PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن) ​​چیست؟

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) یک پلیمر کربن و فلوئور است. این ماده آشناترین نام را دارد: تفلون.

خواص PTFE عبارتند از:

• خواص مکانیکی عالی (<1%)

• مقاومت در برابر خوردگی بی اثری شیمیایی

• مقاومت در برابر حرارت

• کمترین ضریب اصطکاک

• خواص نچسب (در دمای بالای 500 درجه فارنهایت (260 درجه سانتیگراد) مقاوم است)

• مقاومت در برابر سایش

• نقطه ذوب بالا

خواص عالی PTFE طیف وسیعی از کاربردها را به آن می دهد و بیشتر به عنوان یک پوشش نچسب برای ظروف پخت و پز استفاده می شود. مقاومت در برابر سایش بهتر PTFE به آن اجازه می دهد تا با مواد مختلف از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی یا فرآیند پلیمریزاسیون سوسپانسیون ترکیب شود تا محصولات صنعتی مقاوم در برابر حرارت بالا با خواص مکانیکی عالی مانند عایق سیم، تسمه نقاله درجه مواد غذایی، پارچه های نچسب انعطاف پذیر و غیره تشکیل شود.

PTFE چیست؟

پلی تترا فلوئورواتیلن در سال 1938 کشف شد. در ابتدا توسط شیمیدان آمریکایی روی جی. پلانکت (1910-1994) زمانی که او در تلاش برای ساخت مبرد جدید ترکیب کربن و فلوئور بود، کشف شد. مردم در آن زمان به این محصول معمولی فکر نمی کردند. کاتالیزورهای عجیب بر هر جنبه ای از جهان تأثیر خواهند گذاشت.

در سال 1941، دوپونت حق اختراع این محصول را به دست آورد و در سال 1944 یک علامت تجاری با نام 'تفلون' به ثبت رساند.

امروزه پلی تترا فلوئورواتیلن به طور گسترده در بسیاری از زمینه های تولید و زندگی مورد استفاده قرار گرفته است. در صنعت پذیرایی، ظروف آشپزی با روکش PTFE به طور گسترده ای استفاده می شود. در صنعت پوشاک، لباس‌های ضد سرما از برندهایی مانند HELIKON و Carinthia همگی از PTFE به عنوان پوشش یا لایه بیرونی استفاده می‌کنند. ، به منظور دستیابی به توانایی مقاومت در برابر سرمای شدید 30- درجه سانتی گراد؛ در زمینه نظامی، مواد PTFE با تلفات کم، خواص دی الکتریک عالی، قوام خوب، خواص شیمیایی پایدار و تقریباً بدون جذب رطوبت به طور گسترده در پانل های رادار فرکانس رادیویی بالا استفاده می شود. در زمینه پزشکی، مواد PTFE نیز به طور گسترده در قسمت های مصنوعی بدن استفاده می شود.

PTFE مخفف چیست؟

PTFE مخفف polytetrafluoroethylene است که اصطلاح شیمیایی برای پلیمر (C2F4)n است.

این ماده به طور کلی به هر فلوروپلیمر مصنوعی ptfe مارک دار اشاره دارد. ویژگی های اصلی پلی تترا فلوئورواتیلن به شرح زیر است:

• حداکثر دمای کارکرد (°F /°C): 500/260

• مقاومت کششی در زمان شکست (PSI): 4000

• ثابت دی الکتریک (kV/mil): 3.7

• نسبت: 2.16

• ازدیاد طول در هنگام شکست: 350%

• سختی Shore D: 54

فلوئوروپلیمر مصنوعی پلی تترافلوئورواتیلن پرمصرف ptfe با مشخصات فوق در حال حاضر دارای مارک های بی شماری است که مارک های اصلی به شرح زیر است:

• TEFLON®: Chemours

• FLUON®: AGC Ltd

• DYNEON®: 3M

• POLYFLON: شرکت صنعتی دایکین، با مسئولیت محدود.

• ALGOFLON: Solvay Ltd.

  
  

ساختار شیمیایی PTFE

پلی تترا فلوئورواتیلن یک پلیمر خطی متشکل از اتم های کربن (C) و فلوئور (F) با فرمول شیمیایی (C2F4)n است که n تعداد واحدهای مونومر است.

ساختار PTFE را می توان به صورت زیر بیان کرد: -CF2-CF2-CF2-CF2-

زنجیره بلند مولکول های PTFE از اتم های کربن تشکیل شده است که هر کدام به دو اتم فلوئور متصل هستند.

اتم های فلوئور تقریباً سطح اتم های کربن زنجیره پلیمری مارپیچی را می پوشانند. اتم های کربن زنجیره اصلی زنجیره پلیمری را تشکیل می دهند. اتم های فلوئور ساختاری سپر مانند در اطراف اتم های کربن تشکیل می دهند که به خوبی از اتم های کربن داخلی محافظت می کند.

