PTFE التركيب الكيميائي للـ PE، باستثناء أن جميع ذرات الهيدروجين في البولي إيثيلين يتم استبدالها بذرات الفلور. نظرًا لطاقة الرابطة العالية والأداء المستقر لرابطة CF، فإنها تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل الكيميائي ويمكنها تحمل جميع الأحماض القوية (بما في ذلك الماء الملكي) باستثناء المعادن القلوية المنصهرة والوسائط المؤكسدة وهيدروكسيد الصوديوم فوق 300 درجة مئوية. وكذلك تأثيرات المؤكسدات القوية والعوامل المختزلة والمذيبات العضوية المختلفة.
تكون ذرة F الموجودة في جزيء PTFE متناظرة، والعنصران الموجودان في رابطة CF مرتبطان تساهميًا. لا توجد إلكترونات حرة في الجزيء، مما يجعل الجزيء بأكمله محايدًا. ولذلك، فهو يتمتع بخصائص عازلة ممتازة، ولا يتأثر عزله الكهربائي بتأثير البيئة والتردد.
الخصائص الفيزيائية تفلون
حجم المقاومة أكبر من 1017، وفقدان العزل الكهربائي صغير، وجهد الانهيار مرتفع، ومقاومة القوس جيدة، ويمكن أن تعمل في بيئة كهربائية تبلغ 250 درجة مئوية. نظرًا لعدم وجود روابط هيدروجينية في التركيب الجزيئي PTFE، فإن الهيكل متماثل، لذا فإن درجة تبلوره عالية جدًا (تبلغ التبلور بشكل عام 55٪ ~ 75٪، وأحيانًا تصل إلى 94٪)، مما يجعل PTFE مقاومًا للحرارة للغاية. درجة حرارة انصهاره هي 324 درجة مئوية، ودرجة حرارة تحلله هي 415 درجة مئوية، ودرجة حرارة الاستخدام القصوى هي 250 درجة مئوية. أنها هشة درجة الحرارة -190 درجة مئوية، ودرجة حرارة تشويه الحرارة (تحت ظروف 0.46MPa) هي 120 درجة مئوية.
مادة تفلون لها خصائص ميكانيكية جيدة. قوة الشد هي 21 ~ 28MPa، قوة الانحناء هي 11 ~ 14MPa، الاستطالة هي 250٪ ~ 300٪، ومعاملات الاحتكاك الديناميكي والثابت ضد الفولاذ كلاهما 0.04، وهو أفضل من النايلون والبولي فورمالدهيد والبولي إيثيلين. معامل الاحتكاك للمواد البلاستيكية الباردة صغير.
يتميز PTFE النقي بقوة منخفضة ومقاومة تآكل ضعيفة ومقاومة زحف ضعيفة. عادة ما يكون من الضروري إضافة بعض الجزيئات غير العضوية إلى بوليمر PTFE، مثل الجرافيت ومجموعة ثاني كبريتيد وأكسيد الألومنيوم والألياف الزجاجية وألياف الكربون وما إلى ذلك لتحسين خواصه الميكانيكية. ، ويمكن أيضًا توسيعها من خلال التعاون مع البوليمرات الأخرى مثل بولي فينيلاز (PHB)، وكبريتيد البولي فينيلين (PFS)، والبولي إيثيلين جلايكول (PEEK)، والبولي إيثيلين / بروبيلين كوبوليمر (PFEP)، وما إلى ذلك. نطاق درجة حرارة التخميد، مما يحسن مقاومتها للتقلبات.
كيف يتم صناعة التيفلون
تستخدم عملية التصنيع الكلوروفورم كمادة خام، ويستخدم حمض الهيدروفلوريك اللامائي لفلورة الكلوروفورم، وتكون درجة حرارة التفاعل أعلى من 65 درجة مئوية، ويستخدم خماسي كلوريد الأنتيمون كمحفز، وأخيراً يستخدم التكسير الحراري لإنتاج رباعي فلورو إيثيلين.
يتم إنتاج أوكاي باستخدام بلمرة التعليق أو بلمرة المستحلب.
تحضير مونومر رباعي فلورو إيثيلين
صناعيا، يستخدم الكلوروفورم كمادة خام، ويستخدم حمض الهيدروفلوريك اللامائي لفلورة الكلوروفورم، وتكون درجة حرارة التفاعل أعلى من 65 درجة مئوية، ويستخدم خامس كلوريد الأنتيمون كمحفز، وأخيرا يتم إنتاج رباعي فلورو إيثيلين عن طريق التكسير الحراري. يمكن أيضًا إنتاج رباعي فلورو إيثيلين عن طريق تفاعل الزنك مع رباعي فلورو ثنائي كلورو الإيثان عند درجات حرارة عالية.
