Політетрафторетилен (PTFE) — полімер вуглецю та фтору. Цей матеріал має найвідомішу назву: тефлон.
Властивості PTFE включають:
Відмінні механічні властивості (<1%)
Хімічна інертність Стійкість до корозії
Термостійкість
Найнижчі коефіцієнти тертя
Антипригарні властивості (витримує тривалі високі температури 500°f (260°c))
Зносостійкість
Висока температура плавлення
Чудові властивості PTFE надають йому широкий спектр застосування, і він найчастіше використовується як антипригарне покриття для посуду. Краща зносостійкість PTFE дозволяє поєднувати його з різними матеріалами за допомогою емульсійної полімеризації або суспензійної полімеризації для отримання високотермостійких промислових виробів із чудовими механічними властивостями, таких як ізоляція дроту, харчові конвеєрні стрічки, гнучкі антипригарні тканини тощо.
![2]()
Політетрафторетилен був відкритий у 1938 році. Спочатку його відкрив американський хімік Рой Дж. Планкетт (1910–1994), коли він намагався створити новий холодоагент, що складається з вуглецю та фтору. Люди того часу не подумали б про цей звичайний продукт. Дивні каталізатори впливатимуть на всі аспекти світу.
У 1941 році DuPont отримав патент на цей продукт і зареєстрував торгову марку під назвою 'Teflon' в 1944 році.
В даний час політетрафторетилен знайшов широке застосування в багатьох сферах виробництва і побуту. У сфері громадського харчування широко використовується посуд з тефлоновим покриттям; у швейній промисловості верхній холодостійкий одяг від таких брендів, як HELIKON і Carinthia, використовує PTFE як покриття або зовнішній шар. , щоб досягти здатності витримувати сильний холод до -30°C; у військовій сфері матеріали з ПТФЕ з низькими втратами, чудовими діелектричними властивостями, хорошою консистенцією, стабільними хімічними властивостями та майже відсутністю поглинання вологи широко використовуються у високочастотних радарних панелях. У медичній сфері матеріали PTFE також широко використовуються в штучних частинах тіла.
![3]()
PTFE означає політетрафторетилен, хімічний термін для полімеру (C2F4)n.
Цей матеріал зазвичай відноситься до будь-якого фірмового синтетичного фторполімеру PTFE. Основні характеристики політетрафторетилену наступні:
Максимальна робоча температура (°F /°C): 500/260
Міцність на розрив (PSI): 4000
Діелектрична проникність (кВ/міл): 3,7
Пропорція: 2,16
Подовження при розриві: 350%
Твердість за Шором D: 54
Широко використовуваний синтетичний фторполімер PTFE політетрафторетилен із зазначеними вище характеристиками вже має незліченну кількість брендів, основні бренди такі:
![4]()
Політетрафторетилен — це лінійний полімер, що складається з атомів вуглецю (C) і фтору (F) з хімічною формулою (C2F4)n, де n — кількість мономерних ланок.
Структура PTFE може бути виражена як: -CF2-CF2-CF2-CF2-
Довгий ланцюг молекул PTFE складається з атомів вуглецю, кожен з яких пов'язаний з двома атомами фтору.
Атоми фтору майже покривають поверхню атомів вуглецю спірального полімерного ланцюга. Атоми вуглецю утворюють головний ланцюг полімерного ланцюга. Атоми фтору утворюють щитоподібну структуру навколо атомів вуглецю, яка добре захищає внутрішні атоми вуглецю.
Таке унікальне розташування атомів надає PTFE його виняткові властивості. Ця молекулярна структура сприяє неперевершеним фізичним і хімічним властивостям PTFE.
Що таке тефлоновий матеріал?
Тефлон — це термопластичний фторполімер, а абревіатура тефлону — PTFE (політетрафторетилен).
Тефлон є торговою маркою Chemours, однак PTFE також можна придбати в інших компаніях, крім Chemours.
