Politetrafluoroetilen (PTFE), poznat i kao "teflon" i "plastični kralj", široko se koristi u raznim industrijama zbog visokotemperaturne otpornosti, otpornosti na koroziju, otpornost na otapala, visoku izolaciju, biološku inostranstvo i druge karakteristike. PTFE je polimer bez podružnice koji se sastoji od samo dva elementa, c i f, u kojim fluorinskim atomima zamjenjuju polietilen hidrogen atome.
1. Struktura i svojstva PTFE-a
1. Strukturne karakteristike
Polytetrafluoroetilen je homopolimer tetrafluoroetilena koji se mogu pripremiti metodama polimerizacije kao što su metoda suspenzije, disperzijskog metoda i metoda emulzije.
Polytetrafluoroetilen je super jaki materijal i jedina vrsta fluoroplastike koja se može koristiti kao inženjerska plastika.
2. Glavna svojstva
Relativna molekularna težina PTFE-a je vrlo velika, tako da relativna molekularna težina nema očigledan učinak na snagu, ali kristalnost ima značajan utjecaj na krutost, žilavost, izduženje i jačinu PTFE proizvoda.
Gustoća PTFE-a je oko 2,2 g \/ cm3, površina je glatka i voštana, a kontaktni ugao sa vodom je 114 stepena {{4} stupanj. PTFE je obično mliječno bijelo i neprozirno, ali gadan proizvod ima određeni stupanj transparentnosti, gotovo da nema apsorpcije vode, niske propusnosti za vodenu paru i azotu i smanjuje se s povećanjem gustoće.
Zatezna snaga, izduženje, elastični modul, tvrdoća, propusnost zraka, dielektrična čvrstoća, itd. PTFE-a svi su povezani sa uvjetima obrade poput tlaka za oblikovanje, tempiranje i vrijeme hlađenja, jer uvjeti obrade utječu na poroznost i kristalnost proizvoda. Visok pritisak oblijevanja, sinterovanje u kalupu i hlađenje pod pritiskom može umanjiti praznine u proizvodu, čime se poboljšava njenu mehaničku čvrstoću. PTFE ima nizak elastični modul i sklon je puzanju. Puzanje je razlog zbog kojeg se PTFE može koristiti za brtvljenje u brtvama, sirovim trakama, elastičnim trakama itd.
Tvrdoća PTFE je mala, ali može se poboljšati dodavanjem punila.
Koeficijent trenja PTFE je najmanji među svim čvrstim materijalima i ne mijenja se temperaturom. Njegov statički koeficijent trenja manji je od dinamičkog koeficijenta trenja. Stoga se ležajevi PTFE glatko pokreću i imaju malu otpornost. Mogu se koristiti kao male brzine visokog opterećenja i bezobrazni su kada se okreću pri malim brzinama.
Termička provodljivost PTFE je mala, koja se može na odgovarajući način povećavati dodavanjem metalnih punila.
Talište PTFE-a je 327 stepeni, temperatura deformacije toplote je 50-60 stepen (ISO R75 metoda) ili -200-260 stepen (B metoda), radna temperatura je -200-260 diploma, a to je nehlaljivo. PTFE ima najveću toplinsku stabilnost među termoplastikom, a malo je degradacije u 204-327 stepeni, tako da nije potreban stabilizator grijanja.
Relativna molekularna masa politetrafluoroetilena relativno je velika, u rasponu od stotina hiljada do više od 10 miliona, uglavnom milioni (stepen polimerizacije je u redoslijedu 104, dok je polietilen samo 1033). Opći kristalnost je 90-95%, a temperatura topljenja je 327-342 stepen. CF2 jedinice u politetrafluoroetilenu molekule raspoređene su u cikznom obliku. Budući da je polumjer atoma fluora nešto veći od vodika, susjedne jedinice CF2 ne mogu biti u potpunosti orijentirane u prekoračunu orijentaciju, ali formiraju spiralni upleteni lanac, a atomi fluora gotovo prekrivaju površinu cijelog polimernog lanca. Ova molekularna struktura objašnjava različita svojstva politetrafluoroetilena.
