Was ist Polytetrafluorethylen (PTFE) und seine Anwendung?

Polytetrafluorethylen (PTFE) auch genannt Fmur4, die eine der idealsten korrosionsbeständigen Materialien in der Welt in diesem Stadium ist, allgemein bekannt als die "Kunststoff-König". Die Materialien werden im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt, nämlich suspendiertes Polytetrafluorethylen und dispergiertes Polytetrafluorethylen.

Suspensions-Polytetrafluorethylen-Harz ist in der Regel weiß, die Partikelgröße ist relativ groß, und durch eine spezielle Behandlung können alle Arten von Partikelgröße Pulver erhalten werden. Das Harz kann eine sehr ideale Wirkung beim Formen spielen und kann gut in zylindrische Knüppel gesintert werden, und dann weiter in verschiedenen Spezifikationen von Dichtungen verarbeitet.

Disperses Polytetrafluorethylen kann in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich Pulver und konzentrierte Dispersion. Gegenwärtig wird der übliche PTFE-Rohstoffgürtel auf dem Markt mit dispergiertem Harz gepresst und extrudiert; darüber hinaus werden die mikroporösen Folien, Fasern und Rohre, die mit dispergiertem Harz verarbeitet werden, in verschiedenen Branchen der Volkswirtschaft als hochwertige Materialien verwendet. Zum Beispiel kann die Folie wasserdicht und atmungsaktiv sein, und ihr Mikroporen-Durchmesser kann bis in den Nanometerbereich reichen, was im Bereich der Filtration und Trennung weit verbreitet ist; Polytetrafluorethylen-Fasern können bei der Herstellung von Verpackungen, Filterfilz-Gewebe usw. verwendet werden; Polytetrafluorethylen-Rohre können im Bereich des Transports korrosiver Flüssigkeiten und des Wärmeaustauschs eingesetzt werden. Konzentrierte Dispersion wird vor allem in verschiedenen Beschichtungen verwendet; der häufig verwendete Antihaft-Topf wird durch Beschichtung und Sintern mit Polytetrafluorethylen-Dispersion hergestellt, und für teflonimprägnierte Glasfasertücher, die in der elektronischen Druckindustrie verwendet werden, wird ebenfalls konzentrierte Polytetrafluorethylen-Dispersion verwendet.

Was sind die strukturellen Merkmale von Polytetrafluorethylen (PTFE)?

Polytetrafluorethylen wird aus Tetrafluorethylen polymerisiert und seine entsprechende Molekularstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt.

Darüber hinaus besteht die chemische Struktur von Polytetrafluorethylen darin, alle Wasserstoffatome in Polyethylen durch Fluoratome zu ersetzen. Fluor ist das aktivste und elektronegativste Element aller Elemente, so dass sich die Leistung des Produkts deutlich ändert, nachdem Fluor den Wasserstoff ersetzt hat. Der Hauptgrund ist der Unterschied zwischen der Cmurl-F-Bindung und der Cmure-H-Bindung.

Vergleicht man die CmurF-Bindung mit der Cmurh-Bindung, so ist die Elektronegativität des Kohlenstoffatoms deutlich höher als die des Wasserstoffatoms, und die Elektronegativität des Fluoratoms ist höher als die des Kohlenstoffatoms, so dass die Polarität der Cmure-F-Bindung derjenigen der Cmure-H-Bindung entgegengesetzt ist und die Polarität der Cmure-F-Bindung viel größer ist. Mit anderen Worten: Bei der Cmurf-Bindung zieht das F-Atom mehr kovalente Elektronenpaare an, während das kovalente Elektronenpaar der C-H-Bindung zum Kohlenstoffatom hin ausgerichtet ist. Der Protonenradius des Fluoratoms ist ebenfalls deutlich größer als der des Wasserstoffatoms, die Länge der Cmurf-Bindung ist offensichtlich größer als die der C-H-Bindung, und die Bindungsenergie der Cmure-F-Bindung ist ebenfalls deutlich höher als die der C-H-Bindung.

