Che cos'è il politetrafluoroetilene (PTFE) e la sua applicazione?

Il politetrafluoroetilene (PTFE), chiamato anche Fmur4, è uno dei materiali più resistenti alla corrosione del mondo in questa fase, comunemente conosciuto come il "re della plastica". I materiali sono generalmente suddivisi in due categorie, ovvero politetrafluoroetilene sospeso e politetrafluoroetilene disperso.

La resina di politetrafluoroetilene in sospensione è generalmente bianca, la dimensione delle particelle è relativamente grande e, attraverso un trattamento specifico, si possono ottenere polveri di tutte le dimensioni. La resina può avere un effetto ideale nello stampaggio e può essere ben sinterizzata in billette cilindriche, per poi essere ulteriormente lavorata in varie specifiche di guarnizioni.

Il politetrafluoroetilene disperso può essere suddiviso in due categorie: polvere e dispersione concentrata. Attualmente, il comune nastro di materia prima PTFE sul mercato viene spinto ed estruso con resina dispersa; inoltre, il film microporoso, la fibra e il tubo lavorati con resina dispersa sono utilizzati anche in vari settori dell'economia nazionale come materiali di alta gamma. Ad esempio, il suo film può svolgere il ruolo di impermeabile e traspirante, e il suo diametro microporo può raggiungere il livello nanometrico, che è ampiamente utilizzato nel campo della filtrazione e della separazione; la fibra di politetrafluoroetilene può essere utilizzata nella produzione di imballaggi, tessuti a base di feltro filtrante, ecc; i tubi di politetrafluoroetilene possono essere utilizzati nel campo del trasporto di liquidi corrosivi e dello scambio di calore. La dispersione concentrata è utilizzata principalmente in vari rivestimenti; la pentola antiaderente comunemente utilizzata è realizzata mediante rivestimento e sinterizzazione con dispersione di politetrafluoroetilene; anche il tessuto in fibra di vetro impregnato di teflon utilizzato nell'industria della stampa elettronica utilizza la dispersione concentrata di politetrafluoroetilene.

Quali sono le caratteristiche strutturali del politetrafluoroetilene (PTFE)?

Il politetrafluoroetilene è polimerizzato a partire dal tetrafluoroetilene e la sua struttura molecolare corrispondente è mostrata nella figura 1.

Inoltre, la struttura chimica del politetrafluoroetilene prevede la sostituzione di tutti gli atomi di idrogeno nel polietilene con atomi di fluoro. Il fluoro è l'elemento più attivo ed elettronegativo di tutti gli elementi, quindi le prestazioni del prodotto cambiano ovviamente dopo la sostituzione del fluoro con l'idrogeno. la ragione principale è la differenza tra il legame Cmurl F e il legame Cmure H.

Confrontando il legame CmurF con il legame Cmurh H, poiché l'elettronegatività dell'atomo di carbonio è ovviamente superiore a quella dell'atomo di idrogeno e l'elettronegatività dell'atomo di fluoro è superiore a quella dell'atomo di carbonio, la polarità del legame Cmure F è opposta a quella del legame Cmure H e la polarità del legame Cmure F è molto maggiore. In altre parole, per il legame Cmurf, l'atomo di F attrae più coppie di elettroni covalenti, mentre la coppia di elettroni covalenti sul legame C-H è orientata verso l'atomo di carbonio. Il raggio protonico dell'atomo di fluoro è inoltre significativamente più grande di quello dell'atomo di idrogeno, la lunghezza del legame Cmurf è ovviamente maggiore di quella del legame Cmure H e l'energia di legame del legame Cmure F è anche significativamente più alta di quella del legame Cmure H .

Da un punto di vista oggettivo, il legame Cmurf è un tipo di legame con un'eccellente stabilità, l'energia di legame può essere aumentata a 460 kJ/mol, e l'attaccamento del legame principale del carbonio è circondato da molti gruppi atomici di fluoro, in modo che il legame Cmure C non sia influenzato da altre molecole. Inoltre, il volume complessivo degli atomi di fluoro è relativamente grande e si respingono l'un l'altro, la catena macromolecolare è principalmente elicoidale e gli atomi di fluoro presenti nella catena principale hanno una buona simmetria, per cui è generalmente neutralizzabile elettricamente.

