O que é o politetrafluoroetileno (PTFE) e sua aplicação?

O politetrafluoroetileno (PTFE), também designado por Fmur4, que é um dos materiais resistentes à corrosão mais ideais do mundo nesta fase, vulgarmente conhecido como o "rei dos plásticos". Os materiais são geralmente divididos em duas categorias, nomeadamente o politetrafluoroetileno suspenso e o politetrafluoroetileno disperso.

A resina de politetrafluoroetileno em suspensão é geralmente branca, o tamanho das partículas é relativamente grande e, através de um tratamento específico, podem ser obtidos todos os tipos de pó de tamanho de partículas. A resina pode ter um efeito ideal na moldagem e pode ser bem sinterizada em tarugos cilíndricos, sendo depois transformada em várias especificações de vedantes.

O politetrafluoroetileno disperso pode ser dividido em duas categorias, nomeadamente pó e dispersão concentrada. Atualmente, a correia de matéria-prima de PTFE comum no mercado é empurrada e extrudida com resina dispersa; além disso, o filme microporoso, a fibra e o tubo processados por resina dispersa também são utilizados em várias indústrias da economia nacional como materiais de alta qualidade. Por exemplo, a sua película pode desempenhar o papel de impermeável e respirável, e o seu diâmetro de microporos pode atingir o nível nanométrico, o que é amplamente utilizado no domínio da filtração e da separação; a fibra de politetrafluoroetileno pode ser utilizada na produção de embalagens, tecidos filtrantes à base de feltro, etc.; os tubos de politetrafluoroetileno podem ser utilizados no domínio do transporte de líquidos corrosivos e da permuta de calor. A dispersão concentrada é principalmente utilizada em vários revestimentos, a panela antiaderente comummente utilizada é fabricada por revestimento e sinterização com dispersão de politetrafluoroetileno e o tecido de fibra de vidro impregnado de teflon utilizado na indústria de impressão eletrónica também utiliza dispersão concentrada de politetrafluoroetileno.

Quais são as caraterísticas estruturais do politetrafluoroetileno (PTFE)?

O politetrafluoroetileno é polimerizado a partir do tetrafluoroetileno e a sua estrutura molecular correspondente é apresentada na figura 1.

Além disso, a estrutura química do politetrafluoroetileno consiste em substituir todos os átomos de hidrogénio do polietileno por átomos de flúor. O flúor é o elemento mais ativo e eletronegativo de todos os elementos, pelo que o desempenho do produto muda obviamente depois de o flúor substituir o hidrogénio. A principal razão é a diferença entre a ligação Cmurl F e a ligação Cmure H.

Comparando a ligação CmurF com a ligação Cmurh H, porque a eletronegatividade do átomo de carbono é obviamente superior à do átomo de hidrogénio, e a eletronegatividade do átomo de flúor é superior à do átomo de carbono, pelo que a polaridade da ligação Cmure F é oposta à da ligação Cmure H, e a polaridade da ligação Cmure F é muito maior. Por outras palavras, para a ligação Cmurf, o átomo F atrai mais pares de electrões covalentes, enquanto que o par de electrões covalentes na ligação C-H é polarizado para o átomo de carbono. O raio protónico do átomo de flúor é também significativamente maior do que o do átomo de hidrogénio, o comprimento da ligação Cmurf é obviamente maior do que o da ligação Cmure H, e a energia de ligação da ligação Cmure F é também significativamente maior do que a da ligação Cmure H .

De um ponto de vista objetivo, a ligação Cmurf é um tipo de ligação com excelente estabilidade, a energia de ligação pode ser aumentada para 460 kJ/mol, e a ligação da ligação principal de carbono é rodeada por muitos grupos atómicos de flúor, de modo que a ligação Cmure C não é afetada por outras moléculas. Além disso, o volume total dos átomos de flúor é relativamente grande e repelem-se mutuamente, a cadeia macromolecular é principalmente helicoidal, e os átomos de flúor existentes na cadeia principal têm boa simetria, pelo que é geralmente neutralização eléctrica.

2. Quais são as caraterísticas de desempenho do politetrafluoroetileno (PTFE)?

2.1 As propriedades químicas do politetrafluoroetileno são compostos orgânicos conhecidos.

Conheça os materiais poliméricos mais inertes. Devido à sua estrutura molecular especial, pode resistir a quase todos os ácidos fortes, bases e solventes orgânicos, mesmo a "água régia" não pode fazer nada com ele, e pode manter esta propriedade a alta temperatura, por isso este material também é chamado de "rei do plástico".