تحضير بولي تترافلوروإيثيلين
في غلاية بلمرة المينا أو الفولاذ المقاوم للصدأ، يتم استخدام الماء كوسيط، ويتم استخدام كبريتات البوتاسيوم كبادئ، ويستخدم ملح الأمونيوم حمض البيرفلورو كربوكسيليك كمشتت، ويستخدم الفلوروكربون كمثبت، ويتم بلمرة رباعي فلورو إيثيلين بالأكسدة والاختزال للحصول على بولي إيثيلين مسحوق ناعم. رباعي فلورو إيثيلين.
أضف إضافات مختلفة إلى غلاية التفاعل، ويدخل مونومر رباعي فلورو إيثيلين إلى غلاية البلمرة في الطور الغازي. اضبط درجة الحرارة في الغلاية إلى 25 درجة مئوية، ثم أضف كمية معينة من المنشط (ميتابيسلفيت الصوديوم) لبدء البلمرة من خلال نظام الأكسدة والاختزال. أثناء عملية البلمرة، تتم إضافة المونومرات بشكل مستمر، ويتم الحفاظ على ضغط البلمرة عند 0.49 ~ 0.78MPa. يتم تخفيف التشتت الناتج بعد البلمرة إلى تركيز معين بالماء، ويتم ضبط درجة الحرارة إلى 15 ~ 20 درجة مئوية. بعد التجميع مع التحريك الميكانيكي، يتم غسله بالماء وتجفيفه، أي يتم الحصول على هذا المنتج على شكل راتينج حبيبي ناعم.
هل تفلون آمن؟
طلاء التيفلون نفسه آمن: مادة التيفلون نفسها غير سامة، ولن تتحلل، ولن تسبب مخاطر صحية. ربما يرجع ذلك إلى أن تركيبها الجزيئي غير قابل للذوبان بشكل أساسي في المواد الكيميائية الحقيقية، ناهيك عن هضمها وامتصاصها من قبل الجسم البشري.
الخصائص الفريدة لـ PTFE تجعله يستخدم على نطاق واسع في العمليات الصناعية والبحرية مثل الصناعة الكيميائية والبترول والمنسوجات والمواد الغذائية وصناعة الورق والأدوية والإلكترونيات والآلات.
تطبيق البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) في خصائص مقاومة التآكل:
نظرًا للعيوب في مقاومة التآكل للمطاط والزجاج والسبائك المعدنية والمواد الأخرى، فمن الصعب مواجهة البيئة القاسية حيث تتعايش درجة الحرارة والضغط والوسائط الكيميائية، وتكون الخسائر الناتجة مثيرة للقلق للغاية. في حين أن مادة PTFE تتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل، فإن مادة البولي تترافلوروإيثيلين تستخدم المواد الرئيسية المقاومة للتآكل في الصناعات البترولية والكيميائية والنسيجية وغيرها.
تشمل التطبيقات المحددة: أنابيب التوصيل، وأنابيب العادم، وأنابيب البخار لنقل الغازات المسببة للتآكل، وأنابيب الزيت عالية الضغط لمصانع الدرفلة، وأنابيب الضغط العالي والمتوسطة والمنخفضة للأنظمة الهيدروليكية للطائرات وأنظمة الضغط البارد، وأبراج التقطير، والمبادلات الحرارية، والغلايات، والأبراج، والخزانات. إن أداء أختام المعدات الكيميائية مثل البطانات والصمامات له تأثير كبير على كفاءة وأداء الآلة والمعدات بأكملها. تتميز مادة PTFE بخصائص مقاومة التآكل، ومقاومة الشيخوخة، ومعامل الاحتكاك المنخفض وعدم الالتصاق، ونطاق درجة الحرارة الواسع، والمرونة الجيدة، مما يجعلها مناسبة جدًا لتصنيع الأختام ذات متطلبات مقاومة التآكل العالية ودرجات حرارة التشغيل أعلى من 100 درجة. مثل الأختام الخاصة بالفلنجات المحززة للآلات، والمبادلات الحرارية، وأوعية الضغط العالي، والأوعية ذات القطر الكبير، والصمامات، والمضخات، والأختام لأواني التفاعل الزجاجية، والشفاه المسطحة، والشفاه ذات القطر الكبير، والأعمدة، وقضبان المكبس، وقضبان الصمامات، ومضخات التروس الدودية، وأختام قضبان الربط، وما إلى ذلك.