Тефлон є популярним матеріалом через низьке тертя, стійкість до високих температур і хімічну стійкість.
Звичайно, тефлон - це полімерний матеріал, полімеризований з тетрафторетилену, і є різновидом перфторованого матеріалу. Його хімічна назва - політетрафторетилен (PTFE).
Хімічна структура тефлону дуже унікальна. Молекулярна структура полягає в тому, що F (атоми фтору) замінює всі H (атоми водню) у ланцюзі C. У той же час, оскільки радіус атома фтору набагато більший за радіус атома вуглецю, відштовхування між атомами дуже велике, тому воно не буде, як атоми водню, вони можуть розташовуватися в площині, тому атоми фтору майже спиралеподібно обертають атоми вуглецю, так що зовнішній світ може контактувати лише з відносно інертними атомами фтору.
Завдяки сильному бар’єру для атомів фтору структура тефлонового полімеру є відносно стабільною порівняно з іншими матеріалами.
![11]()
PTFE - це полімер, полімеризований з мономеру тетрафторетилену. Це прозорий або непрозорий віск, схожий на PE. Його щільність становить 2,2 г/см3, а коефіцієнт водопоглинання менше 0,01%.
Хімічна структура полімеру PTFE подібна до поліетилену, за винятком того, що всі атоми водню в поліетилені замінені атомами фтору. Завдяки високій енергії зв’язку та стабільній роботі зв’язку CF він має чудову стійкість до хімічної корозії та може протистояти всім сильним кислотам (включно з царською горілкою), за винятком розплавлених лужних металів, окисних середовищ і гідроксиду натрію вище 300°C. А також вплив сильних окислювачів, відновників і різних органічних розчинників.
Атом F у молекулі PTFE є симетричним, а два елементи у зв’язку CF мають ковалентний зв’язок. У молекулі немає вільних електронів, тому вся молекула нейтральна. Тому він має чудові діелектричні властивості, а його електрична ізоляція не піддається впливу навколишнього середовища та частоти.
Фізичні властивості тефлону
![512d5f3d-ff78-42ae-94a2-cbe31e9b4dda]()
Його питомий об'ємний опір перевищує 1017, його діелектричні втрати невеликі, його пробивна напруга висока, його опір дузі хороший, і він може працювати в електричному середовищі 250 °C. Оскільки в молекулярній структурі PTFE немає водневих зв’язків, структура є симетричною, тому його кристалізація. Ступінь кристалізації дуже високий (зазвичай кристалічність становить 55% ~ 75%, іноді до 94%), що робить PTFE надзвичайно термостійким. Його температура плавлення становить 324°C, температура розкладання — 415°C, а максимальна температура використання — 250°C. Він крихкий. Температура -190°C, а температура теплової деформації (за умов 0,46 МПа) становить 120C.
Тефлоновий матеріал має хороші механічні властивості. Його міцність на розрив становить 21~28 МПа, міцність на вигин — 11~14 МПа, подовження — 250%~300%, а його коефіцієнти динамічного та статичного тертя по сталі — 0,04, що краще, ніж у нейлону, поліформальдегіду та поліетилену. Коефіцієнт тертя холодних пластмас малий.
Чистий PTFE має низьку міцність, низьку зносостійкість і слабку стійкість до повзучості. Зазвичай до полімеру PTFE необхідно додати деякі неорганічні частинки, такі як графіт, дисульфідна група, оксид алюмінію, скловолокно, вуглецеве волокно тощо, щоб покращити його механічні властивості. , а також може бути розширений шляхом взаємодії з іншими полімерами, такими як поліфенілаза (PHB), поліфеніленсульфід (PFS), поліетиленгліколь (PEEK), сополімер поліетилену/пропілену (PFEP) тощо. Його діапазон температур демпфування, покращуючи його стійкість до змін.