A exceção é que os metais alcalinos fundidos, como o sódio fundido, podem corroer a superfície do politetrafluoroetileno, fazendo com que o flúor à volta da cadeia de carbono reaja com ele. O método comum na indústria é a utilização de uma solução de naftaleno de sódio para modificar a superfície da película ou placa de politetrafluoroetileno sob a condição de proteção de azoto ou isolamento de oxigénio, de modo a desfluorar ou oxidar o politetrafluoroetileno na superfície da película ou placa, de modo a que perca a sua antiaderência e seja fácil de combinar com outros materiais.

2.2 Propriedades térmicas do PTFE

O politetrafluoroetileno pode ter um bom desempenho a altas temperaturas.
A temperatura de funcionamento é normalmente de 190 °C a 260 °C. A temperatura do ponto de fusão correspondente do material é de 327 °C e a temperatura de decomposição térmica correspondente é de 420 °C, que é uma temperatura de serviço muito elevada nos plásticos de engenharia existentes. O politetrafluoroetileno quase não tem decomposição térmica em condições inferiores a 420 °C, mas pode decompor-se muito quando excede 420 °C, e a perda total de massa por hora é de cerca de 0,01%. A sua decomposição produzirá fosgénio fluorado, perfluoroisobuteno e outras substâncias altamente tóxicas, pelo que, no processamento a quente do politetrafluoroetileno, é necessário evitar a temperatura de processamento superior a 400 °C para prevenir a formação de determinados factores de risco. Quando o politetrafluoroetileno é continuamente aquecido a 280 °C durante 72 horas, a sua resistência à tração é reduzida em cerca de 10% depois de reposta a temperatura ambiente. Além disso, quando o politetrafluoroetileno é utilizado durante muito tempo a 260 °C e depois transferido para a temperatura ambiente, a sua resistência à tração mantém-se num determinado valor. Por conseguinte, em termos de decomposição térmica, o material pode ser utilizado durante um curto período de tempo a 280 °C e continuamente a 260 °C. Além disso, em termos de deformação térmica, o material pode ser utilizado durante um longo período de tempo a 260 °C com uma carga relativamente baixa; quando a carga é elevada, a deformação térmica é muito evidente e o seu tempo de serviço é muito reduzido.

2.3 resistência à radiação

Um grande número de degradação molecular ocorre no politetrafluoroetileno (PTFE) sob feixe de electrões. Sob a ação da radiação de alta energia, a ligação Cmurc e a ligação Cmurf quebram ao mesmo tempo, resultando na diminuição do peso molecular e do desempenho do PTFE. Além disso, sua estabilidade à radiação no vácuo é obviamente melhor do que no ar, porque sob a proteção de gás inerte no vácuo, a reação de reticulação de radiação entre as moléculas de PTFE ocorrerá além da reação de degradação do PTFE. Se a temperatura de irradiação adequada e a dose de radiação forem controladas, o material de PTFE tratado será translúcido e a resistência à radiação, resistência a altas e baixas temperaturas, permeabilidade ao ar e permeabilidade a líquidos do material serão muito melhoradas.

3. Estudo da modificação do politetrafluoroetileno.

A atração intermolecular do politetrafluoroetileno é muito pequena e tem uma estrutura especial de cadeia molecular helicoidal, o que faz com que tenha uma energia de superfície muito baixa, pelo que o politetrafluoroetileno também tem uma hidrofobicidade muito boa.
Atualmente, existem duas técnicas de modificação da superfície comummente utilizadas: modificação da superfície e modificação do enchimento.

3.1 Modificação da superfície do politetrafluoroetileno.

Existem três tipos de métodos de modificação da superfície do politetrafluoroetileno. O primeiro é a utilização da tecnologia de ativação da superfície, que pode ser continuamente desfluorada por radiação, e depois fluorada e enxertada com outros materiais em condições específicas. Também pode ser tratado por gás inerte para quebrar algumas de suas ligações principais e formar muitos radicais livres, de modo a melhorar sua energia livre de superfície coberta e, finalmente, otimizar sua molhabilidade. Além disso, o PTFE pode ser processado por corona para produzir uma camada activada que pode ser colada.

