A polietrafluor -etilén (PTFE), más néven "Teflon" és "Plastic King", széles körben használják a különféle iparágakban, magas hőmérsékleti ellenállás, korrózióállóság, oldószer -ellenállás, magas szigetelés, biológiai inertitás és egyéb jellemzők miatt. A PTFE egy ágmentes polimer, amely csak két elemből áll, C és F, amelyben a fluor atomok helyettesítik a polietilén hidrogénatomokat.
1. A PTFE felépítése és tulajdonságai
1. Strukturális jellemzők
A politetrafluor -etilén a tetrafluor -etilén homopolimerje, amelyet polimerizációs módszerekkel, például szuszpenziós módszerrel, diszperziós módszerrel és emulziós módszerrel készíthetünk.
A politetrafluor -etilén egy szuper erős anyag és az egyetlen fluoroplasztikus típus, amelyet műszaki műanyagként lehet használni.
2. Fő tulajdonságok
A PTFE relatív molekulatömege nagyon nagy, tehát a relatív molekulatömegnek nincs nyilvánvaló hatása a szilárdságra, de a kristályosság jelentős hatással van a PTFE termékek merevségére, keménységére, megnyúlására és szilárdságára.
A PTFE sűrűsége körülbelül 2,2 g/cm3, a felület sima és viaszos, a vízzel való érintkezési szög pedig 114 fok -115 fok. A PTFE általában tejfehér és átlátszatlan, de a leoltott terméknek bizonyos fokú átláthatósága, szinte nincs vízelnyelése, a vízgőz és a nitrogén alacsony permeabilitása, és a növekvő sűrűséggel csökken.
A PTFE szakítószilárdsága, meghosszabbítása, elasztikus modulus, keménység, levegő permeabilitása, dielektromos szilárdsága stb. A magas formázási nyomás, a penészben történő szinterálás és a nyomás alatti hűtés csökkentheti a termék üregeit, ezáltal javítva annak mechanikai szilárdságát. A PTFE alacsony elasztikus modulussal rendelkezik, és hajlamos a kúszásra. A kúszás az oka annak, hogy a PTFE felhasználható tömítések, nyers szalagok, elasztikus szalagok stb.
A PTFE keménysége alacsony, de töltőanyagok hozzáadásával javítható.
A PTFE súrlódási együtthatója az összes szilárd anyag közül a legkisebb, és a hőmérsékleten nem változik. Statikus súrlódási együtthatója kisebb, mint a dinamikus súrlódási együttható. Ezért a PTFE csapágyak simán kezdődnek és alacsony ellenállásúak. Használhatók alacsony sebességű, nagy terhelésű csapágyakként, és alacsony sebességgel forogva zajtalanok.
A PTFE termikus vezetőképessége alacsony, amelyet fém töltőanyagok hozzáadásával megfelelően meg lehet növelni.
A PTFE olvadási pontja 327 fok, a hő deformációs hőmérséklete 50-60 fok (ISO R75 A módszer) vagy 130-140 fok (B módszer), a működési hőmérséklet -200-260 fok, és nem flambable. A PTFE -nek a legnagyobb hőstabilitása van a hőre lágyuló műanyagok között, és a {6}} fokon kevés a lebomlás, tehát nincs szükség fűtési stabilizátorra.
A polietrafluor -etilén relatív molekulatömege viszonylag nagy, százezrek és több mint 10 millió között, általában milliók (a polimerizáció mértéke 104, míg a polietilén csak 103). Az általános kristályosság 90-95%, az olvadás hőmérséklete 327-342 fok. A polietrafluor -etilén molekulában lévő CF2 egységek cikcakk alakúak. Mivel a fluoratom sugara valamivel nagyobb, mint a hidrogéné, a szomszédos CF2 egységeket nem lehet teljesen orientálni egy transz-kereszteződésben, hanem spirális csavart láncot képeznek, és a fluor-atomok majdnem lefedik az egész polimer lánc felületét. Ez a molekuláris struktúra magyarázza a polietrafluor -etilén különféle tulajdonságait.