![c4a261ee-9d7a-40cb-a84e-357d7ac5cda2]()
Виробничий процес використовує хлороформ як сировину, використовує безводну плавикову кислоту для фторування хлороформу, температура реакції вище 65ºC, використовує пентахлорид сурми як каталізатор і, нарешті, використовує термічний крекінг для отримання тетрафторетилену.
Аокай виробляють за допомогою суспензійної або емульсійної полімеризації.
Одержання мономеру тетрафторетилену
У промисловості хлороформ використовується як сировина, безводна плавикова кислота використовується для фторування хлороформу, температура реакції вище 65ºC, пентахлорид сурми використовується як каталізатор, і, нарешті, тетрафторетилен виробляється шляхом термічного крекінгу. Тетрафторетилен також можна отримати шляхом взаємодії цинку з тетрафтордихлоретаном при високих температурах.
Отримання політетрафторетилену
У полімеризаційному котлі з емалі або нержавіючої сталі вода використовується як середовище, персульфат калію використовується як ініціатор, перфторкарбонова кислота амонієва сіль використовується як диспергатор, фторвуглець використовується як стабілізатор, а тетрафторетилен піддається окислювально-відновній полімеризації для отримання тонкого порошкоподібного поліетилену. Тетрафторетилен.
Додайте різні добавки в реакційний котел, і мономер тетрафторетилену надходить у котел для полімеризації в газовій фазі. Відрегулюйте температуру в чайнику до 25°C, потім додайте певну кількість активатора (метабісульфіту натрію), щоб ініціювати полімеризацію через окисно-відновну систему. Під час процесу полімеризації мономери безперервно додаються, а тиск полімеризації підтримується на рівні 0,49~0,78 МПа. Отриману після полімеризації дисперсію розбавляють водою до певної концентрації, а температуру доводять до 15~20ºC. Після агрегування з механічним перемішуванням його промивають водою і сушать, тобто цей продукт виходить у вигляді дрібнозернистої смоли.
Тефлонове покриття саме по собі безпечне: тефлоновий матеріал сам по собі нетоксичний, не розкладається та не завдасть шкоди здоров’ю. Ймовірно, це тому, що його молекулярна структура в основному нерозчинна в реальних хімічних речовинах, не кажучи вже про перетравлення та поглинання людським організмом.
Дізнайтеся більше про тефлонову безпеку
Для чого використовується PTFE?
![464d0c72-03f1-477a-8aa7-525162f89fec]()
Завдяки унікальним властивостям PTFE він широко використовується в промислових і морських операціях, таких як хімічна промисловість, нафтова, текстильна, харчова, паперова, медицина, електроніка та машини.
Застосування політетрафторетилену (PTFE) для захисту від корозії:
Через дефекти корозійної стійкості гуми, скла, металевих сплавів та інших матеріалів важко зустрітися в суворому середовищі, де температура, тиск і хімічні середовища співіснують, і результуючі втрати є досить тривожними. У той час як PTFE матеріал має чудову стійкість до корозії, політетрафторетилен використовує основні корозійно-стійкі матеріали в нафтовій, хімічній, текстильній та інших галузях промисловості.
Специфічні сфери застосування включають: труби подачі, вихлопні труби, парові труби для транспортування корозійних газів, масляні труби високого тиску для прокатних станів, труби високого, середнього та низького тиску для гідравлічних систем літаків і систем холодного пресування, дистиляційні башти, теплообмінники, котли, башти та резервуари. Ефективність ущільнень хімічного обладнання, таких як футеровка та клапани, має великий вплив на ефективність і продуктивність усієї машини та обладнання. PTFE-матеріал має корозійну стійкість, стійкість до старіння, низький коефіцієнт тертя та відсутність липкості, широкий температурний діапазон і хорошу еластичність, що робить його дуже придатним для виготовлення ущільнень з високими вимогами до корозійної стійкості та робочих температур вище 100°. Такі як ущільнення для рифлених фланців машин, теплообмінників, посудин високого тиску, посудин великого діаметру, клапанів і насосів, ущільнень для скляних реакційних ванн, плоских фланців, фланців великого діаметра, валів, поршневих штоків, стрижнів клапанів, черв'ячних насосів, ущільнень рульової тяги тощо.
