Qu'est-ce que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et quelles sont ses applications ?

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), également appelé Fmur4, est l'un des matériaux les plus résistants à la corrosion au monde à l'heure actuelle, communément appelé le "roi du plastique". Les matériaux sont généralement divisés en deux catégories, à savoir le polytétrafluoroéthylène en suspension et le polytétrafluoroéthylène dispersé.

La résine de polytétrafluoroéthylène en suspension est généralement blanche, la taille des particules est relativement importante et, grâce à un traitement spécifique, il est possible d'obtenir toutes sortes de poudres de tailles différentes. La résine peut jouer un rôle idéal dans le moulage et peut être frittée en billettes cylindriques, puis transformée en divers types de joints.

Le polytétrafluoroéthylène dispersé peut être divisé en deux catégories, à savoir la poudre et la dispersion concentrée. À l'heure actuelle, la bande de matière première PTFE courante sur le marché est poussée et extrudée avec de la résine dispersée ; en outre, le film, la fibre et le tuyau microporeux traités avec de la résine dispersée sont également utilisés dans diverses industries de l'économie nationale en tant que matériaux haut de gamme. Par exemple, son film peut jouer le rôle d'imperméable et de respirant, et le diamètre de ses micropores peut atteindre le niveau du nanomètre, ce qui est largement utilisé dans le domaine de la filtration et de la séparation ; la fibre de polytétrafluoroéthylène peut être utilisée dans la production d'emballages, de tissus à base de feutre filtrant, etc. ; les tuyaux de polytétrafluoroéthylène peuvent être utilisés dans le domaine du transport de liquides corrosifs et de l'échange de chaleur. La dispersion concentrée est principalement utilisée dans divers revêtements, la casserole antiadhésive couramment utilisée est fabriquée par revêtement et frittage avec une dispersion de polytétrafluoroéthylène, et le tissu en fibre de verre imprégné de téflon utilisé dans l'industrie de l'impression électronique utilise également une dispersion concentrée de polytétrafluoroéthylène.

Quelles sont les caractéristiques structurelles du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ?

Le polytétrafluoroéthylène est polymérisé à partir du tétrafluoroéthylène et sa structure moléculaire correspondante est illustrée à la figure 1.

En outre, la structure chimique du polytétrafluoroéthylène consiste à remplacer tous les atomes d'hydrogène du polyéthylène par des atomes de fluor. Le fluor est l'élément le plus actif et le plus électronégatif de tous les éléments, de sorte que les performances du produit changent manifestement lorsque le fluor remplace l'hydrogène. La principale raison est la différence entre la liaison Cmurl F et la liaison Cmure H.

Si l'on compare la liaison CmurF à la liaison Cmurh H, l'électronégativité de l'atome de carbone étant évidemment plus élevée que celle de l'atome d'hydrogène, et l'électronégativité de l'atome de fluor étant plus élevée que celle de l'atome de carbone, la polarité de la liaison Cmure F est opposée à celle de la liaison Cmure H, et la polarité de la liaison Cmure F est beaucoup plus grande. En d'autres termes, pour la liaison Cmurf, l'atome F attire plus de paires d'électrons covalents, tandis que la paire d'électrons covalents sur la liaison C-H est orientée vers l'atome de carbone. Le rayon du proton de l'atome de fluor est également beaucoup plus grand que celui de l'atome d'hydrogène, la longueur de la liaison Cmurf est manifestement plus grande que celle de la liaison Cmure H, et l'énergie de liaison de la liaison Cmure F est également beaucoup plus élevée que celle de la liaison Cmure H .

D'un point de vue objectif, la liaison Cmurf est un type de liaison d'une excellente stabilité, l'énergie de liaison peut être portée à 460 kJ/mol, et l'attachement de la principale liaison carbone est entouré de nombreux groupes atomiques de fluor, de sorte que la liaison Cmure C n'est pas affectée par d'autres molécules. En outre, le volume global des atomes de fluor est relativement important et se repousse, la chaîne macromoléculaire est principalement hélicoïdale, et les atomes de fluor existant dans la chaîne principale ont une bonne symétrie, de sorte qu'il s'agit généralement d'une neutralisation électrique.