Objektiv gesehen ist die Cmurf-Bindung eine Bindung mit hervorragender Stabilität, die Bindungsenergie kann auf 460 kJ/mol erhöht werden, und die Bindung des Hauptkohlenstoffs ist von vielen Fluoratomgruppen umgeben, so dass die Cmure-C-Bindung nicht von anderen Molekülen beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist das Gesamtvolumen der Fluoratome relativ groß und stoßen sich gegenseitig ab, die makromolekulare Kette ist hauptsächlich schraubenförmig, und die Fluoratome in der Hauptkette haben eine gute Symmetrie, so dass es in der Regel elektrische Neutralisation ist.

2. Was sind die Leistungsmerkmale von Polytetrafluorethylen (PTFE)?

2.1 Die chemischen Eigenschaften von Polytetrafluorethylen sind bekannte organische Verbindungen.

Lernen Sie die inertesten Polymermaterialien kennen. Aufgrund seiner besonderen Molekularstruktur kann es fast allen starken Säuren, Basen und organischen Lösungsmitteln widerstehen, selbst "Königswasser" kann ihm nichts anhaben, und es kann diese Eigenschaft auch bei hohen Temperaturen beibehalten, weshalb dieses Material auch "Kunststoffkönig" genannt wird.

Die Ausnahme ist, dass geschmolzene Alkalimetalle, wie z. B. geschmolzenes Natrium, die Oberfläche von Polytetrafluorethylen angreifen können, so dass das Fluor in der Nähe der Kohlenstoffkette mit ihr reagiert. In der Industrie wird üblicherweise eine Natriumnaphthalinlösung verwendet, um die Oberfläche von Polytetrafluorethylen-Folien oder -Platten unter Stickstoffschutz oder Sauerstoffisolierung zu modifizieren, so dass das Polytetrafluorethylen auf der Oberfläche der Folie oder Platte defluoriert oder oxidiert wird und seine Antihaftwirkung verliert und sich leicht mit anderen Materialien verbinden lässt.

2.2 Thermische Eigenschaften von PTFE

Polytetrafluorethylen kann bei hohen Temperaturen gut funktionieren.
Die Betriebstemperatur liegt in der Regel zwischen 190 °C und 260 °C. Die entsprechende Schmelzpunkttemperatur des Materials liegt bei 327 °C und die entsprechende thermische Zersetzungstemperatur bei 420 °C, was bei den bestehenden technischen Kunststoffen eine sehr hohe Gebrauchstemperatur darstellt. Polytetrafluorethylen zersetzt sich bei einer Temperatur von weniger als 420 °C fast nicht, kann sich aber bei einer Temperatur von mehr als 420 °C stark zersetzen, und der gesamte Massenverlust pro Stunde beträgt etwa 0,01%. Bei seiner Zersetzung entstehen fluoriertes Phosgen, Perfluorisobuten und andere hochgiftige Stoffe, so dass bei der Heißverarbeitung von Polytetrafluorethylen eine Verarbeitungstemperatur von mehr als 400 °C vermieden werden muss, um die Bildung bestimmter Risikofaktoren zu verhindern. Wenn Polytetrafluorethylen 72 Stunden lang kontinuierlich auf 280 °C erhitzt wird, verringert sich seine Zugfestigkeit um etwa 10%, nachdem es wieder auf Raumtemperatur gebracht wurde. Wenn Polytetrafluorethylen lange Zeit bei 260 °C verwendet und dann auf Raumtemperatur gebracht wird, bleibt seine Zugfestigkeit auf einem bestimmten Wert. Was die thermische Zersetzung anbelangt, kann das Material daher kurzzeitig bei 280 °C und kontinuierlich bei 260 °C verwendet werden. Was die thermische Verformung anbelangt, so kann das Material bei relativ geringer Belastung lange Zeit bei 260 °C verwendet werden; bei hoher Belastung ist die thermische Verformung sehr deutlich, und die Nutzungsdauer wird stark verkürzt.