2. A PTFE alkalmazásmezői
A PTFE a legjobb kémiai korrózióállósággal rendelkezik, tehát a leginkább korrózióellenes anyagokban használják, és széles körű alkalmazással rendelkezik; A PTFE kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, tehát szigetelő anyagként használják az elektronikus és az elektromos iparban; A PTFE kis súrlódási együtthatóval és jó kopásállósággal rendelkezik, tehát kopásálló anyagok, tolóalrészek és tömítések előállítására használják a gépiparban.
A PTFE-t széles körben használják a hidakban és az épületekben, mint rakományt hordozó tartót. Ezenkívül a PTFE -film szelektív permeabilitása szerint a kezelés után felhasználható elválasztó anyagként a gáz vagy a folyadék szelektív áthaladásához. Porózus membránja felhasználható gáz-folyadék elválasztáshoz, gázgáz-elválasztáshoz és folyadék-folyadék elválasztáshoz, és felhasználható a maró folyadékok szűrésére is. Ezenkívül a PTFE -t széles körben használják az orvosi, elektronikus és építőiparban is. Például a PTFE membránok emberi szervekként használhatók, beleértve a mesterséges ereket, a szívszelepeket stb.
1. A PTFE alkalmazása az 5G mezőben
A kommunikációs iparban általánosan alkalmazott FR4 rézpántos laminátum szubsztrát anyagként használja az epoxi gyantát, de vesztesége nagy, és nem alkalmas a magas frekvenciájú kommunikációra.
Az 5G mezőben a magas frekvenciájú rézrétegű laminátumokra vonatkozó követelmények alacsony dielektromos állandó és alacsony dielektromos veszteségi tényező, az 5G mezőnek megvan a maga tulajdonsága (mikrohullámú és milliméter hullámú alkalmazások), és magasabb követelményekkel rendelkezik a rézrétegű laminákra.
A politetrafluor -etilén gyanta jelenleg a legalacsonyabb dielektromos állandóval rendelkező polimer anyag, dielektromos tulajdonságai és dielektromos veszteségei megfelelhetnek az 5G mezőben lévő kommunikációs bázisállomások követelményeinek. Ezért a PTFE-t fokozatosan használják a nagyfrekvenciás kommunikációban, például az 5G, az űr- és a katonai iparban, és az ebből készült rézrétegű laminátumokat nagyfrekvenciás rézbolt laminátumoknak nevezzük.
Ezenkívül a PTFE-t gyakran az 5G mezőben is használják, hogy félig rugalmas koaxiális kábeleket, RF koaxiális kábeleket, radar-antenna táblákat stb.
2. A PTFE alkalmazása a hidrogén energiaiparban
A hidrogénenergia területén a PTFE -t elsősorban lúgos elektrolizálók tömítésére, valamint a PEM üzemanyagcellákban és a vízelektrolízisben a protoncserélő membránok megerősítésére használják.
Az lúgos elektrolizerekben a tömítő tömítések a fő alkatrészek, amelyek tömítés és szigetelési funkciókkal is rendelkeznek. A szivárgás az egyik fontos tényező, amely befolyásolja az lúgos elektrolizálók életét és biztonságát. A tömörítő tömítések kompressziós ellenálló képessége és kúszó relaxációja fontos mutatók a tömítő tömítések teljesítményének méréséhez. A háztartási lúgos tartály-tömítőanyagok többszörös iterációkon és korszerűsítéseken mentek keresztül, például azbeszti gumiklemezek-"Szövetek párnák egy" diafragm-tömítésben, politetrafluor-etilén (PTFE) típusú töltőbéngerek. Jelenleg a Kínában a leggyakrabban használt elektrolizátor tömítő tömítések elsősorban a PTFE típusú töltő tömítések. A PTFE -t megtelték és módosítják megerősítő töltőanyagokkal, például üvegszál, alumínium -oxid és grafit, majd öntve és szinterelve, hogy tömítő tömítéseket képezzenek.