O segundo tipo é através da modificação química da corrosão, este método pode otimizar a sua atividade de superfície, e há uma variedade de reagentes para escolher, incluindo solução de amoníaco, solução de ferro pentacarbonil e assim por diante.

O terceiro tipo é através da modificação da deposição de superfície, especificamente, o PTFE é impregnado em uma solução coloidal específica, de modo que as partículas coloidais podem continuar a se depositar em sua superfície e melhorar sua molhabilidade e, finalmente, otimizar sua atividade de superfície para que não encontre muitos obstáculos ao compor com outros materiais.

3.2 modificação do enchimento do politetrafluoroetileno.

Geralmente, uma variedade de cargas é adicionada à resina PTFE, incluindo inorgânica, polímero e assim por diante, o que pode otimizar seu desempenho. Além disso, em comparação com os produtos convencionais, a resistência à pressão dos produtos preenchidos aumentou cerca de 5 a 10 vezes, a resistência ao desgaste aumentou cerca de 1000 vezes, o coeficiente de expansão linear correspondente diminuiu em 80% e a condutividade térmica aumentou cerca de 5 vezes. Portanto, tem uma ampla gama de aplicações, incluindo eixos lubrificados sem óleo, anéis de pistão e assim por diante. Como o rolamento de PTFE, ele é preenchido com uma variedade de materiais, principalmente fibra de vidro, pó de cobre e assim por diante, de modo que suas várias propriedades são significativamente otimizadas. Além disso, a correia guia é também um tipo muito típico de produto de enchimento composto, que é preenchido com fibra de vidro, MoS2 e outros materiais. Nesta fase, para a exploração do enchimento de PTFE, os estudiosos relevantes estão mais inclinados a lançar novos campos de aplicação e serializar todos os tipos de produtos projetados.

4 principais domínios de aplicação do politetrafluoroetileno.

Em 2018, o consumo total de PTFE na China é de cerca de 70.000 toneladas. O PTFE tem excelente resistência ao calor, faixa de temperatura operacional relativamente ampla, excelentes propriedades elétricas e temperatura constante.
Os materiais de calibre têm uma resistência incomparável à corrosão química, e o retardamento de chama é também muito ideal, pelo que tem sido aplicado em muitos campos, incluindo a eletrónica, a eletricidade, a petroquímica, a indústria aeroespacial e outras áreas quadradas.

A indústria petroquímica é a área de consumo mais importante do PTFE. Devido ao seu excelente desempenho, pode ser usado para preparar equipamentos, acessórios para tubos e outros dispositivos. Ao mesmo tempo, a demanda por PTFE na construção, indústria leve e outras unidades também aumentou significativamente.

4.1 Dados sobre a aplicação do politetrafluoroetileno (PTFE)

Os estudos efectuados no domínio da anticorrosão mostram que o equipamento desmantelado nos Estados Unidos devido à corrosão corresponde a cerca de 40% de produção de aço por ano, o que resulta numa perda total de cerca de $75 mil milhões de dólares. As perdas económicas causadas pela corrosão no nosso país também aumentaram gradualmente para os actuais 15 mil milhões de yuan. Obviamente, a perda causada pela corrosão é um problema muito proeminente na atualidade, pelo que devemos atribuir-lhe grande importância.

Como a borracha, o metal e outros materiais não têm boa resistência à corrosão e não podem ser usados por muito tempo em condições ambientais adversas, a perda resultante é bastante surpreendente. O material PTFE tem sido amplamente utilizado nas indústrias petrolífera, têxtil e outras devido à sua excelente resistência à corrosão. Entre eles, os representativos incluem tubos de escape, tubos de vapor, tubos de alta e baixa pressão, válvulas e assim por diante. Especialmente nas condições ambientais adversas, como baixa temperatura e anti-aderência, que não podem ser usadas por materiais convencionais, mostra as vantagens do PTFE.