2.3 Strahlungsbeständigkeit

Unter dem Einfluss von Elektronenstrahlen kommt es in Polytetrafluorethylen (PTFE) zu einer Vielzahl von molekularen Degradationen. Unter der Einwirkung von Hochenergiestrahlung brechen die Cmurc- und Cmurf-Bindung gleichzeitig, was zu einer Abnahme des Molekulargewichts und der PTFE-Leistung führt. Außerdem ist die Bestrahlungsstabilität im Vakuum deutlich besser als an der Luft, da unter dem Schutz des Inertgases im Vakuum neben der Abbaureaktion des PTFE auch eine Vernetzungsreaktion zwischen den PTFE-Molekülen stattfindet. Wenn die richtige Bestrahlungstemperatur und Strahlendosis kontrolliert werden, wird das behandelte PTFE-Material lichtdurchlässig, und die Strahlungsbeständigkeit, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit, Luftdurchlässigkeit und Flüssigkeitsdurchlässigkeit des Materials werden erheblich verbessert.

3. Studie über die Modifizierung von Polytetrafluorethylen.

Die intermolekulare Anziehungskraft von Polytetrafluorethylen ist sehr gering, und es hat eine spezielle spiralförmige Molekülkettenstruktur, die ihm eine sehr niedrige Oberflächenenergie verleiht, so dass Polytetrafluorethylen auch eine sehr gute Hydrophobie aufweist.
Derzeit gibt es zwei gängige Verfahren zur Oberflächenmodifikation: Oberflächenmodifikation und Füllungsmodifikation.

3.1 Oberflächenmodifizierung von Polytetrafluorethylen.

Es gibt drei Arten der Oberflächenmodifizierung von Polytetrafluorethylen. Die erste ist die Oberflächenaktivierungstechnologie, bei der das Polytetrafluorethylen durch Bestrahlung kontinuierlich defluoriert und dann unter bestimmten Bedingungen fluoriert und mit anderen Materialien gepfropft werden kann. Es kann auch mit Inertgas behandelt werden, um einige seiner Hauptbindungen zu brechen und viele freie Radikale zu bilden, so dass seine abgedeckte freie Oberflächenenergie verbessert und schließlich seine Benetzbarkeit optimiert wird. Darüber hinaus kann PTFE mit Korona behandelt werden, um eine aktivierte Schicht zu erzeugen, die geklebt werden kann.

Die zweite Art ist durch chemische Korrosionsmodifikation, diese Methode kann die Oberflächenaktivität optimieren, und es gibt eine Vielzahl von Reagenzien zu wählen, einschließlich Ammoniak-Lösung, Pentacarbonyl-Eisen-Lösung und so weiter.

Die dritte Art ist die Modifizierung durch Oberflächenabscheidung, d. h. PTFE wird in einer speziellen kolloidalen Lösung imprägniert, so dass sich weiterhin kolloidale Partikel auf seiner Oberfläche ablagern können, die seine Benetzbarkeit verbessern und schließlich seine Oberflächenaktivität optimieren, so dass es bei der Verbindung mit anderen Materialien nicht auf zu viele Hindernisse trifft.

3.2 Füllungsmodifikation von Polytetrafluorethylen.

Im Allgemeinen werden dem PTFE-Harz verschiedene Füllstoffe zugesetzt, darunter anorganische Stoffe, Polymere usw., die seine Leistung optimieren können. Darüber hinaus hat sich die Druckfestigkeit der gefüllten Produkte im Vergleich zu herkömmlichen Produkten um das 5- bis 10-fache erhöht, die Verschleißfestigkeit hat sich um das 1000-fache erhöht, der entsprechende lineare Ausdehnungskoeffizient hat sich um 80% verringert, und die Wärmeleitfähigkeit hat sich um das 5-fache erhöht. Daher hat es eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich ölfrei geschmierte Wellen, Kolbenringe und so weiter. Wie das PTFE-Lager ist es mit einer Vielzahl von Materialien gefüllt, vor allem mit Glasfasern, Kupferpulver usw., so dass seine verschiedenen Eigenschaften erheblich optimiert werden. Auch der Führungsriemen ist ein typischer Verbundwerkstoff, der mit Glasfasern, MoS2 und anderen Materialien gefüllt ist. In dieser Phase der Erforschung der PTFE-Füllung neigen die einschlägigen Wissenschaftler eher dazu, neue Anwendungsbereiche zu erschließen und alle Arten von Produkten in Serie zu entwickeln.