2. Quelles sont les caractéristiques de performance du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ?

2.1 Les propriétés chimiques du polytétrafluoroéthylène sont des composés organiques connus.

Découvrez les matériaux polymères les plus inertes. En raison de sa structure moléculaire particulière, il peut résister à presque tous les acides forts, les bases et les solvants organiques, même l'"eau régale" ne peut rien contre lui, et il peut conserver cette propriété à haute température, c'est pourquoi ce matériau est également appelé "roi du plastique".

L'exception est que les métaux alcalins fondus, tels que le sodium fondu, peuvent corroder la surface du polytétrafluoroéthylène, entraînant une réaction du fluor autour de la chaîne carbonée. La méthode couramment utilisée dans l'industrie consiste à utiliser une solution de naphtalène de sodium pour modifier la surface d'un film ou d'une plaque de polytétrafluoroéthylène dans des conditions de protection contre l'azote ou d'isolation contre l'oxygène, de manière à défluorer ou à oxyder le polytétrafluoroéthylène à la surface du film ou de la plaque, ce qui lui fait perdre son caractère antiadhésif et le rend facile à combiner avec d'autres matériaux.

2.2 Propriétés thermiques du PTFE

Le polytétrafluoroéthylène peut fonctionner à des températures élevées.
La température de fonctionnement est généralement comprise entre 190 °C et 260 °C. Le point de fusion correspondant du matériau est de 327 °C et la température de décomposition thermique correspondante est de 420 °C, ce qui représente une température de service très élevée dans les plastiques techniques existants. Le polytétrafluoroéthylène n'a pratiquement pas de décomposition thermique à une température inférieure à 420 °C, mais il peut se décomposer fortement à une température supérieure à 420 °C, et la perte de masse totale par heure est d'environ 0,01%. Sa décomposition produira du phosgène fluoré, du perfluoroisobutène et d'autres substances hautement toxiques. Par conséquent, lors du traitement à chaud du polytétrafluoroéthylène, il est nécessaire d'éviter une température de traitement supérieure à 400 °C afin de prévenir la formation de certains facteurs de risque. Lorsque le polytétrafluoroéthylène est chauffé en continu à 280 °C pendant 72 heures, sa résistance à la traction est réduite d'environ 10% après avoir été ramenée à la température ambiante. En outre, lorsque le polytétrafluoroéthylène est utilisé pendant une longue période à 260 °C, puis transféré à la température ambiante, sa résistance à la traction est maintenue à une valeur donnée. Par conséquent, en termes de décomposition thermique, le matériau peut être utilisé pendant une courte période à 280 °C et en continu à 260 °C. En outre, en termes de déformation thermique, le matériau peut être utilisé pendant une longue période à 260 °C sous une charge relativement faible ; lorsque la charge est élevée, la déformation thermique est très évidente et sa durée de vie est considérablement réduite.

2.3 résistance aux rayonnements

Un grand nombre de dégradations moléculaires se produisent dans le polytétrafluoroéthylène (PTFE) sous l'effet du faisceau d'électrons. Sous l'action d'un rayonnement à haute énergie, les liaisons Cmurc et Cmurf se brisent en même temps, ce qui entraîne une diminution du poids moléculaire et des performances du PTFE. En outre, sa stabilité au rayonnement dans le vide est manifestement meilleure que dans l'air, car sous la protection du gaz inerte dans le vide, la réaction de réticulation du rayonnement entre les molécules de PTFE se produit en plus de la réaction de dégradation du PTFE. Si la température d'irradiation et la dose de rayonnement sont contrôlées correctement, le matériau PTFE traité sera translucide et la résistance aux rayonnements, la résistance aux hautes et basses températures, la perméabilité à l'air et la perméabilité aux liquides du matériau seront grandement améliorées.

3. Étude sur la modification du polytétrafluoroéthylène.

L'attraction intermoléculaire du polytétrafluoroéthylène est très faible et sa structure de chaîne moléculaire hélicoïdale spéciale lui confère une très faible énergie de surface, de sorte que le polytétrafluoroéthylène présente également une très bonne hydrophobie.
À l'heure actuelle, deux techniques de modification de la surface sont couramment utilisées : la modification de la surface et la modification du remplissage.

