Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein Kohlenstoff- und Fluorpolymer. Dieses Material hat den bekanntesten Namen: Teflon.
Zu den Eigenschaften von PTFE gehören:
Hervorragende mechanische Eigenschaften (<1 %)
Korrosionsbeständigkeit durch chemische Inertheit
Hitzebeständigkeit
Niedrigste Reibungskoeffizienten
Antihafteigenschaften (hält dauerhaft hohen Temperaturen von 260 °C stand)
Verschleißfestigkeit
Hoher Schmelzpunkt
Die hervorragenden Eigenschaften von PTFE ermöglichen ein breites Anwendungsspektrum und werden am häufigsten als Antihaftbeschichtung für Kochgeschirr verwendet. Die bessere Verschleißfestigkeit von PTFE ermöglicht die Kombination mit verschiedenen Materialien durch Emulsionspolymerisation oder Suspensionspolymerisation, um hochtemperaturbeständige Industrieprodukte mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu bilden, wie z. B. Drahtisolierung, Förderbänder in Lebensmittelqualität, flexible Antihaftgewebe usw.
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Polytetrafluorethylen wurde 1938 entdeckt. Ursprünglich wurde es vom amerikanischen Chemiker Roy J. Plunkett (1910–1994) entdeckt, als er versuchte, ein neues Kältemittel aus Kohlenstoff- und Fluorverbindungen herzustellen. An dieses gewöhnliche Produkt hätte man damals noch nicht gedacht. Seltsame Katalysatoren werden jeden Aspekt der Welt beeinflussen.
1941 erhielt DuPont ein Patent für dieses Produkt und ließ 1944 eine Marke unter dem Namen „Teflon“ eintragen.
Heutzutage wird Polytetrafluorethylen in vielen Produktions- und Lebensbereichen häufig eingesetzt. In der Gastronomie wird häufig PTFE-beschichtetes Kochgeschirr verwendet; In der Bekleidungsindustrie verwenden erstklassige Kälteschutzkleidung von Marken wie HELIKON und Carinthia PTFE als Beschichtung oder Außenschicht. , um der starken Kälte von -30°C standzuhalten; Im militärischen Bereich werden PTFE-Materialien mit geringem Verlust, hervorragenden dielektrischen Eigenschaften, guter Konsistenz, stabilen chemischen Eigenschaften und nahezu keiner Feuchtigkeitsaufnahme häufig in Hochfrequenzradartafeln verwendet. Im medizinischen Bereich werden PTFE-Materialien auch häufig in künstlichen Körperteilen eingesetzt.
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PTFE steht für Polytetrafluorethylen, die chemische Bezeichnung für das Polymer (C2F4)n.
Dieses Material bezieht sich im Allgemeinen auf alle synthetischen Marken-PTFE-Fluorpolymere. Die Haupteigenschaften von Polytetrafluorethylen sind folgende:
Maximale Betriebstemperatur (°F /°C): 500/260
Zugfestigkeit (PSI): 4.000
Dielektrizitätskonstante (kV/mil): 3,7
Anteil: 2,16
Bruchdehnung: 350 %
Shore-D-Härte: 54
Das weit verbreitete synthetische Fluorpolymer PTFE-Polytetrafluorethylen mit den oben genannten Eigenschaften hat bereits unzählige Marken, die wichtigsten Marken sind wie folgt:
Chemische Struktur von PTFE
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Polytetrafluorethylen ist ein lineares Polymer aus Kohlenstoffatomen (C) und Fluoratomen (F) mit der chemischen Formel (C2F4)n, wobei n die Anzahl der Monomereinheiten ist.
Die Struktur von PTFE kann wie folgt ausgedrückt werden: -CF2-CF2-CF2-CF2-
Die lange Kette der PTFE-Moleküle besteht aus Kohlenstoffatomen, die jeweils mit zwei Fluoratomen verknüpft sind.
Fluoratome bedecken nahezu die Oberfläche der Kohlenstoffatome der spiralförmigen Polymerkette. Die Kohlenstoffatome bilden die Hauptkette der Polymerkette. Die Fluoratome bilden eine schildartige Struktur um die Kohlenstoffatome, die die inneren Kohlenstoffatome gut schützt.
Diese einzigartige Anordnung der Atome verleiht PTFE seine außergewöhnlichen Eigenschaften. Diese molekulare Struktur trägt zu den unvergleichlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von PTFE bei.
Was ist das Teflon-Material?
Teflon ist ein thermoplastisches Fluorpolymer und die Abkürzung Teflon ist PTFE (Polytetrafluorethylen).
Teflon ist eine Marke von Chemours, PTFE kann jedoch auch von anderen Unternehmen als Chemours bezogen werden.