2. Quali sono le caratteristiche prestazionali del politetrafluoroetilene (PTFE)?

2.1 Le proprietà chimiche del politetrafluoroetilene sono note come composti organici.

Impara i materiali polimerici più inerti. Grazie alla sua particolare struttura molecolare, è in grado di resistere a quasi tutti gli acidi forti, alle basi e ai solventi organici, persino l'"acqua regia" non può farci nulla, e può mantenere questa proprietà anche ad alta temperatura, per cui questo materiale è chiamato anche "re della plastica".

L'eccezione è che i metalli alcalini fusi, come il sodio fuso, possono corrodere la superficie del politetrafluoroetilene, facendo reagire il fluoro intorno alla catena di carbonio. Il metodo comunemente utilizzato nell'industria è quello di utilizzare una soluzione di naftalina di sodio per modificare la superficie del film o della lastra di politetrafluoroetilene in condizioni di protezione dall'azoto o di isolamento dall'ossigeno, in modo da defluorare o ossidare il politetrafluoroetilene sulla superficie del film o della lastra, in modo che perda la sua antiaderenza e sia facile da comporre con altri materiali.

2.2 Proprietà termiche del PTFE

Il politetrafluoroetilene è in grado di funzionare bene alle alte temperature.
La temperatura di esercizio è solitamente compresa tra 190 °C e 260 °C. La corrispondente temperatura del punto di fusione del materiale è di 327 °C e la corrispondente temperatura di decomposizione termica è di 420 °C, una temperatura di servizio molto elevata tra i tecnopolimeri esistenti. Il politetrafluoroetilene non si decompone quasi per nulla in condizioni di temperatura inferiore a 420 °C, ma può decomporsi notevolmente quando supera i 420 °C e la perdita di massa totale all'ora è di circa 0,01%. La sua decomposizione produce fosgene fluorurato, perfluoroisobutene e altre sostanze altamente tossiche, per cui nella lavorazione a caldo del politetrafluoroetilene è necessario evitare una temperatura di lavorazione superiore a 400 °C per prevenire la formazione di alcuni fattori di rischio. Quando il politetrafluoroetilene viene riscaldato continuamente a 280 °C per 72 ore, la sua resistenza alla trazione si riduce di circa 10% dopo essere stata riportata a temperatura ambiente. Inoltre, quando il politetrafluoroetilene viene utilizzato per lungo tempo a 260 °C e poi trasferito a temperatura ambiente, la sua resistenza alla trazione si mantiene a un determinato valore. Pertanto, in termini di decomposizione termica, il materiale può essere utilizzato per un breve periodo di tempo a 280 °C e in modo continuo a 260 °C. Inoltre, in termini di deformazione termica, il materiale può essere utilizzato per lungo tempo a 260 °C con un carico relativamente basso; quando il carico è elevato, la deformazione termica è molto evidente e la sua durata di servizio si riduce notevolmente.

2.3 Resistenza alle radiazioni

Il politetrafluoroetilene (PTFE) subisce un gran numero di degradazioni molecolari sotto l'azione del fascio di elettroni. Sotto l'azione delle radiazioni ad alta energia, il legame Cmurc e Cmurf si rompono contemporaneamente, con conseguente diminuzione del peso molecolare e delle prestazioni del PTFE. Inoltre, la stabilità alle radiazioni nel vuoto è ovviamente migliore di quella nell'aria, perché sotto la protezione del gas inerte nel vuoto, oltre alla reazione di degradazione del PTFE, si verifica anche una reazione di reticolazione tra le molecole di PTFE dovuta alle radiazioni. Se la temperatura di irradiazione e la dose di radiazioni sono controllate in modo appropriato, il materiale PTFE trattato sarà traslucido e la resistenza alle radiazioni, alle alte e basse temperature, la permeabilità all'aria e la permeabilità ai liquidi del materiale saranno notevolmente migliorate.

3. Studio sulla modifica del politetrafluoroetilene.

L'attrazione intermolecolare del politetrafluoroetilene è molto ridotta e ha una speciale struttura a catena molecolare elicoidale che gli conferisce un'energia superficiale molto bassa, per cui il politetrafluoroetilene ha anche un'ottima idrofobicità.
Attualmente, le tecniche di modifica della superficie comunemente utilizzate sono due: la modifica della superficie e la modifica del riempimento.