4 Hauptanwendungsbereiche von Polytetrafluorethylen.

Im Jahr 2018 beträgt der Gesamtverbrauch von PTFE in China etwa 70.000 Tonnen. PTFE hat eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, einen relativ großen Betriebstemperaturbereich, ausgezeichnete elektrische Eigenschaften und eine konstante Temperatur.
Die Materialien haben eine unvergleichliche chemische Korrosionsbeständigkeit, und auch die Flammwidrigkeit ist sehr gut, so dass sie in vielen Bereichen eingesetzt werden, darunter in der Elektronik, Elektrotechnik, Petrochemie, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen.

Die petrochemische Industrie ist der wichtigste Verbrauchsbereich von PTFE. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften kann es zur Herstellung von Ausrüstungen, Rohrverbindungen und anderen Geräten verwendet werden. Gleichzeitig ist auch die Nachfrage nach PTFE im Baugewerbe, in der Leichtindustrie und in anderen Bereichen erheblich gestiegen.

4.1 Daten über die Anwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE)

auf dem Gebiet des Korrosionsschutzes zeigen, dass in den Vereinigten Staaten jedes Jahr etwa 40% der Stahlproduktion aufgrund von Korrosion verschrottet werden, was zu einem Gesamtverlust von etwa $75 Milliarden US-Dollar führt. Der durch Korrosion verursachte wirtschaftliche Verlust in unserem Land hat sich ebenfalls allmählich auf derzeit 15 Milliarden Yuan erhöht. Es liegt auf der Hand, dass die durch Korrosion verursachten Verluste derzeit ein sehr wichtiges Problem darstellen, so dass wir diesem Problem große Bedeutung beimessen müssen.

Da Gummi, Metall und andere Materialien keine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen und nicht lange unter rauen Umweltbedingungen verwendet werden können, ist der daraus resultierende Verlust recht erstaunlich. PTFE-Material wird wegen seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit in der Erdöl-, Textil- und anderen Industrien weit verbreitet. Dazu gehören unter anderem Auspuffrohre, Dampfrohre, Hoch- und Niederdruckrohre, Ventile und so weiter. Vor allem bei rauen Umgebungsbedingungen wie niedrigen Temperaturen und Antihaftbeschichtung, für die herkömmliche Materialien nicht geeignet sind, zeigen sich die Vorteile von PTFE.

Eine weitere wichtige Anwendung von PTFE ist die Verwendung als Dichtungsmaterial. Obwohl die Dichtung das Zubehör aller Arten von Geräten ist und im Vergleich zu den Geräten eine geringe Bedeutung hat, hat die Dichtungswirkung einen sehr großen Einfluss auf die Gesamtwirkung der Nutzung der Geräte. Stellvertretend seien hier Wärmetauscher, Behälter mit großem Durchmesser, Dichtungen von Reaktionsgefäßen aus Glas und so weiter genannt. Darüber hinaus kann der Verbund mit PTFE-Folie die Lösemittelbeständigkeit erheblich optimieren und die dielektrische Beständigkeit bis zu einem gewissen Grad verbessern, und das Valenzgitter ist relativ moderat, so dass es für viele Gelegenheiten mit strengen Dichtungsanforderungen sehr geeignet ist. Gleichzeitig verfügt das Material über eine hervorragende Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit, was derzeit den wichtigsten Ersatz für Asbestdichtungen darstellt. Darüber hinaus kann die Festigkeit durch die Verstärkung mit Kohlenstofffasern auf ein höheres Niveau gebracht werden, und auch die Ermüdungsfestigkeit ist sehr gut, und der Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht der Gebrauchsnorm. Diese Art von Leistung ist mit anderen Materialien nicht vergleichbar.