2. Primjena polja PTFE-a
PTFE ima najbolju otpornost na hemijsku koroziju, tako da se najviše koristi u antikorozivnom materijalu i ima širok spektar primjene; PTFE ima izvrsna električna svojstva, tako da se koristi kao izolacijski materijal u elektroničkoj i električnoj industriji; PTFE ima mali koeficijent trenja i dobru otpornost na habanje, pa se koristi za pravljenje materijala otpornih na habanje, klizne dijelove i brtve u industriji strojeva.
PTFE se široko koristi u mostovima i zgradama kao nosivost. Pored toga, prema selektivnoj propusnosti PTFE filma Nakon tretmana, može se koristiti kao materijal za odvajanje za selektivno prolazak kroz plin ili tekućinu. Njegova porozna membrana može se koristiti za odvajanje plina, odvajanje plina i odvajanje tečnosti i tekućih tečnosti, a mogu se koristiti i za filtriranje korozivnih tečnosti. Pored toga, PTFE se takođe široko koristi u medicinskoj, elektroničkoj i građevinskoj industriji. Na primjer, PTFE membrane mogu se koristiti kao ljudski organi, uključujući umjetne krvne žile, srčane ventile itd.
1. Primjena PTFE-a u polje 5g
FR4 bakar-obložen laminat koji se obično koristi u komunikacijskoj industriji koristi epoksidnu smolu kao materijal podloge, ali njegov gubitak je velik i nije pogodan za visokofrekventnu komunikaciju.
Zahtjevi za visokofrekventno kopče laminate u 5G polju su niski dielektrični konstantni i niski dielektrični faktor gubitka, a 5G polje ima svoje karakteristike (mikrovalne i milimetarske valne aplikacije) i ima veće zahtjeve za laminate bakra.
Polytetrafluoroetilenska smola je trenutno polimernog materijala s najnižom dielektričnom konstantom, a njena dielektrična svojstva i dielektrični gubitak mogu udovoljiti zahtjevima komunikacijskih baznih stanica u polju 5G. Stoga se PTFE postepeno koristi u visokim frekvencijskim komunikacijama kao što su 5G, zrakoplovstvo i vojnu industriju, a laminate bakra naziva se od njega naziva se visokofrekventnim laminacijama bakra.
Pored toga, PTFE se takođe često koristi u 5G polju da bi se napravio polu-fleksibilne koaksijalne kablove, RF koaksijalne kablove, radarske antenske ploče itd.
2. Primjena PTFE-a u industriji vodonika
U području vodonika energije, PTFE se uglavnom koristi za brtvljenje alkalnih elektrolijeza, kao i za jačanje membrana za razmjenu protona u pumljivim stanicama za gorivo i vodenu elektrolizu.
U alkalnim elektrolizovima, brtvene brtve su glavne komponente koje imaju i zaptivanje i izolacijske funkcije. Propuštanje je jedan od važnih faktora koji utječu na život i sigurnost alkalnih elektrolizatora. Otpornost na kompresiju i opuštanje puzanja brtvenih brtva važni su pokazatelji za mjerenje performansi brtvenih brtva. Domaći alkalni materijali za brtvljenje rezervoara su pretrpjeli više iteracija i nadogradnje poput azbestnih gumenih listova - "tkanine jastučići u jednom" dijafragme brtve-polytetrafluoroetilen (PTFE) tipa za punjenje brtve. Trenutno je obično korištena brtve za brtvljenje elektrolizera u Kini uglavnom PTFE tipke za punjenje. PTFE je ispunjen i modificiran s jačajućim punilima kao što su staklena vlakna, alumina i grafit, a zatim oblikovani i sinterzirani za oblikovanje brtvenih brtva.