3.1 Modification de la surface du polytétrafluoroéthylène.

Il existe trois types de méthodes de modification de la surface du polytétrafluoroéthylène. La première est l'utilisation de la technologie d'activation de surface, qui peut être défluorée en continu par radiation, puis fluorée et greffée avec d'autres matériaux dans des conditions spécifiques. Il peut également être traité par un gaz inerte pour rompre certaines de ses liaisons principales et former de nombreux radicaux libres, afin d'améliorer l'énergie libre de sa surface couverte et, enfin, d'optimiser sa mouillabilité. En outre, le PTFE peut être traité par corona pour produire une couche activée qui peut être collée.

Le deuxième type est la modification chimique de la corrosion. Cette méthode permet d'optimiser l'activité de la surface et il existe une grande variété de réactifs, notamment la solution d'ammoniaque, la solution de fer pentacarbonyle, etc.

Le troisième type est la modification par dépôt de surface, c'est-à-dire que le PTFE est imprégné d'une solution colloïdale spécifique, de sorte que les particules colloïdales peuvent continuer à se déposer sur sa surface, améliorer sa mouillabilité et enfin optimiser son activité de surface afin qu'il ne rencontre pas trop d'obstacles lorsqu'il est mélangé à d'autres matériaux.

3.2 modification du remplissage du polytétrafluoroéthylène.

Généralement, diverses charges sont ajoutées à la résine PTFE, notamment des charges inorganiques, des polymères et ainsi de suite, ce qui permet d'optimiser ses performances. En outre, par rapport aux produits conventionnels, la résistance à la pression des produits chargés a augmenté d'environ 5 à 10 fois, la résistance à l'usure a augmenté d'environ 1000 fois, le coefficient de dilatation linéaire correspondant a diminué de 80%, et la conductivité thermique a augmenté d'environ 5 fois. Le PTFE a donc un large éventail d'applications, notamment les arbres lubrifiés sans huile, les segments de piston, etc. Comme le palier en PTFE, il est rempli de divers matériaux, principalement de fibres de verre, de poudre de cuivre, etc. En outre, la courroie de guidage est également un type très typique de produit composite, qui est rempli de fibre de verre, de MoS2 et d'autres matériaux. À ce stade, pour l'exploration du PTFE de remplissage, les chercheurs concernés sont plus enclins à lancer de nouveaux domaines d'application et à sérialiser toutes sortes de produits conçus.

4 principaux domaines d'application du polytétrafluoroéthylène.

En 2018, la consommation totale de PTFE en Chine est d'environ 70 000 tonnes. Le PTFE présente une excellente résistance à la chaleur, une plage de température de fonctionnement relativement large, d'excellentes propriétés électriques et une température constante.
Les matériaux de calibre ont une résistance chimique à la corrosion incomparable, et la résistance à la flamme est également idéale. Ils ont donc été appliqués dans de nombreux domaines, notamment l'électronique, l'électricité, la pétrochimie, l'aérospatiale et d'autres secteurs carrés.

L'industrie pétrochimique est le principal secteur de consommation du PTFE. Grâce à ses excellentes performances, il peut être utilisé pour préparer des équipements, des raccords de tuyauterie et d'autres dispositifs. Parallèlement, la demande de PTFE dans la construction, l'industrie légère et d'autres unités a également augmenté de manière significative.

4.1 Données sur l'application du polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Le rapport de la Commission européenne sur l'anticorrosion montre que les équipements mis au rebut aux États-Unis en raison de la corrosion représentent environ 40% de la production d'acier chaque année, ce qui se traduit par une perte totale d'environ $75 milliards de dollars. La perte économique causée par la corrosion dans notre pays a également augmenté progressivement pour atteindre 15 milliards de yuans. De toute évidence, la perte causée par la corrosion est un problème très important à l'heure actuelle, et nous devons donc lui accorder une grande importance.

Comme le caoutchouc, le métal et d'autres matériaux n'ont pas une bonne résistance à la corrosion et ne peuvent pas être utilisés pendant longtemps dans des conditions environnementales difficiles, la perte qui en résulte est tout à fait étonnante. Le PTFE a été largement utilisé dans les industries pétrolière, textile et autres en raison de son excellente résistance à la corrosion. Les tuyaux d'échappement, les tuyaux de vapeur, les tuyaux à haute et basse pression, les vannes, etc. en sont des exemples représentatifs. Les avantages du PTFE sont particulièrement évidents dans les conditions environnementales difficiles, telles que les basses températures et l'antiadhérence, qui ne peuvent pas être utilisées par les matériaux conventionnels.