Teflon ist aufgrund seiner geringen Reibung, hohen Temperaturbeständigkeit und chemischen Beständigkeit ein beliebtes Material.
Natürlich ist Teflon ein aus Tetrafluorethylen polymerisiertes Polymermaterial und eine Art perfluoriertes Material. Sein chemischer Name ist Polytetrafluorethylen (PTFE).
Die chemische Struktur von Teflon ist sehr einzigartig. Die Molekülstruktur besteht darin, dass F (Fluoratome) alle H (Wasserstoffatome) in der C-Kette ersetzt. Da gleichzeitig der Radius des Fluoratoms viel größer ist als der Radius des Kohlenstoffatoms, ist die Abstoßung zwischen den Atomen sehr groß, sodass sie nicht wie Wasserstoffatome in einer Ebene angeordnet werden kann, sodass die Fluoratome die Kohlenstoffatome fast spiralförmig aufwickeln, sodass die Außenwelt nur mit den relativ trägen Fluoratomen in Kontakt kommen kann.
Mit einer starken Fluoratombarriere ist die Teflon-Polymerstruktur im Vergleich zu anderen Materialien relativ stabil.
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PTFE ist ein aus Tetrafluorethylen-Monomer polymerisiertes Polymer. Es ist ein transparentes oder undurchsichtiges Wachs, ähnlich wie PE. Seine Dichte beträgt 2,2 g/cm3 und seine Wasseraufnahmerate beträgt weniger als 0,01 %.
Die chemische Struktur des PTFE-Polymers ähnelt der von PE, außer dass alle Wasserstoffatome im Polyethylen durch Fluoratome ersetzt sind. Aufgrund der hohen Bindungsenergie und der stabilen Leistung der CF-Bindung weist sie eine ausgezeichnete chemische Korrosionsbeständigkeit auf und widersteht allen starken Säuren (einschließlich Königswasser) mit Ausnahme geschmolzener Alkalimetalle, oxidierender Medien und Natriumhydroxid über 300 °C. Sowie die Wirkung starker Oxidationsmittel, Reduktionsmittel und verschiedener organischer Lösungsmittel.
Das F-Atom im PTFE-Molekül ist symmetrisch und die beiden Elemente in der CF-Bindung sind kovalent verbunden. Da es im Molekül keine freien Elektronen gibt, ist das gesamte Molekül neutral. Daher verfügt es über ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften und seine elektrische Isolierung wird nicht durch den Einfluss von Umgebung und Frequenz beeinträchtigt.
Physikalische Eigenschaften von Teflon
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Sein spezifischer Durchgangswiderstand liegt über 1017, sein dielektrischer Verlust ist gering, seine Durchbruchspannung ist hoch, seine Lichtbogenbeständigkeit ist gut und es kann in einer elektrischen Umgebung von 250 °C betrieben werden. Da es in der PTFE-Molekülstruktur keine Wasserstoffbrückenbindungen gibt, ist die Struktur symmetrisch, sodass der Kristallisationsgrad sehr hoch ist (im Allgemeinen beträgt die Kristallinität 55 % bis 75 %, manchmal sogar 94 %), was PTFE extrem hitzebeständig macht. Seine Schmelztemperatur beträgt 324 °C, seine Zersetzungstemperatur beträgt 415 °C und seine maximale Anwendungstemperatur beträgt 250 °C. Es ist spröde. Die Temperatur beträgt -190 °C und die Wärmeformbeständigkeit (unter 0,46 MPa-Bedingungen) beträgt 120 °C.
Teflonmaterial hat gute mechanische Eigenschaften. Seine Zugfestigkeit beträgt 21–28 MPa, die Biegefestigkeit 11–14 MPa, die Dehnung 250–300 % und sein dynamischer und statischer Reibungskoeffizient gegenüber Stahl beträgt jeweils 0,04, was besser ist als bei Nylon, Polyformaldehyd und Polyethylen. Der Reibungskoeffizient kalter Kunststoffe ist klein.
Reines PTFE hat eine geringe Festigkeit, eine schlechte Verschleißfestigkeit und eine schlechte Kriechfestigkeit. Normalerweise ist es notwendig, dem PTFE-Polymer einige anorganische Partikel wie Graphit, Disulfidgruppen, Aluminiumoxid, Glasfaser, Kohlefaser usw. zuzusetzen, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. , und kann auch durch die Zusammenarbeit mit anderen Polymeren wie Polyphenylase (PHB), Polyphenylensulfid (PFS), Polyethylenglykol (PEEK), Polyethylen/Propylen-Copolymer (PFEP) usw. seinen Dämpfungstemperaturbereich erweitern und so seine Beständigkeit gegenüber Schwankungen verbessern.
Wie wird Teflon hergestellt?