Az üzemanyagcellákban és a PEM víz elektrolízisében a protoncserélő membránok a vékonyság felé fejlődnek, de a vékony homogén perfluoroszulfonsav membránok élettartama nem felel meg az üzemanyagcellák és a PEM vízelektrolízis igényeinek. Jelenleg az üzemanyagcellás protonmembránok a piacon gyakran kompozit protoncserélő membránok, az EPTFE -t kompozit anyagként és perfluoroszulfonsav membránként használják. A kibővített polietrafluor-etilén membrán (EPTFE) egy porózus háromdimenziós háló mikroszerkezet, mikrométerrel vagy szubmikrométer szintjével.
Jelenleg a globális EPTFE piacot néhány gyártó, például Gore, Nitto Denko és Donaldson irányítja az Egyesült Államokban. A háztartási ázsiai mikropórusos sikeresen megszakította a tengerentúli monopóliumot az EPTFE termelési technológiájának folyamatosan feltárásával és áttörésével. Az egész hazai EPTFE film azonban a közép- és alacsony kategóriájú piacokra összpontosít, és nem veszi figyelembe a csúcskategóriás piac nagy részét.
3. PTFE módosítási technológia
A polietrafluor-etilén (PTFE) jó hőállósággal, szigeteléssel, önmegkenő tulajdonságokkal, nem-gyülekezhetőséggel, nem tapadással és más kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mivel az összetételében található erős fluor-szén kötések. Ugyanakkor magas hőmérsékleti ellenállása és stabil kémiai tulajdonságai miatt képes ellenállni az "Aqua Regia" korróziónak, ezáltal elnyelve a "műanyag király" hírnevét. Széles körben használják a védelemben, a mechanikai iparban és az orvosi anyagokban, különösen a tribológia területén. Ezért a műszaki műanyagok területén a PTFE a kutatók által kedvelt anyagok egyikévé vált.
A PTFE hiányosságai, például az alacsony keménység, a könnyű kopás és a rossz kúszás ellenállás miatt azonban bizonyos korlátozásoknak vannak kitéve a tényleges alkalmazás és a termelés területén. Ezért a kutatók elkötelezték magukat azzal, hogy kiváló módszert találnak a mechanikai tulajdonságainak javítására anélkül, hogy megváltoztatnák magának a PTFE előnyeit, ezáltal kibővítve az alkalmazás mezőjét. A PTFE módosítása elsősorban más anyagokkal kombinálódik, hogy kompenzálja magát a PTFE hibáit, elsősorban a felületi módosítást, a keverési módosítást és a kitöltési módosítást. Közülük a keverési módosítás és a töltés módosítása elsősorban a kompozit anyagok előállításához használják, míg a felületi kémiai módosítás elsősorban a kötési problémákra irányul.
1. Felület módosítása
A PTFE nagyon alacsony felszíni aktivitással és kiemelkedő nem ragaszkodással rendelkezik, ami csökkenti az egyéb anyagokkal való tapadás mértékét. A felületmódosítás nemcsak javíthatja a felületi inertitását és a töltőanyagokkal való kompatibilitást, hanem javíthatja a mátrix anyag felületi aktivitását is. A PTFE felületének jelenlegi kémiai módosítása elsősorban a plazmakezelés, a sugárkezelés és a kémiai oldatkezelés. Ezek a módszerek a felszíni fluorid -ionok eltávolítására és a felszínen lévő nagyon aktív funkcionális csoportok eltávolítására szolgálnak a mátrix anyag aktivitásának javítása érdekében.
A plazma módosítása bombázza a minta nagy energiájú plazmájával rendelkező minta felületét, átadja a minta felületén lévő molekulákat, termikus maratást, térhálósítást, lebomlást és oxidációs reakciókat okoz a minta, és a minta felületén a CF-kötés és a CC-kötés a minta felületén megszakítja a mintát. Az anyag felületének alacsony hőmérsékletű plazmakezeléssel történő módosítását a plazma felületi maratás, a plazma kötés, a plazma gőzlerakódás, a plazma folyadéklerakódás és a plazma felületi oltására lehet osztani.