Une autre application importante du PTFE est son rôle de matériau d'étanchéité. Bien que le joint soit l'accessoire de toutes sortes d'équipements et qu'il soit de faible importance par rapport à l'équipement, l'effet d'étanchéité a un impact très important sur l'effet global de l'utilisation de l'équipement. Parmi les équipements les plus représentatifs, citons les échangeurs de chaleur, les récipients de grand diamètre, les joints de pots de réaction en verre, etc. En outre, le composite de film PTFE peut optimiser de manière significative sa résistance aux solvants et améliorer sa résistance diélectrique dans une certaine mesure, et la grille de valence est relativement modérée, de sorte qu'il convient parfaitement à de nombreuses occasions avec des exigences d'étanchéité strictes. Dans le même temps, ce matériau présente également une résistance exceptionnelle aux hautes et basses températures, ce qui en fait le principal substitut des joints en amiante à l'heure actuelle. En outre, s'il est renforcé par des fibres de carbone, sa résistance peut être améliorée à un niveau plus élevé, la résistance à la fatigue est également très bonne et le coefficient de dilatation thermique répond aux normes d'utilisation. Ce type de performance est incomparable avec d'autres matériaux.

4.2 Application de la faible friction du polytétrafluoroéthylène dans la charge

Étant donné qu'il n'est pas possible d'ajouter de l'huile lubrifiante dans certaines parties de l'équipement, la graisse lubrifiante sera complètement dissoute par les solvants, de sorte que les produits dans de nombreux domaines tels que les produits pharmaceutiques et les textiles doivent y prêter attention. Le coefficient de frottement étant relativement faible par rapport à la plupart des matériaux solides, le PTFE chargé est progressivement devenu un excellent matériau sans lubrification à l'huile pour toutes sortes de pièces. Il a un large éventail d'applications, notamment les paliers d'équipements chimiques, les segments de piston, les glissières de support des fermes de toit en acier, la rotation des ponts, etc.

4.3 Application du polytétrafluoroéthylène dans l'électronique et l'électricité.

La constante diélectrique du polytétrafluoroéthylène est relativement faible, de sorte qu'il peut être utilisé dans la préparation de fils émaillés destinés à des micro-moteurs. En outre, le film plastique fluoré présente une certaine perméabilité sélective à toutes sortes de gaz, de sorte que cette caractéristique peut être utilisée pour préparer des capteurs d'oxygène. En outre, combiné aux caractéristiques de déviation de la charge poloïdale des fluoroplastiques dans des conditions spécifiques, il peut être utilisé pour préparer des haut-parleurs, des pièces d'équipement, etc.

L'indice de réfraction du polytétrafluoroéthylène étant relativement faible, il peut être utilisé pour préparer des fibres optiques. Le PTFE est une sorte de matériau isolant avec une large gamme d'applications, et son application principale est la couche extérieure des fils et des câbles, de sorte qu'il peut jouer un bon rôle dans les dispositifs électroniques de diffusion, et peut également jouer un rôle idéal dans les lignes de connexion. Sous l'effet d'un champ électrique à haute fréquence, sa perte diélectrique atteint un faible niveau ; dans le circuit imprimé, il possède des propriétés diélectriques exceptionnelles et est difficilement affecté par d'autres produits chimiques. Parallèlement, le film isolant est également la principale forme d'application de l'isolation électrique du polytétrafluoroéthylène, qui est largement utilisé dans les supports d'isolation de tous les types de condensateurs. En outre, le film PTFE est bien adapté à l'isolation des câbles, des moteurs et des transformateurs, et constitue également un matériau clé pour de nombreux composants électroniques importants.