این آرایش منحصر به فرد اتم ها به PTFE خواص استثنایی آن را می دهد. این ساختار مولکولی به خواص فیزیکی و شیمیایی بی نظیر PTFE کمک می کند.

ماده تفلون چیست؟

تفلون PTFE است

البته تفلون یک ماده پلیمری است که از تترافلوئورواتیلن پلیمریزه شده و نوعی ماده پرفلورینه است. نام شیمیایی آن پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) است.

ساختار شیمیایی تفلون بسیار منحصر به فرد است. ساختار مولکولی این است که F (اتم های فلوئور) جایگزین تمام H (اتم های هیدروژن) در زنجیره C می شود. در عین حال، از آنجایی که شعاع اتم فلوئور بسیار بزرگتر از شعاع اتم کربن است، دافعه بین اتم ها بسیار زیاد است، بنابراین مانند اتم های هیدروژن نمی توان آنها را در یک صفحه مرتب کرد، بنابراین اتم های فلوئور تقریباً مارپیچ می شوند تا اتم های کربن را بپیچند، به طوری که جهان خارج فقط می تواند به طور نسبی با اتم های فلوئور در تماس باشد.

با یک سد قوی اتم فلوئور، ساختار پلیمر تفلون در مقایسه با مواد دیگر نسبتاً پایدار است.

خواص تفلون

PTFE پلیمری است که از مونومر تترافلوئورواتیلن پلیمریزه شده است. این یک موم شفاف یا مات شبیه PE است. چگالی آن 2.2 گرم بر سانتی متر مکعب و میزان جذب آب آن کمتر از 0.01 درصد است.

ساختار شیمیایی پلیمر PTFE مشابه PE است، با این تفاوت که تمام اتم های هیدروژن در پلی اتیلن با اتم های فلوئور جایگزین می شوند. به دلیل انرژی باند بالا و عملکرد پایدار باند CF، دارای مقاومت شیمیایی عالی در برابر خوردگی است و می تواند در برابر تمام اسیدهای قوی (از جمله aqua regia) به جز فلزات قلیایی مذاب، محیط های اکسید کننده و هیدروکسید سدیم بالای 300 درجه سانتی گراد مقاومت کند. و همچنین اثرات اکسیدان های قوی، عوامل کاهنده و حلال های آلی مختلف.

اتم F در مولکول PTFE متقارن است و دو عنصر در پیوند CF به صورت کووالانسی پیوند دارند. هیچ الکترون آزاد در مولکول وجود ندارد و کل مولکول را خنثی می کند. بنابراین، دارای خواص دی الکتریک عالی است و عایق الکتریکی آن تحت تأثیر محیط و فرکانس قرار نمی گیرد.

خواص فیزیکی تفلون

مقاومت حجمی آن بیشتر از 1017، تلفات دی الکتریک آن کم، ولتاژ شکست آن بالا، مقاومت قوس آن خوب است و می تواند در محیط الکتریکی 250 درجه سانتی گراد کار کند. از آنجایی که هیچ پیوند هیدروژنی در ساختار مولکولی PTFE وجود ندارد، ساختار متقارن است، بنابراین تبلور آن بسیار زیاد است (به طور کلی تبلور 55٪ تا 75٪، گاهی اوقات تا 94٪ است، که باعث می شود PTFE بسیار مقاوم در برابر حرارت باشد. دمای ذوب آن 324 درجه سانتی گراد، دمای تجزیه آن 415 درجه سانتی گراد و حداکثر دمای استفاده آن 250 درجه سانتی گراد است. شکننده است دما 190- درجه سانتیگراد و دمای اعوجاج حرارتی (در شرایط 0.46 مگا پاسکال) 120 درجه سانتیگراد است.

مواد تفلون خواص مکانیکی خوبی دارد. استحکام کششی آن 21~28MPa، مقاومت خمشی 11~14MPa، ازدیاد طول 250%~300% است و ضرایب اصطکاک دینامیکی و استاتیکی آن در برابر فولاد هر دو 0.04 است که بهتر از نایلون، پلی فرمالدئید و پلی اتیلن است. ضریب اصطکاک پلاستیک های سرد کم است.