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Der Herstellungsprozess verwendet Chloroform als Rohmaterial, verwendet wasserfreie Flusssäure zur Fluorierung von Chloroform, die Reaktionstemperatur liegt über 65 °C, verwendet Antimonpentachlorid als Katalysator und nutzt schließlich thermisches Cracken zur Herstellung von Tetrafluorethylen.
Aokai wird durch Suspensionspolymerisation oder Emulsionspolymerisation hergestellt.
Herstellung von Monomer Tetrafluorethylen
Industriell wird Chloroform als Rohstoff verwendet, wasserfreie Flusssäure wird zur Fluorierung von Chloroform verwendet, die Reaktionstemperatur liegt über 65 °C, Antimonpentachlorid wird als Katalysator verwendet und schließlich wird Tetrafluorethylen durch thermisches Cracken hergestellt. Tetrafluorethylen kann auch durch Reaktion von Zink mit Tetrafluordichlorethan bei hohen Temperaturen hergestellt werden.
Herstellung von Polytetrafluorethylen
In einem Polymerisationskessel aus Emaille oder Edelstahl wird Wasser als Medium, Kaliumpersulfat als Initiator, Perfluorcarbonsäure-Ammoniumsalz als Dispergiermittel, Fluorkohlenstoff als Stabilisator und Tetrafluorethylen redoxpolymerisiert, um feinpulverisiertes Polyethylen zu erhalten. Tetrafluorethylen.
Geben Sie verschiedene Additive in den Reaktionskessel und das Tetrafluorethylenmonomer gelangt in der Gasphase in den Polymerisationskessel. Stellen Sie die Temperatur im Kessel auf 25 °C ein und geben Sie dann eine bestimmte Menge Aktivator (Natriummetabisulfit) hinzu, um die Polymerisation über ein Redoxsystem zu starten. Während des Polymerisationsprozesses werden kontinuierlich Monomere zugegeben und der Polymerisationsdruck wird bei 0,49 bis 0,78 MPa gehalten. Die nach der Polymerisation erhaltene Dispersion wird mit Wasser auf eine bestimmte Konzentration verdünnt und die Temperatur auf 15–20 °C eingestellt. Nach der Aggregation unter mechanischem Rühren wird es mit Wasser gewaschen und getrocknet, d. h. dieses Produkt wird als feinkörniges Harz erhalten.
Die Teflonbeschichtung selbst ist sicher: Das Teflonmaterial selbst ist ungiftig, zersetzt sich nicht und stellt keine Gesundheitsgefährdung dar. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass seine Molekülstruktur in echten Chemikalien grundsätzlich unlöslich ist, geschweige denn vom menschlichen Körper verdaut und absorbiert werden kann.
Erfahren Sie mehr über die Sicherheit von Teflon
Wofür wird PTFE verwendet?
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Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von PTFE wird es häufig in Industrie- und Schifffahrtsbetrieben eingesetzt, beispielsweise in der chemischen Industrie, Erdöl-, Textil-, Lebensmittel-, Papierherstellungs-, Medizin-, Elektronik- und Maschinenindustrie.
Anwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE) in Korrosionsschutzeigenschaften:
Aufgrund der Mängel in der Korrosionsbeständigkeit von Gummi, Glas, Metalllegierungen und anderen Materialien ist es schwierig, den rauen Umgebungsbedingungen gerecht zu werden, in denen Temperatur, Druck und chemische Medien gleichzeitig existieren, und die daraus resultierenden Verluste sind ziemlich alarmierend. Während PTFE-Material eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, wird Polytetrafluorethylen als wichtigstes korrosionsbeständiges Material in der Erdöl-, Chemie-, Textil- und anderen Industrien verwendet.
Spezifische Anwendungen umfassen: Förderrohre, Abgasrohre, Dampfrohre für den Transport korrosiver Gase, Hochdruckölrohre für Walzwerke, Hoch-, Mittel- und Niederdruckrohre für Flugzeughydrauliksysteme und Kaltpresssysteme, Destillationstürme, Wärmetauscher, Kessel, Türme und Tanks. Die Leistung chemischer Gerätedichtungen wie Auskleidungen und Ventile hat großen Einfluss auf die Effizienz und Leistung der gesamten Maschine und Anlage. PTFE-Material zeichnet sich durch Korrosionsbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, niedrigen Reibungskoeffizienten und Nichtklebrigkeit, einen großen Temperaturbereich und eine gute Elastizität aus und eignet sich daher sehr gut für die Herstellung von Dichtungen mit hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit und Betriebstemperaturen über 100 °. Zum Beispiel Dichtungen für gerillte Flansche von Maschinen, Wärmetauschern, Hochdruckbehältern, Behältern mit großem Durchmesser, Ventilen und Pumpen, Dichtungen für Reaktionsgefäße aus Glas, Flachflansche, Flansche mit großem Durchmesser, Wellen, Kolbenstangen, Ventilstangen, Schneckenradpumpen, Spurstangendichtungen usw.