U gorivnim ćelijama i PEM vodenom elektrolizom, membrane za razmjenu protona razvijaju se za tankosti, ali život tanko homogene perfluorozolfoničke membrane ne mogu ispuniti zahtjeve gorivnih ćelija i PEM vodene elektrolize. Trenutno su membrane protona gorivnih ćelija na tržištu često kompozitne membrane za razmjenu protona, koristeći EPTFE kao kompozitnu membranu sa kompozitnom i perfluorosulfonskom kiselinom. Proširena politetrafluoroetilenska membrana (EPTFE) je porozna trodimenzionalna mrežna mikrostruktura s mikromerom ili nivoom podmenikometrom.
Trenutno, globalna EPTFE tržište kontrolira nekoliko proizvođača poput Gore, Nitto Denko i Donaldson u Sjedinjenim Državama. Domaća Pane Asia Microporoz uspješno je prekinula prekomorski monopol neprekidno istraživanjem i probijanjem kroz tehnologiju proizvodnje EPTFE. Međutim, cjelokupni domaći EPTFE film fokusiran je na tržišta srednje i niske krajnje i ne čini veliki udio visokog tržišta vrhunskog tržišta.
3. PTFE Modifikacija tehnologija
Politetrafluoroetilen (PTFE) ima dobru otpornost na toplinu, izolaciju, samopodloga svojstva, ne-zapaljivost, necipljenje i druga izvrsna svojstva zbog jakih obveznica fluor-ugljika sadržanih u svom sastavu. Istovremeno, zbog njegove visokotemperaturne otpornosti i stabilnih hemijskih svojstava, on ima mogućnost oduprijeti se koroziji "Aqua Regia", čime se ugleda "kralja plastike". Široko se koristi u odbrani, mehaničkoj industriji i medicinskim materijalima, posebno u oblasti Tribologije. Stoga je na polju inženjerske plastike, PTFE postao jedan od materijala koji su pogonili istraživači.
Međutim, zbog nedostataka PTFE-a kao što su male tvrdoće, jednostavno trošenje i loša otpornost na puzanje, podložna je određenim ograničenjima u stvarnoj primjeni i proizvodnji. Stoga su istraživači posvećeni pronalaženju odlične metode za poboljšanje svojih mehaničkih svojstava bez promjene prednosti samog PTFE-a, čime širi svoje polje aplikacije. Modifikacija PTFE-a uglavnom je kombinirati s drugim materijalima za nadoknadu same nedostataka PTFE-a, uglavnom uključujući i površinske modifikacije, modifikaciju za miješanje i izmjenu punjenja. Među njima, modifikacija i modifikacija za punjenje i punjenje uglavnom se koriste u pripremi kompozitnih materijala, dok se površinska hemijska modifikacija uglavnom usmjerava na probleme vezanja.
1. Površinska modifikacija
PTFE ima vrlo nisku površinsku aktivnost i izvanrednu nepropusnost, što smanjuje stupanj adhezije s drugim materijalima. Površinska modifikacija ne samo da ne može poboljšati svoju površinu i kompatibilnost sa punilima, već i poboljšati površinsku aktivnost matričnog materijala. Trenutna hemijska modifikacija PTFE površine uglavnom je tretman plazme, obrada zračenja i liječenje hemijskog rješenja. Ove metode su ukloniti jone površinskih fluora i graft visoko aktivne funkcionalne grupe na površini kako bi se postigla svrha poboljšanja aktivnosti matričnog materijala.
Modifikacija u plazmi podvuče površinu uzorka s visokoenergetskim plazmom, prenosi energiju na površinu uzorka, uzrokuje da se priključi u uzorak, razgradnju i oksidacijsku vezu na površini uzorka, generiraju veliki broj slobodnih radikala ili uvode određene polarne grupe, na taj način optimizirajući performanse površine uzorka. Modifikacija površine materijala po malo temperaturnoj plazmi može se podijeliti u površinu u plazmi, plazma lijepljenje, taloženje pare plazme, taloženje plazme tekućine i cijepljenje površine plazme.