PTFE خالص دارای استحکام کم، مقاومت در برابر سایش ضعیف و مقاومت در برابر خزش ضعیف است. معمولاً برای بهبود خواص مکانیکی پلیمر PTFE باید مقداری ذرات غیر آلی مانند گرافیت، گروه دی سولفید، اکسید آلومینیوم، الیاف شیشه، فیبر کربن و غیره به پلیمر PTFE اضافه شود. و همچنین می تواند با همکاری با سایر پلیمرها مانند پلی فنیلاز (PHB)، پلی فنیلن سولفید (PFS)، پلی اتیلن گلیکول (PEEK)، کوپلیمر پلی اتیلن/پروپیلن (PFEP) و غیره، محدوده دمایی میرایی آن را گسترش داده و مقاومت آن را در برابر تغییرپذیری بهبود بخشد.

تفلون چگونه ساخته می شود

در فرآیند تولید از کلروفرم به عنوان ماده اولیه استفاده می شود، از اسید هیدروفلوئوریک بی آب برای فلورینه کردن کلروفرم استفاده می شود، دمای واکنش بالای 65 درجه سانتیگراد است، از پنتاکلرید آنتیموان به عنوان کاتالیزور استفاده می شود و در نهایت از ترک حرارتی برای تولید تترا فلوئورواتیلن استفاده می شود.

Aokai با استفاده از پلیمریزاسیون سوسپانسیون یا پلیمریزاسیون امولسیونی تولید می شود.

1. تهیه مونومر تترا فلوئورواتیلن

در صنعت، کلروفرم به عنوان ماده خام، اسید هیدروفلوئوریک بی آب برای فلوئور کردن کلروفرم، دمای واکنش بالای 65 درجه سانتیگراد، پنتاکلرید آنتیموان به عنوان کاتالیزور استفاده می شود و در نهایت تترا فلوئورواتیلن با کراکینگ حرارتی تولید می شود. تترا فلوئورواتیلن همچنین می تواند با واکنش روی با تترا فلورودی کلرواتان در دماهای بالا تولید شود.

1. تهیه پلی تترا فلوئورواتیلن

در کتری پلیمریزاسیون لعابی یا فولاد ضد زنگ، آب به عنوان محیط، پرسولفات پتاسیم به عنوان آغازگر، نمک آمونیوم پرفلوئوروکربوکسیلیک اسید به عنوان پخش کننده، فلوئوروکربن به عنوان تثبیت کننده استفاده می شود و تترا فلوئورواتیلن برای به دست آوردن پلی اتیلن ردوکس ردوکس پلیمریزه می شود. تترا فلوئورواتیلن.

افزودنی های مختلف را به کتری واکنش اضافه کنید و مونومر تترا فلوئورواتیلن در فاز گاز وارد کتری پلیمریزاسیون می شود. دمای کتری را روی 25 درجه سانتیگراد تنظیم کنید، سپس مقدار مشخصی از فعال کننده (متابی سولفیت سدیم) را برای شروع پلیمریزاسیون از طریق سیستم ردوکس اضافه کنید. در طول فرآیند پلیمریزاسیون، مونومرها به طور مداوم اضافه می شوند و فشار پلیمریزاسیون در 0.49 تا 0.78MPa حفظ می شود. پراکندگی به دست آمده پس از پلیمریزاسیون به غلظت معینی با آب رقیق می شود و دما به 15 تا 20 درجه سانتیگراد تنظیم می شود. پس از انباشته شدن با هم زدن مکانیکی، با آب شسته و خشک می شود، یعنی این محصول به صورت رزین دانه ریز به دست می آید.

آیا تفلون بی خطر است؟

پوشش تفلون به خودی خود بی خطر است: مواد تفلون به خودی خود غیر سمی است، تجزیه نمی شود و خطراتی برای سلامتی ایجاد نمی کند. این احتمالاً به این دلیل است که ساختار مولکولی آن اساساً در مواد شیمیایی واقعی نامحلول است، چه رسد به هضم و جذب توسط بدن انسان.

درباره ایمنی تفلون بیشتر بدانید

PTFE برای چه مواردی استفاده می شود؟

مواد PTFE کمترین کشش سطحی را در بین مواد جامد دارند و به هیچ ماده ای نمی چسبند. همچنین دارای ویژگی های مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و پایین و بی اثری شیمیایی است که آن را برای کاربردهایی مانند تولید مناسب می کند. تابه های نچسب به طور گسترده در کاربردهای ضد چسب استفاده می شوند. فرآیند ضد چسب عمدتا شامل دو نوع است: نصب ورق PTFE بر روی بستر و قرار دادن پوشش یا لاک PTFE با شیشه بر روی بستر از طریق انقباض حرارتی ترکیب شده است.

در مورد پوشش های PTFE بیشتر بدانید

اگرچه مواد PTFE هنوز مشکل سختی بالایی در جوشکاری دارند، اما با پیشرفت تکنولوژی، روش‌های سنتز جدید به زودی نقاط درد PTFE را برطرف می‌کند و PTFE را در طیف وسیع‌تری از زمینه‌ها اعمال می‌کند.