A nagy energiájú sugárzás oltó polimerizációt válthat ki, és bizonyos egyedi tulajdonságokat biztosíthat a polimernek, például annak hidrofilitásának javítását, biokompatibilitását, vezetőképességét stb. A kötési terület növelése. A sugárterhelésben általában használt sugárforrások közé tartoznak a gamma-sugarak, például a kobalt -60, a cézium -137 és a stroncium -90, valamint a különféle gyorsítók, például röntgencsövek, lineáris gyorsító és ciklotonok különféle típusai.
A PTFE vegyi anyagokkal kezelhető a felszíni aktivitás javítása érdekében. Ezek a vegyi anyagok magukban foglalják a nátrium-naftalin-tetrahidrofurán oldatot, a fém nátrium ammónia-oldatát, az lúgos fém amalgámot, a pentacarbonil-vasat stb. A nátrium a legkülső elektronokat a naftalin üres pályájára továbbítja, hogy anionmentes gyököket képezzen, amelyek nátriummal ionpárokat képeznek, és nagy mennyiségű rezonancia energiát szabadítanak fel; Ezután a naftalin anionokat áthelyezik a PTFE-be, megsemmisítve a CF-kötést és eltávolítva néhány fluor atomot a felületen, ezáltal karbonizált réteget és néhány poláris csoportot képezve a Pt-Fe felületén. Vannak aktív csoportok, mint például a kezelt PTFE felületén hidroxil-, karbonil- és karboxil, ami javítja a PTFE felületének kötési tulajdonságait.
2. Keverési módosítás
A keverés alapelve a hasonló feloldás elve, tehát a kevert anyagok oldhatósági értékének és felületi feszültségének hasonlónak kell lennie. A PTFE keverése más mérnöki műanyagokkal elérheti a kiegészítő előnyök célját, miközben integrálja az egyes összetevők erősségeit, ezáltal bizonyos mértékben kibővítve az alkalmazásmezőt. A keverési módosítás során a PTFE mátrix anyagként és töltőanyagként is felhasználható más polimerek megerősítésére. Itt elsősorban a polifenilén -észtert (POB), a polifenilén -szulfidot (PPS) és a polieteretont (PEEK) vezetjük be.
A POB kiváló kompressziós kúszási ellenállással és nagy keménységgel rendelkezik. A PTFE -vel való keverés pótolhatja a PTFE hiányosságait, és javíthatja a PTFE mechanikai és tribológiai tulajdonságait.
A POB -val ellentétben a PPS kiváló kopási ellenállással, oldószerállósággal, hőállósággal és könnyű gyártással rendelkezik. Széles körben használják az űrben és más területeken. Használható mátrixként a szuper hidrofób bevonatokhoz is. A PTFE előnyei vannak a potenciális biodenzitásnak, a nagy hőstabilitásnak, a nagy kémiai tehetetlenségnek, az alacsony felületi energiának és a jó önblobáló képességnek. A PPS és a PTFE keverése ideális választás a hidrofób bevonatok tribológiai tulajdonságainak javításához.
A PEEK és a PTFE egyaránt a mátrix anyagok, szilárd kenő kompozitokban. Cai Zhenjie et al. Készített PTFE-módosított Peek kompozitok és megvizsgálták a mechanikai tulajdonságokat és a kopási mechanizmust. Ha a PTFE mikropowder tömegfrakciója 5%, akkor a súrlódási együtthatót 0. 35 -ről kb. Ez a kompozit anyag nemcsak a mechanikai területen, hanem az orvosi területen is felhasználható.
A keverés módosítása egyszerűbb és szennyezésmentes, mint a felszíni kémiai módosítás, de általában csak polimerekkel módosítják, ami korlátozza a szervetlen töltőanyagok, például fémek, kerámia és szálak hozzáadását, ami korlátozott teljesítményt eredményez az összetett anyagok szilárdságának, keménységének és hővezető képességének javításában. Ezenkívül a PTFE magas tehetetlensége miatt kevésbé kompatibilis más polimerekkel. A felületet a módosítási folyamat során a módosítás előtt kell kezelni a felületet, vagy néhány speciális alkatrészt hozzá kell adni a kompatibilitás javítása érdekében.