4.2 Anwendung der geringen Reibungseigenschaften von Polytetrafluorethylen bei Belastung

Da in einigen Teilen der Ausrüstung kein Schmieröl zugesetzt werden kann, wird das Schmierfett durch Lösungsmittel vollständig aufgelöst, so dass Produkte in vielen Bereichen wie Pharmazeutika und Textilien dies berücksichtigen müssen. Da der Reibungskoeffizient im Vergleich zu den meisten festen Materialien relativ niedrig ist, hat sich gefülltes PTFE allmählich zu einem hervorragenden Material ohne Ölschmierung für alle Arten von Teilen entwickelt. Es hat eine breite Palette von Anwendungen, darunter Lager von chemischen Anlagen, Kolbenringe, Stützgleiter von Stahldachbindern, Brückendrehung usw.

4.3 Anwendung von Polytetrafluorethylen in der Elektronik und Elektrizität.

Die Dielektrizitätskonstante von Polytetrafluorethylen ist relativ gering, so dass es für die Herstellung von Lackdrähten zur Verwendung in Mikromotoren verwendet werden kann. Darüber hinaus hat die Fluorkunststofffolie eine gewisse selektive Permeabilität für alle Arten von Gasen, so dass diese Eigenschaft zur Herstellung von Sauerstoffsensoren genutzt werden kann. In Verbindung mit den Eigenschaften der poloidalen Ladungsabweichung von Fluorkunststoffen unter bestimmten Bedingungen kann er außerdem zur Herstellung von Lautsprechern, Geräteteilen usw. verwendet werden.

Da der Brechungsindex von Polytetrafluorethylen relativ niedrig ist, kann es zur Herstellung von Glasfasern verwendet werden. PTFE ist eine Art Isoliermaterial mit einem breiten Anwendungsbereich, und seine Hauptanwendung ist die äußere Schicht von Drähten und Kabeln, so dass es eine gute Rolle in elektronischen Geräten spielen kann, und kann auch eine ideale Rolle in Verbindungsleitungen spielen. Unter der Bedingung eines hochfrequenten elektrischen Feldes erreicht ihr dielektrischer Verlust ein niedriges Niveau; in der Leiterplatte hat sie hervorragende dielektrische Eigenschaften und wird nur schwer von anderen Chemikalien beeinflusst. Gleichzeitig ist die Isolierfolie auch die Hauptanwendungsform der elektrischen Isolierung von Polytetrafluorethylen, die in den Isoliermedien aller Arten von Kondensatoren weit verbreitet ist. Darüber hinaus eignet sich PTFE-Folie gut für isolierte Kabel, Motoren und Transformatoren und ist auch ein Schlüsselmaterial für viele wichtige elektronische Bauteile.

4.4 die Anwendung von Polytetrafluorethylen in der Medizin

entwickelt sich mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der modernen Medizintechnik weiter, und die Abhängigkeit von Polymerprodukten nimmt weiter zu. Solche Produkte kommen mit normalem menschlichem Gewebe in Berührung, weshalb ihre ungiftigen und umweltfreundlichen Eigenschaften sehr wichtig sind.
In den letzten Jahren haben Polymere den Anwendungsbereich herkömmlicher Materialien in der medizinischen Behandlung stark eingeschränkt. Da PTFE eine gewisse biologische Trägheit widerspiegeln kann, ist die Porenbildungsfähigkeit nach einer standardisierten Behandlung sehr gut, so dass wir auf dieser Grundlage ein Gerät vorbereiten können, das nicht zu einer Abstoßung des Organismus führt, und ein Gerät entwickeln können, das in tiefem Kontakt mit Blut steht, was keine negativen Auswirkungen auf das Blut hat. Das expandierte PTFE-Material ist von Natur aus rein inert, was für seine biologische Anpassungsfähigkeit von großem Vorteil ist, es führt nicht zu einer Abstoßung durch den Maschinenkörper und kann durch verschiedene Methoden sterilisiert werden, und es deckt eine mehrporige Struktur ab, hat keine Hydrophilie, das Blut wird im Allgemeinen nicht blockiert und kann eine antithrombotische Wirkung haben, diese Art von Blutgefäßen kann Zellen einen reibungslosen Eintritt ermöglichen. Gleichzeitig wird die Intima mit dem anhaftenden Gewebe gebildet, so dass der Sterilisationsvorgang relativ einfach ist, und es bietet eine gewisse Bequemlichkeit für die Wundnaht, es gibt keine Risse, und es gibt keinen geschrumpften Zusammenbruch, wenn es für eine lange Zeit verwendet wird.