2. Політетрафторетилен (PTFE) має низькі показники тертя і використовується для навантажень.
Частини тертя деякого обладнання непридатні для змащування, наприклад, у ситуаціях, коли мастило розчиняється розчинниками та стає неефективним, або у виробництві паперу, фармацевтичних препаратів, харчових продуктів, текстилю тощо. У промислових продуктах необхідно уникати забруднення мастилом, що робить матеріали з наповненим PTFE найбільш ідеальним матеріалом для безмасляного змащування (безпосереднє навантаження) деталей механічного обладнання. Це тому, що коефіцієнт тертя цього матеріалу найнижчий серед відомих твердих матеріалів. Його конкретне використання включає підшипники для хімічного обладнання, машин для виготовлення паперу та сільськогосподарських машин, як поршневі кільця, напрямні рейки верстатів і напрямні кільця. Вони широко використовуються в проектах цивільного будівництва як опорні ковзани для мостів, ферм даху сталевих конструкцій тунелів, великих хімічних трубопроводів і резервуарів для зберігання. Блоки, а також використовуються як мостові опори та мостові вертлюги та ін.
3. Застосування політетрафторетилену (PTFE) в електронних та електричних додатках.
Властиві низькі втрати та мала діелектрична проникність матеріалів PTFE дозволяють виготовляти з них емальовані дроти для використання в мікродвигунах, термопарах, пристроях керування тощо. Електроізоляційна плівка PTFE Це ідеальний ізоляційний матеріал для виробництва конденсаторів, радіоізоляційних вкладишів, ізольованих кабелів, двигунів і трансформаторів. Це також один із незамінних матеріалів для промислових електронних компонентів, таких як аерокосмічна та аерокосмічна промисловість. Використання фторопластових плівок має високу проникність для кисню і високу проникність для водяної пари. Цю селективну проникність малої проникності можна використовувати для виготовлення датчиків кисню. Характеристики фторопласту, що викликають відхилення полярного заряду під дією високої температури і високого тиску, можна використовувати для виготовлення мікрофонів, динаміків, деталей роботів тощо, а також використовувати їх низьке заломлення. Характеристики високої ефективності можуть зробити оптичні волокна.
4. Застосування політетрафторетилену (ПТФЕ) в медичній медицині.
Розширений PTFE матеріал є чисто інертним і має дуже сильну біологічну адаптивність. Він не викличе відторгнення організмом і не має фізіологічних побічних ефектів на організм людини. Його можна стерилізувати будь-яким способом. Його мікропориста структура дозволяє використовувати його в різноманітних реабілітаційних рішеннях, включаючи штучні кровоносні судини та пластирі для регенерації м’яких тканин і хірургічні шви для судинних, серцевих, загальних та ортопедичних операцій.
5. Застосування антипригарних властивостей політетрафторетилену (PTFE).
![6317fdf3-a8d8-4046-be60-c2e8c646059d]()
Матеріал PTFE має найменший поверхневий натяг серед твердих матеріалів і не прилипає до жодної речовини. Він також має характеристики стійкості до високих і низьких температур і хімічної інертності, що робить його придатним для таких застосувань, як виробництво. Сковороди з антипригарним покриттям широко використовуються для захисту від пригарання. Антиадгезійний процес в основному включає два типи: встановлення листа PTFE на підкладку та розміщення PTFE-покриття або лак, нанесений на підкладку зі склом через термоусадку.
Дізнайтеся більше про покриття PTFE
Незважаючи на те, що PTFE матеріали все ще мають проблеми з високою складністю при зварюванні, з розвитком технологій нові методи синтезу незабаром вирішать проблеми PTFE та застосують PTFE у більш широкому діапазоні областей.