3.1 Modifica della superficie del politetrafluoroetilene.

Esistono tre tipi di metodi di modifica della superficie del politetrafluoroetilene. Il primo è l'uso della tecnologia di attivazione della superficie, che può essere defluorurata in modo continuo mediante radiazioni, quindi fluorurata e innestata con altri materiali in condizioni specifiche. Può anche essere trattato con gas inerte per rompere alcuni dei suoi legami principali e formare molti radicali liberi, in modo da migliorare la sua energia libera superficiale coperta e ottimizzare infine la sua bagnabilità. Inoltre, il PTFE può essere trattato a corona per produrre uno strato attivato che può essere incollato.

Il secondo tipo è la modifica chimica della corrosione, un metodo che permette di ottimizzare l'attività superficiale e che prevede una varietà di reagenti, tra cui la soluzione di ammoniaca, la soluzione di ferro pentacarbonile e così via.

Il terzo tipo è la modifica della deposizione superficiale: in particolare, il PTFE viene impregnato in una soluzione colloidale specifica, in modo che le particelle colloidali possano continuare a depositarsi sulla sua superficie, migliorarne la bagnabilità e infine ottimizzarne l'attività superficiale in modo da non incontrare troppi ostacoli durante la composizione con altri materiali.

3.2 modifica del riempimento del politetrafluoroetilene.

In genere, alla resina PTFE viene aggiunta una varietà di cariche, tra cui inorganiche, polimeriche e così via, in grado di ottimizzarne le prestazioni. Inoltre, rispetto ai prodotti convenzionali, la resistenza alla pressione dei prodotti caricati è aumentata di circa 5-10 volte, la resistenza all'usura è aumentata di circa 1000 volte, il corrispondente coefficiente di espansione lineare è diminuito di 80% e la conduttività termica è aumentata di circa 5 volte. Pertanto, ha un'ampia gamma di applicazioni, tra cui alberi lubrificati senza olio, fasce elastiche e così via. Come il cuscinetto in PTFE, viene riempito con una varietà di materiali, principalmente fibra di vetro, polvere di rame e così via, in modo da ottimizzare in modo significativo le sue varie proprietà. Inoltre, anche la cinghia di guida è un tipo di prodotto di riempimento composito molto tipico, che viene riempito con fibra di vetro, MoS2 e altri materiali. In questa fase, per l'esplorazione del PTFE di riempimento, gli studiosi del settore sono più propensi a lanciare nuovi campi di applicazione e a serializzare tutti i tipi di prodotti progettati.

4 principali campi di applicazione del politetrafluoroetilene.

Nel 2018, il consumo totale di PTFE in Cina è stato di circa 70.000 tonnellate. Il PTFE ha un'eccellente resistenza al calore, un intervallo di temperature di esercizio relativamente ampio, eccellenti proprietà elettriche e temperatura costante.
I materiali del calibro hanno un'incomparabile resistenza alla corrosione chimica e anche il ritardo di fiamma è molto ideale, per cui sono stati applicati in molti campi, tra cui quello elettronico, elettrico, petrolchimico, aerospaziale e altre aree quadrate.

L'industria petrolchimica è l'area di consumo più importante del PTFE. Grazie alle sue eccellenti prestazioni, può essere utilizzato per preparare attrezzature, raccordi per tubi e altri dispositivi. Allo stesso tempo, anche la domanda di PTFE nell'edilizia, nell'industria leggera e in altri settori è aumentata notevolmente.

4.1 Dati sull'applicazione del politetrafluoroetilene (PTFE)

in materia di anticorrosione mostrano che le apparecchiature demolite negli Stati Uniti a causa della corrosione sono circa 40% di produzione di acciaio ogni anno, con una perdita totale di circa $75 miliardi di dollari. Anche nel nostro Paese la perdita economica causata dalla corrosione è aumentata gradualmente fino a raggiungere gli attuali 15 miliardi di yuan. Ovviamente, la perdita causata dalla corrosione è un problema molto importante al momento, per cui dobbiamo attribuirle grande importanza.

Poiché la gomma, il metallo e altri materiali non hanno una buona resistenza alla corrosione e non possono essere utilizzati a lungo in condizioni ambientali difficili, la perdita risultante è piuttosto sorprendente. Il PTFE è stato ampiamente utilizzato nell'industria petrolifera, tessile e in altre industrie grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione. Tra questi, i più rappresentativi sono i tubi di scarico, i tubi per il vapore, i tubi ad alta e bassa pressione, le valvole e così via. Soprattutto in condizioni ambientali difficili, come le basse temperature e l'antiaderenza, che non possono essere utilizzate dai materiali convenzionali, il PTFE mostra i suoi vantaggi.