4.4 l'application du polytétrafluoroéthylène en médecine

continue de se développer avec l'évolution constante de la technologie médicale contemporaine, et la dépendance à l'égard des produits polymères s'accroît encore. Ces produits entrent en contact avec les tissus humains normaux, d'où l'importance de leurs propriétés non toxiques et respectueuses de l'environnement.
Ces dernières années, les polymères ont considérablement réduit le champ d'application des matériaux conventionnels dans le traitement médical. Comme le PTFE peut refléter une certaine inertie biologique, la capacité de formation de pores après un traitement standardisé est très bonne. Sur cette base, nous pouvons préparer un dispositif qui n'entraîne pas de rejet de l'organisme et mettre au point un dispositif en contact étroit avec le sang, qui n'aura pas d'impact négatif sur le sang. Le matériau PTFE expansé est inerte par nature, ce qui favorise grandement son adaptabilité biologique, n'entraîne pas de rejet du corps de la machine et peut être stérilisé par diverses méthodes. Il couvre une structure multiporeuse, n'est pas hydrophile, le sang ne se bloque généralement pas et peut avoir un effet antithrombotique ; ce type de vaisseaux sanguins peut permettre aux cellules d'entrer en douceur. En même temps, l'intima est formée avec le tissu attaché, de sorte que l'opération de stérilisation est relativement simple, et elle offre une certaine commodité pour la suture de la plaie, il n'y a pas de fissure, et il n'y a pas de rétrécissement lorsqu'elle est utilisée pendant une longue période.

Le PTFE dilaté est également un élément très important de la pince cathéter du gastroscope, car ses caractéristiques de déformation sont idéales, il n'y a pas de réaction de corps étranger lorsqu'il est utilisé dans le corps humain, et de nombreuses opérations telles que l'échantillonnage de l'estomac et la polypectomie sont effectuées, ce qui réduit considérablement la difficulté de l'opération et la douleur des patients au cours de l'opération. En outre, le matériau peut préparer une membrane de réparation cardiaque, bien réparer les défauts du diaphragme et normaliser le traitement plastique de la sténose artérielle. En outre, il peut soutenir une variété de solutions Kangfu, qui impliquent des vaisseaux sanguins artificiels, des vaisseaux sanguins, la chirurgie et d'autres aspects.

4.5 Application de la propriété anti-adhésion du polytétrafluoroéthylène.

Le PTFE a une faible tension superficielle et n'est lié à rien d'autre.
La qualité, les caractéristiques de résistance aux hautes et basses températures, l'anti-adhérence des casseroles antiadhésives sont idéales pour l'application. En outre, le processus anti-adhésif couvre généralement deux types : le premier consiste à assembler les pièces en PTFE sur le substrat ; le second consiste à recouvrir le revêtement en PTFE sur le substrat conformément aux spécifications pertinentes par un traitement de rétraction à la chaleur.
Avec le développement rapide de la science et de la technologie modernes, les matériaux PTFE présentent également trois défauts qui ne peuvent être ignorés : l'écoulement à froid, la soudabilité difficile et la fusion difficile. Ces problèmes sont progressivement résolus, ce qui lui confère un bon potentiel d'application dans l'optique, le traitement médical et d'autres domaines.

Application du polytétrafluoroéthylène dans le dépoussiérage à haute température en Chine, l'indice de dépoussiérage fixé au stade initial est relativement faible, et la concentration de dépoussiérage est d'environ 400 mg/Nm3, ce qui ne répond pas aux exigences de concentration de rejet de poussière pas plus de 50 mg/Nm3 et de réduction des PM2,5 (diamètre pas plus de 2,5 μ m). Il s'agit donc d'un bon contrat de développement pour l'industrie du contrôle de la pollution par les poussières. Le développement de médias filtrants ayant une durée de vie plus longue et une meilleure efficacité de purification est progressivement devenu la principale tendance de développement. D'autre part, la plupart des industries imposent des exigences plus strictes aux principaux composants des dispositifs de dépoussiérage, en particulier dans les domaines de l'incinération des déchets industriels et de la production d'énergie, dont l'environnement relativement difficile impose de nouvelles exigences en matière de matériaux.

Parallèlement, avec les progrès continus des industries dans le monde entier, la pollution atmosphérique est progressivement devenue un problème mondial qui ne peut être ignoré, et la dépollution des polluants continue de s'orienter vers les gaz résiduaires. Dans le processus de traitement des poussières fines, il existe de nombreuses méthodes, dont les plus importantes comprennent deux types, à savoir l'électrofiltre et le dépoussiérage par sac filtrant, mais il existe peu de méthodes pour le traitement des gaz résiduaires. À l'heure actuelle, la recherche sur la technologie de décomposition des catalyseurs de gaz résiduaires a fait une percée dans le pays et à l'étranger, mais le support de catalyseur actuel n'est pas idéal. Le support préparé par la fibre PTFE devrait résoudre ce problème.