3. kitöltési módosítás
A módosított PTFE kitöltése egy egyszerű és hatékony módszer. A töltőanyagok és adalékanyagok hozzáadása jelentősen javíthatja a PTFE mechanikai tulajdonságait, különösen a kúszást és a kopási sebességet. A leggyakrabban használt töltőanyagok közé tartozik az üvegszál, a szénszál, a grafit, a molibdén -diszulfid, a bronz, acél stb.
A grafit jó szilárd kenőanyag. A grafit kitöltése a PTFE -ben nemcsak jelentősen csökkentheti a PTFE kompozitok kopását, hanem javíthatja a PTFE hővezető képességét és rossz kompressziós kúszását is.
A molibdén -diszulfid (MOS2) alacsonyabb súrlódási együtthatója van, mint a grafit, és stabil jellegű, tehát széles körben használják. Az MOS2 ára azonban nagyon magas. A volfrám -diszulfid (WS2) teljesítménye nem különbözik a MOS2 -től, de a WS2 jobb száraz súrlódási teljesítményt mutat. A MOS2 és a WS2 javíthatja a kompozit anyagok súrlódási stabilitását és kopásállóságát, miközben javítja a mechanikai tulajdonságokat. A tiszta PTFE -vel összehasonlítva a WS2 -töltés súrlódási stabilitása körülbelül 33,3%-kal javítható. Ha a kompozit tölteléket használják, a kopásállóság 2,3% -kal javítható az egyetlen töltelékhez képest.
A szénszál (CF) nagy specifikus szilárdságú, nagy modulus, alacsony sűrűség, kiváló kopási ellenállás és kúszó tulajdonságok. A szénszál elengedhetetlen a kúszó, a keménység növeléséhez, a rugalmasság és a kompressziós modulus növeléséhez. A szénszálas vegyületekkel kevert politetrafluor -etilén nagy hővezetőképességgel és alacsony termikus tágulási együtthatóval rendelkezik. A szénszál inert az erős lúghoz és a hidrofluorinsavhoz (az üvegszál képes elviselni ezt a két savat). Ezek az alkatrészek nagyon alkalmasak olyan autóalkatrészek gyártására, mint például a lengéscsillapítók.
A GF -et mindig is az ipari súrlódási anyagok előállítása támogatta, nagy szilárdságának, magas modulusának és viszonylag alacsony árának köszönhetően, és szélesebb körben használják, mint a CF a polimer töltés és módosítás területén.
A kálium -titanát pofaszakusz (PTW) sokkal jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint az általánosan használt GF, CF stb., Egyedi, magasan rendezett kristályszerkezete miatt. A PTW hozzáadása nagymértékben javíthatja a kompozit anyag szilárdságát és kopásállóságát, miközben javítja a kompozit anyag merevségét és szilárdságát, mind erősítve, Noha a PTW kitöltési és módosítási hatása jobb, mint a GF és a CF, a PTW és a mátrix anyag közötti kompatibilitást tovább kell javítani.
A Bronztal töltött PTFE, ez a vegyület kiváló hővezető képességgel és elektromos vezetőképességgel rendelkezik, így nagyon alkalmas a szélsőséges terhelésekkel és hőmérsékletekkel.
Iv. A PTFE összefoglalása
A PTFE kiváló átfogó tulajdonságokkal rendelkezik, és a legszélesebb körben használt fajta a fluoroplasztika körében, egyre fontosabb szerepet játszik. A tudomány és a technológia fejlődésével a Pure PTFE már nem felel meg a piaci keresletnek, tehát elkerülhetetlen tendenciává vált a PTFE, elsősorban a felületmódosítás, a keverés és a kitöltési módosítás módosítása. Jelenleg Kína a PTFE egyik fő termelőjévé vált, és alapvetően elsajátította a módosított PTFE öntési és feldolgozási módszereit. A külföldi országokhoz képest azonban továbbra is nagy a szakadék a technológiában és a termékminőségben. Ezért a módosított PTFE kutatását, feldolgozását és alkalmazását, valamint a tribológiai viselkedést és a mechanizmust különböző munkakörülmények mellett tovább kell vizsgálni.