Un'altra importante applicazione del PTFE è quella di fungere da materiale di tenuta. Sebbene la guarnizione sia l'accessorio di tutti i tipi di apparecchiature e abbia un'importanza minore rispetto all'apparecchiatura, l'effetto di tenuta ha un impatto molto importante sull'effetto complessivo dell'utilizzo dell'apparecchiatura. Tra i prodotti rappresentativi vi sono gli scambiatori di calore, i contenitori di grande diametro, le guarnizioni dei vasi di reazione in vetro e così via. Inoltre, il composito di film di PTFE con esso può ottimizzare in modo significativo la sua resistenza ai solventi e migliorare la sua resistenza dielettrica in una certa misura, e la griglia di valenza è relativamente moderata, quindi è molto adatto per molte occasioni con requisiti di tenuta rigorosi. Allo stesso tempo, il materiale ha anche un'eccezionale resistenza alle alte e basse temperature, che rappresenta il principale sostituto della guarnizione in amianto nella fase attuale. Inoltre, se viene rinforzata con fibre di carbonio, la sua resistenza può essere migliorata fino a raggiungere un livello più elevato; anche la resistenza alla fatica è molto buona e il coefficiente di espansione termica soddisfa gli standard di utilizzo. Questo tipo di prestazioni è incomparabile con altri materiali.

4.2 Applicazione delle prestazioni a basso attrito del politetrafluoroetilene nel carico

Poiché in alcune parti dell'apparecchiatura non è possibile aggiungere olio lubrificante, il grasso lubrificante viene completamente dissolto dai solventi, i prodotti di molti settori, come quello farmaceutico e tessile, devono prestare attenzione a questo aspetto. Poiché il coefficiente di attrito è relativamente basso rispetto alla maggior parte dei materiali solidi, il PTFE caricato si è gradualmente evoluto in un eccellente materiale senza lubrificazione a olio per tutti i tipi di parti. Ha un'ampia gamma di applicazioni, tra cui i cuscinetti delle apparecchiature chimiche, le fasce elastiche, i cursori di sostegno delle capriate dei tetti in acciaio, la rotazione dei ponti e così via.

4.3 Applicazioni del politetrafluoroetilene nell'elettronica e nell'elettricità.

La costante dielettrica del politetrafluoroetilene è relativamente piccola, quindi può essere utilizzata per la preparazione di fili smaltati da utilizzare nei micro motori. Inoltre, il film fluoroplastico ha una certa permeabilità selettiva a tutti i tipi di gas, quindi questa caratteristica può essere utilizzata per preparare sensori di ossigeno. Inoltre, in combinazione con le caratteristiche di deviazione della carica poloidale dei fluoroplastici in condizioni specifiche, può essere utilizzato per preparare altoparlanti, parti di apparecchiature e così via.

Poiché l'indice di rifrazione del politetrafluoroetilene è relativamente basso, può essere utilizzato per preparare fibre ottiche. Il PTFE è un tipo di materiale isolante con un'ampia gamma di applicazioni; la sua applicazione principale è lo strato esterno di fili e cavi, per cui può svolgere un buon ruolo nei dispositivi elettronici di trasmissione e può anche svolgere un ruolo ideale nelle linee di collegamento. In condizioni di campo elettrico ad alta frequenza, la sua perdita dielettrica raggiunge un livello basso; nei circuiti stampati, ha proprietà dielettriche eccezionali ed è difficile che venga intaccato da altre sostanze chimiche. Allo stesso tempo, il film isolante è anche la principale forma di applicazione dell'isolamento elettrico del politetrafluoroetilene, ampiamente utilizzato nei mezzi di isolamento di tutti i tipi di condensatori. Inoltre, il film di PTFE ha una buona applicabilità per l'isolamento di cavi, motori e trasformatori ed è anche un materiale chiave per molti importanti componenti elettronici.