Visoko energetsko zračenje može pokrenuti polimerizaciju graffta i davati polimeru, poput poboljšanja hidrofilnosti, provodljivosti, provodljivosti itd. Zračna ptfe površina, poput akrilne kiseline, akrilamida, stirena i stirena \/ malericnog anhidrida za formiranje cijepljenog polimera koji je lako Bond, čineći površinu PTFE-a grubo i povećanje vezenog područja. Obično korišteni izvori zračenja u cijepljenju zračenja uključuju gama zrake poput kobalta -60, cesijum -137 i strontijum -90, kao i razne vrste akceleratora, kao što su rendgenske ekipe, linearni akceleratori i ciklotroni.
PTFE se može tretirati hemikalijama za poboljšanje njegove površinske aktivnosti. Te hemikalije uključuju rastvor natrijum-naftalene, amonijak otopina metalnog metalnog natrijuma, pentacarbonyl gvožđe otopina itd. Natrijum-naftalenski rješenje za liječenje dobiva se rastvaranjem ili nafterovim količinama natrijuma kao što su tetrahidrofuran i etilen glikol dimetil eter. Natrijum prenosi najudaljenije elektrone na praznu orbitu naftalena kako bi se formirao anion slobodne radikale, koji zatim formiraju ionske parove sa natrijumom i oslobađaju veliku količinu energije rezonancije; Tada se naftalene anioni prenose na PTFE, uništavajući CF Bond i uklanjajući neke atome fluora na površini, čime se čine karbonizirani sloj i neke polarne grupe na PT-FE površini. Postoje aktivne grupe kao što su hidroksil, karbonil i karboksil na površini tretiranog PTFE-a, što poboljšava svojstva vezanja PTFE površine.
2. Modifikacija za miješanje
Osnovni princip miješanja je princip poput rastvaranja, tako da vrijednost rastvorljivosti i površinske napetosti miješanih materijala moraju biti slični. PTFE miješanja s drugim inženjerskim plastikom može postići svrhu komplementarnih prednosti, integrirajući snage svake komponente, čime se širi polje aplikacije u određenoj mjeri. U modifikaciji za miješanje, PTFE se može koristiti kao matrični materijal i punilo za ojačanje drugih polimera. Ovdje uglavnom uvodemo polifenilen ester (POB), polifenilen sulfid (PPS) i polieterherkenej (PEEK).
Pob ima odličnu otpornost na pritisak i visoku tvrdoću. Slanjem sa PTFE-om može nadoknaditi nedostatke PTFE-a i poboljšati mehanička i tribološka svojstva PTFE-a.
Za razliku od PB, PPS ima odličnu otpornost na habanje, otpornost na otapala, otpornost na toplinu i jednostavnu proizvodnju. Široko se koristi u zrakoplovnoj i drugoj poljima. Može se koristiti i kao matrica za super hidrofobne premaze. PTFE ima prednosti potencijalne bioložnosti, visoke toplotne stabilnosti, visoke hemijske inertne, niske površinske energije i dobre sposobnosti samo-podmazivanja. PP PP PPFE idealan je izbor za poboljšanje triboloških svojstava hidrofobnih premaza.
Peek i PTFE su i zajednički matrični materijali u čvrstom podmazivom kompozitu. Cai Zhenjie i dr. Pripremili su PTFE modificirane za modificirane kompozite i proučavao mehanička svojstva i mehanizam za habanje. Kada je masovni frakcija PTFE mikropova 5%, koeficijent trenja je smanjen iz 0. 35 na oko 0. 3, a jačina koda je minimizirana. Ovaj kompozitni materijal može se koristiti ne samo u mehaničkom polju, već i u medicinskom polju.
Modifikacija za miješanje je jednostavnije i zagađenje od površinske hemijske modifikacije, ali je uglavnom modificirano samo polimerima, što ograničava dodavanje anorganskih punila poput metala, keramike i vlakana, što rezultira ograničenim performansama u poboljšanju snage, tvrdoće i toplotne provodljivosti kompozitnih materijala. Pored toga, visoka inertnost PTFE-a čini je manje kompatibilnom s drugim polimerima. Površinu se treba tretirati prije nego što modificiraju ili neke određene komponente trebaju biti dodane tokom postupka modifikacije za poboljšanje kompatibilnosti.