Dilatiertes PTFE ist auch ein sehr wichtiger Bestandteil von Gastroskop-Zangenkathetern, da seine Verformungseigenschaften sehr ideal sind, es keine Fremdkörperreaktion gibt, wenn es im menschlichen Körper verwendet wird, und viele Operationen wie Magenentnahmen und Polypektomie durchgeführt werden, was die Schwierigkeit der Operation erheblich verringert und die Schmerzen der Patienten im Verlauf der Operation reduziert. Darüber hinaus kann das Material Herzreparaturmembranen vorbereiten, den Zwerchfelldefekt gut reparieren und die plastische Behandlung von Arterienverengungen standardisieren. Darüber hinaus kann es eine Vielzahl von Kangfu-Lösungen unterstützen, die künstliche Blutgefäße, Blutgefäße, Chirurgie und andere Aspekte umfassen.

4.5 Anwendung der Anti-Haft-Eigenschaft von Polytetrafluorethylen.

PTFE hat eine niedrige Oberflächenspannung und haftet nicht an anderen Stoffen.
Qualität, kann die Eigenschaften der hohen und niedrigen Temperaturbeständigkeit zeigen, in der Antihaft-Topf Antihaft hat eine sehr ideale Anwendbarkeit. Darüber hinaus umfasst das Anti-Haft-Verfahren in der Regel zwei Arten: die erste ist, die PTFE-Teile auf dem Substrat zu montieren; die zweite ist, die PTFE-Beschichtung auf dem Substrat nach den entsprechenden Spezifikationen durch Wärmeschrumpfung Behandlung zu decken.
Mit der rasanten Entwicklung der modernen Wissenschaft und Technologie weisen auch PTFE-Werkstoffe drei nicht zu vernachlässigende Schwächen auf: Kaltfluss, schwierige Schweißbarkeit und schwieriges Schmelzen. Diese Probleme werden Schritt für Schritt gelöst, so dass PTFE ein gutes Anwendungspotenzial in der Optik, der medizinischen Behandlung und anderen Bereichen hat.

Anwendung von Polytetrafluorethylen in Hochtemperatur-Entstaubung in China, die Staubentfernung Index in der Anfangsphase gesetzt ist relativ niedrig, und die Staubentfernung Konzentration ist etwa 400 mg/Nm3, die nicht den Anforderungen der Staubentladung Konzentration nicht mehr als 50 mg/Nm3 und die Verringerung der PM2.5 (Durchmesser nicht mehr als 2,5 μ m). Daher ist es ein guter Entwicklungsauftrag für die Staubschutzindustrie. Die Entwicklung von Filtermedien mit längerer Lebensdauer und besserer Reinigungsleistung ist allmählich zum wichtigsten Entwicklungstrend geworden. Andererseits stellen die meisten Industriezweige strengere Anforderungen an die Hauptkomponenten von Entstaubungsgeräten, insbesondere in den Bereichen der industriellen Abfallverbrennung und der Energieerzeugung, deren relativ raue Umgebung neue Anforderungen an die Materialien stellt.

Gleichzeitig hat sich die Luftverschmutzung mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Industrie auf der ganzen Welt allmählich zu einem globalen Problem entwickelt, das nicht ignoriert werden kann, und die Schadstoffsanierung geht weiter in Richtung Abgas über. Bei der Behandlung von Feinstaub stehen viele Methoden zur Auswahl, von denen die beiden wichtigsten der Elektrofilter und die Filterbeutelentstaubung sind, aber es gibt nur wenige Methoden für die Behandlung von Abgasen. Gegenwärtig hat die Forschung auf dem Gebiet der Abgaskatalysator-Zersetzungstechnologie im In- und Ausland einen Durchbruch erzielt, aber der derzeitige Katalysatorträger ist nicht ideal. Der mit PTFE-Fasern hergestellte Träger soll dieses Problem lösen.