2. يتم استخدام أداء الاحتكاك المنخفض للبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) في تطبيقات التحميل.
أجزاء الاحتكاك في بعض المعدات ليست مناسبة للتشحيم، كما هو الحال في الحالات التي يذوب فيها شحوم التشحيم بالمذيبات ويصبح غير فعال، أو في صناعة الورق والأدوية والمواد الغذائية والمنسوجات وما إلى ذلك. تحتاج المنتجات في المجال الصناعي إلى تجنب تلوث زيت التشحيم، مما يجعل مواد PTFE المملوءة هي المادة الأكثر مثالية للتشحيم الخالي من الزيت (الحمل المباشر) لأجزاء المعدات الميكانيكية. وذلك لأن معامل الاحتكاك لهذه المادة هو الأقل بين المواد الصلبة المعروفة. وتشمل استخداماته المحددة محامل المعدات الكيميائية، وآلات صناعة الورق، والآلات الزراعية، مثل حلقات المكبس، وقضبان توجيه الأدوات الآلية، وحلقات التوجيه. يتم استخدامها على نطاق واسع في مشاريع البناء المدنية كشرائح دعم للجسور، ودعامات سقف الهيكل الفولاذي للأنفاق، وخطوط الأنابيب الكيميائية الكبيرة، وصهاريج التخزين. الكتل، وكذلك تستخدم كدعامات للجسور ودوارات الجسور، وما إلى ذلك.
3. تطبيقات البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) في التطبيقات الإلكترونية والكهربائية.
إن الخسارة المنخفضة المتأصلة وثابت العزل الكهربائي الصغير لمواد PTFE تمكن من تصنيعها في أسلاك مطلية لاستخدامها في المحركات الصغيرة والمزدوجات الحرارية وأجهزة التحكم وما إلى ذلك. فيلم العزل الكهربائي PTFE هو مادة عازلة مثالية لتصنيع المكثفات وبطانات العزل الراديوي والكابلات المعزولة والمحركات والمحولات. كما أنها واحدة من المواد التي لا غنى عنها للمكونات الإلكترونية الصناعية مثل الفضاء الجوي والفضاء. إن استخدام أفلام البلاستيك الفلورية له نفاذية عالية للأكسجين ونفاذية عالية لبخار الماء. يمكن استخدام هذه النفاذية الانتقائية ذات النفاذية الصغيرة لتصنيع أجهزة استشعار الأكسجين. يمكن استخدام خصائص اللدائن الفلورية التي تسبب انحراف الشحنة القطبية تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع لتصنيع الميكروفونات ومكبرات الصوت وأجزاء الروبوتات وما إلى ذلك، كما يمكن استخدام انكسارها المنخفض. خصائص الكفاءة العالية يمكن أن تجعل الألياف الضوئية.
4.تطبيق البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) في الطب الطبي.
مادة PTFE الموسعة خاملة تمامًا ولديها قدرة بيولوجية قوية جدًا على التكيف. لن يسبب رفض الجسم وليس له أي آثار جانبية فسيولوجية على جسم الإنسان. يمكن تعقيمها بأي طريقة. يسمح هيكلها المسامي الصغير باستخدامها في مجموعة متنوعة من حلول إعادة التأهيل، بما في ذلك الأوعية الدموية الاصطناعية والرقع لتجديد الأنسجة الرخوة والخيوط الجراحية لجراحات الأوعية الدموية والقلب والعامة وجراحة العظام.
5.تطبيق خصائص مقاومة الالتصاق للبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE).
تتميز مادة PTFE بأصغر توتر سطحي بين المواد الصلبة ولا تلتصق بأي مادة. كما أنها تتميز بخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة والخمول الكيميائي، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل التصنيع. تستخدم المقالي غير اللاصقة على نطاق واسع في التطبيقات المضادة للالتصاق. تشتمل عملية مقاومة الالتصاق بشكل أساسي على نوعين: تثبيت لوح PTFE على الركيزة ووضع الطبقة طلاء أو ورنيش PTFE مركب من الزجاج على الركيزة من خلال الانكماش الحراري.
على الرغم من أن مواد PTFE لا تزال تواجه مشكلة الصعوبة العالية في اللحام، إلا أنه مع تقدم التكنولوجيا، فإن طرق التوليف الجديدة ستحل قريبًا نقاط الألم في PTFE وتطبق PTFE على نطاق أوسع من المجالات.