4.4 l'applicazione del politetrafluoroetilene in medicina

continua ad evolversi con il continuo sviluppo della tecnologia medica contemporanea e la dipendenza dai prodotti polimerici è ulteriormente aumentata. Questi prodotti entrano in contatto con i normali tessuti umani, quindi le loro proprietà non tossiche e rispettose dell'ambiente sono molto importanti.
Negli ultimi anni, i polimeri hanno ridotto notevolmente lo spazio di applicazione dei materiali convenzionali nel trattamento medico. Poiché il PTFE è in grado di riflettere una certa inerzia biologica, la capacità di formare pori dopo un trattamento standardizzato è molto buona; su questa base, quindi, possiamo preparare un dispositivo che non porti al rigetto dell'organismo e sviluppare un dispositivo che sia in profondo contatto con il sangue, che non avrà un impatto negativo sul sangue. Il materiale PTFE espanso è di natura puramente inerte, il che è di grande vantaggio per la sua adattabilità biologica, non porta al rigetto del corpo macchina e può essere sterilizzato con metodi diversificati, e copre una struttura multiporosa, non ha idrofilia, il sangue in genere non si blocca e può svolgere un effetto antitrombotico, questo tipo di vasi sanguigni può consentire alle cellule di entrare senza problemi. Allo stesso tempo, l'intima si forma con il tessuto attaccato, per cui l'operazione di sterilizzazione è relativamente semplice, e offre una certa comodità per la sutura delle ferite, non c'è fessurazione e non c'è collasso quando viene utilizzato per lungo tempo.

Il PTFE dilatato è anche una parte molto importante del catetere a pinza per gastroscopio, perché la sua caratteristica di deformazione è molto ideale, non vi è alcuna reazione di corpo estraneo quando viene utilizzato nel corpo umano, e vengono eseguite molte operazioni come il campionamento dello stomaco e la polipectomia, il che riduce notevolmente la difficoltà dell'operazione e riduce il dolore dei pazienti nel corso dell'operazione. Inoltre, il materiale può preparare la membrana di riparazione cardiaca, riparare bene il difetto del diaframma e standardizzare il trattamento plastico della stenosi arteriosa. Inoltre, può supportare una varietà di soluzioni Kangfu, che coinvolgono vasi sanguigni artificiali, vasi sanguigni, chirurgia e altri aspetti.

4.5 Applicazione della proprietà antiaderente del politetrafluoroetilene.

Il PTFE ha una bassa tensione superficiale e non si attacca a nient'altro.
La qualità, in grado di mostrare le caratteristiche di resistenza alle alte e basse temperature, nella pentola antiaderente ha un'applicabilità ideale. Inoltre, il processo antiaderente è solitamente di due tipi: il primo consiste nell'assemblare le parti in PTFE sul substrato; il secondo consiste nel ricoprire il rivestimento in PTFE sul substrato secondo le specifiche pertinenti mediante trattamento di termoretrazione.
Con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia moderna, i materiali in PTFE presentano anche tre carenze che non possono essere ignorate: flusso a freddo, difficile saldabilità e difficile fusione. Questi problemi sono stati risolti passo dopo passo, il che fa sì che il PTFE abbia un buon potenziale di applicazione nell'ottica, nel trattamento medico e in altri campi.

L'applicazione del politetrafluoroetilene nella depolverizzazione ad alta temperatura in Cina, l'indice di rimozione della polvere impostato nella fase iniziale è relativamente basso e la concentrazione di rimozione della polvere è di circa 400 mg/Nm3, che non soddisfa i requisiti di concentrazione di scarico della polvere non superiore a 50 mg/Nm3 e di riduzione del PM2,5 (diametro non superiore a 2,5 μ m). Pertanto, ha costituito un buon contratto di sviluppo per l'industria del controllo dell'inquinamento da polveri. Lo sviluppo di mezzi filtranti con una maggiore durata e una migliore efficienza di purificazione è diventato gradualmente il principale trend di sviluppo. D'altra parte, la maggior parte dei settori industriali ha imposto requisiti più severi per i componenti principali dei dispositivi di rimozione delle polveri, soprattutto nei settori dell'incenerimento dei rifiuti industriali e della produzione di energia, il cui ambiente relativamente difficile impone nuovi requisiti per i materiali.

Allo stesso tempo, con il continuo progresso delle industrie di tutto il mondo, l'inquinamento atmosferico si è gradualmente evoluto in un problema globale che non può essere ignorato, e la bonifica degli inquinanti continua a passare alla direzione dei gas di scarico. Nel processo di trattamento delle polveri sottili, ci sono molti metodi tra cui scegliere, tra cui i più importanti includono due tipi, ovvero il precipitatore elettrostatico e la depolverazione dei sacchi filtranti, ma ci sono pochi metodi per il trattamento dei gas di scarico. Attualmente, la ricerca sulla tecnologia di decomposizione dei catalizzatori dei gas di scarico in patria e all'estero ha fatto passi da gigante, ma l'attuale supporto del catalizzatore non è ideale. Il supporto preparato con la fibra di PTFE dovrebbe risolvere questo problema.