3. Modifikacija punjenja
Modificirani PTFE je jednostavna i efikasna metoda. Dodavanje punila i aditiva može značajno poboljšati mehanička svojstva PTFE-a, posebno puzanja i habanja. Najčešće korišteni punila uključuju staklena vlakna, karbonska vlakna, grafit, molibden od disulfid, bronza, čelik itd.
Grafit je dobro čvrsto mazivo. Grafit za punjenje u PTFE ne samo u velikoj mjeri ne može umanjiti habanje PTFE komposova, već i poboljšati toplotnu provodljivost i lošu puzanje kompresije PTFE.
Molibden disulfid (MOS2) ima niži koeficijent trenja od grafita i stabilan je u prirodi, tako da se široko koristi. Međutim, cijena MOS2 je vrlo visoka. Izvedba volframovog disulfida (WS2) nije mnogo drugačija od mos2, ali WS2 ima bolje performanse suvog trenja. MoS2 i WS2 mogu poboljšati stabilnost trenja i otpornost na složene materijale uz poboljšanje mehaničkih svojstava. U usporedbi s čistom PTFE-u, stabilnost trenja WS2 punjenja može se poboljšati za oko 33,3%. Ako se koristi kompozitno punjenje, otpornost na habanje može se poboljšati za 2,3% u odnosu na jedinstveno punjenje.
Ugljični vlakno (CF) ima visoku specifičnu čvrstoću, visoki modul, nisku gustoću, odličnu otpornost na habanje i svojstva puzanja. Ugljična vlakna je neophodna za smanjenje puzanja, povećanje tvrdoće, povećanje fleksibilnosti i modula kompresije. Politetrafluoroetilen pomiješani sa ugljičnim vlaknama ima visoku toplotnu provodljivost i nizak toplotni koeficijent ekspanzije. Ugljična vlakna je inertna do jake alkalije i hidrofluorinske kiseline (staklena vlakna mogu tolerirati ove dvije kiseline). Ovi dijelovi su vrlo pogodni za proizvodnju automobilskih dijelova poput amortizera.
GF je oduvijek bio favoriziran u proizvodnji industrijskih materijala za trenje zbog velike čvrstoće, visokog modula i relativno niske cijene, a široko se koristi od CF-a u polju polimernog punjenja i modifikacije.
Kalijum titanat Whisker (PTW) ima mnogo boljih mehaničkih svojstava nego obično korišteno GF, CF itd. Zbog jedinstvene visoko naručene kristalne strukture. Dodatak PTW-a može u velikoj mjeri poboljšati otpornost na snagu i trošenje krutosti i žilavosti kompozitnog materijala, i jačanja, a pretežnica, promjena jednog nekretnina dok modificiramo GF i CF, a ima stabilnu hemijsku svojstva, dobru toplinsku izolaciju i otpornost na toplinu. Iako je efekt punjenja i modifikacije PTW bolji od GF i CF, kompatibilnost između PTW-a i matričnog materijala treba dalje poboljšati.
PTFE ispunjen broncem, ovaj spoj ima odličnu toplinsku provodljivost i električnu provodljivost, što ga čini vrlo pogodnim za aplikacije sa ekstremnim opterećenjima i temperaturama.
IV. Sažetak PTFE-a
PTFE ima odlična sveobuhvatna svojstva i najčešće je rabljena sorta među fluoroplastikom, igrajući sve važnu ulogu. Sa napretkom nauke i tehnologije, čisti PTFE više ne može ispuniti potražnju na tržištu, tako da je postao neizbježan trend za izmjenu PTFE-a, uglavnom modifikacije površine, modifikacije za miješanje i modifikaciju punjenja. Trenutno je Kina postala glavni proizvođač PTFE-a, a u osnovi je savladao metode oblikovanja i obrade modificirane PTFE. Međutim, u usporedbi sa stranim zemljama, još uvijek postoji veliki jaz u kvaliteti tehnologije i proizvoda. Stoga, potrebno je proučiti istraživanje, obradu i primjena modificiranog PTFE-a i tribološko ponašanje i mehanizam u različitim radnim uvjetima.