2. Die geringe Reibungsleistung von Polytetrafluorethylen (PTFE) wird bei Lastanwendungen genutzt.
Die Reibungsteile einiger Geräte eignen sich nicht zur Schmierung, beispielsweise in Situationen, in denen Schmierfett durch Lösungsmittel aufgelöst wird und unwirksam wird, oder in der Papierherstellung, Pharmazeutik, Lebensmittel, Textilien usw. Produkte im industriellen Bereich müssen eine Schmierölverunreinigung vermeiden, was gefüllte PTFE-Materialien zum idealsten Material für die ölfreie Schmierung (direkte Lastaufnahme) mechanischer Geräteteile macht. Dies liegt daran, dass der Reibungskoeffizient dieses Materials der niedrigste unter den bekannten Feststoffmaterialien ist. Zu seinen spezifischen Anwendungen gehören Lager für chemische Anlagen, Papierherstellungsmaschinen und landwirtschaftliche Maschinen, als Kolbenringe, Führungsschienen für Werkzeugmaschinen und Führungsringe. Sie werden häufig in zivilen Bauprojekten als Stützrutschen für Brücken, Dachstühle für Tunnelstahlkonstruktionen, große Chemiepipelines und Lagertanks eingesetzt. Blöcke sowie Verwendung als Brückenstützen und Brückendrehgelenke usw.
3.Anwendungen von Polytetrafluorethylen (PTFE) in elektronischen und elektrischen Anwendungen.
Der inhärente geringe Verlust und die kleine Dielektrizitätskonstante von PTFE-Materialien ermöglichen die Herstellung von emaillierten Drähten für den Einsatz in Mikromotoren, Thermoelementen, Steuergeräten usw. Elektrische Isolierfolie aus PTFE Es ist ein ideales Isoliermaterial für die Herstellung von Kondensatoren, Funkisolierauskleidungen, isolierten Kabeln, Motoren und Transformatoren. Es ist auch eines der unverzichtbaren Materialien für industrielle elektronische Komponenten wie Luft- und Raumfahrt und Luft- und Raumfahrt. Die Verwendung von Fluorkunststofffolien weist eine hohe Durchlässigkeit für Sauerstoff und eine hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf auf. Diese selektive Permeabilität kleiner Permeabilität kann zur Herstellung von Sauerstoffsensoren genutzt werden. Die Eigenschaften von Fluorkunststoffen, die bei hoher Temperatur und hohem Druck zu einer polaren Ladungsabweichung führen, können zur Herstellung von Mikrofonen, Lautsprechern, Teilen an Robotern usw. genutzt werden, und ihre niedrige Brechung kann genutzt werden. Die Eigenschaften einer hohen Effizienz können optische Fasern herstellen.
4.Anwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE) in der Medizin.
Das expandierte PTFE-Material ist rein inert und weist eine sehr starke biologische Anpassungsfähigkeit auf. Es löst keine Abstoßung durch den Körper aus und hat keine physiologischen Nebenwirkungen auf den menschlichen Körper. Es kann mit jeder Methode sterilisiert werden. Seine mikroporöse Struktur ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von Rehabilitationslösungen, einschließlich künstlicher Blutgefäße und Pflaster zur Regeneration von Weichgewebe sowie chirurgischem Nahtmaterial für Gefäß-, Herz-, allgemeine und orthopädische Eingriffe.
5. Anwendung der Antihafteigenschaften von Polytetrafluorethylen (PTFE).
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PTFE-Material hat die geringste Oberflächenspannung unter den Feststoffmaterialien und haftet an keiner Substanz. Es verfügt außerdem über die Eigenschaften hoher und niedriger Temperaturbeständigkeit und chemischer Inertheit, wodurch es für Anwendungen wie die Fertigung geeignet ist. Antihaftbeschichtete Pfannen werden häufig für Antihaftanwendungen verwendet. Der Antihaftprozess umfasst hauptsächlich zwei Arten: Installieren der PTFE-Folie auf dem Substrat und Platzieren der PTFE-Beschichtung oder -Lack, der durch Wärmeschrumpfung mit Glas auf dem Substrat verbunden wird.
Erfahren Sie mehr über PTFE-Beschichtungen
Obwohl PTFE-Materialien immer noch das Problem hoher Schwierigkeiten beim Schweißen haben, werden neue Synthesemethoden mit der Weiterentwicklung der Technologie bald die Schwachstellen von PTFE lösen und PTFE in einem breiteren Spektrum von Bereichen einsetzen.