Outra aplicação importante do PTFE é atuar como um material de vedação. Embora a vedação seja o acessório de todos os tipos de equipamentos e seja de baixa importância em comparação com o equipamento, o efeito de vedação tem um impacto muito proeminente no efeito geral do uso do equipamento. Os representantes incluem permutadores de calor, recipientes de grande diâmetro, vedantes de vasos de reação em vidro, etc. Além disso, o composto de filme de PTFE com ele pode otimizar significativamente sua resistência a solventes e melhorar sua resistência dielétrica até certo ponto, e a grade de valência é relativamente moderada, por isso é muito adequada para muitas ocasiões com requisitos de vedação rigorosos. Ao mesmo tempo, o material também tem uma excelente resistência a altas e baixas temperaturas, que é o principal substituto da junta de amianto na fase atual. Além disso, se for reforçado com fibra de carbono, a sua resistência pode ser melhorada para um nível mais elevado, a resistência à fadiga também é muito boa e o coeficiente de expansão térmica cumpre a norma de utilização. Este tipo de desempenho é incomparável com outros materiais.

4.2 Aplicação do desempenho de baixo atrito do politetrafluoroetileno em carga

Devido ao facto de o óleo lubrificante não poder ser adicionado em algumas partes do equipamento, a graxa lubrificante será completamente dissolvida por solventes, portanto, produtos em muitos campos, como produtos farmacêuticos e têxteis, devem prestar atenção a isso. Como o coeficiente de atrito é relativamente baixo em comparação com a maioria dos materiais sólidos, o PTFE preenchido evoluiu gradualmente para um excelente material sem lubrificação com óleo para todos os tipos de peças. Tem uma ampla gama de aplicações, incluindo rolamentos de equipamentos químicos, anéis de pistão, controles deslizantes de suporte de treliças de telhado de aço, rotação de ponte e assim por diante.

4.3 Aplicação do politetrafluoroetileno na eletrónica e na eletricidade.

A constante dieléctrica do politetrafluoroetileno é relativamente pequena, pelo que pode ser utilizada na preparação de fios esmaltados para utilização em micromotores. Além disso, a película fluoroplástica tem uma certa permeabilidade selectiva a todos os tipos de gases, pelo que esta caraterística pode ser utilizada para preparar sensores de oxigénio. Além disso, combinada com as caraterísticas de desvio de carga poloidal dos fluoroplásticos em condições específicas, pode ser utilizada para preparar altifalantes, peças de equipamento, etc.

Como o índice de refração do politetrafluoroetileno é relativamente baixo, ele pode ser usado para preparar fibra ótica. O PTFE é um tipo de material isolante com uma ampla gama de aplicações, e sua aplicação principal é a camada externa de fios e cabos, portanto, pode desempenhar um bom papel na transmissão de dispositivos eletrônicos e também pode desempenhar um papel ideal na conexão de linhas. Sob a condição de campo elétrico de alta frequência, a sua perda dieléctrica atinge um nível baixo; na placa de circuito impresso, tem excelentes propriedades dieléctricas e é difícil de ser afetada por outros produtos químicos. Ao mesmo tempo, a película isolante é também a principal forma de aplicação do isolamento elétrico do politetrafluoroetileno, que é amplamente utilizado nos meios de isolamento de todos os tipos de condensadores. Além disso, a película de PTFE tem boa aplicabilidade para cabos isolados, motores e transformadores, e é também um material chave para muitos componentes electrónicos importantes.

4.4 aplicação do politetrafluoroetileno em medicina

A tecnologia médica contemporânea continua a desenvolver-se com o desenvolvimento contínuo da tecnologia médica contemporânea e a dependência dos produtos poliméricos aumenta ainda mais. Esses produtos entram em contacto com tecidos humanos normais, pelo que as suas propriedades não tóxicas e amigas do ambiente são muito importantes.
Nos últimos anos, os polímeros reduziram muito o espaço de aplicação de materiais convencionais no tratamento médico. Como o PTFE pode refletir uma certa inércia biológica, a capacidade de formação de poros após o tratamento padronizado é muito boa, portanto, com base nisso, podemos preparar um dispositivo que não leve à rejeição do organismo e desenvolver um dispositivo que esteja em contato profundo com o sangue, que não terá um impacto negativo no sangue. O material PTFE expandido é puro inerte na natureza, o que é de grande benefício para sua adaptabilidade biológica, não leva à rejeição do corpo da máquina e pode ser esterilizado por métodos diversificados, e cobre a estrutura multi-porosa, não tem hidrofilicidade, o sangue geralmente não bloqueia, e pode desempenhar um efeito antitrombótico, este tipo de vasos sanguíneos pode permitir que as células entrem suavemente. Ao mesmo tempo, a íntima é formada com o tecido anexado, pelo que a operação de esterilização é relativamente simples, e proporciona alguma conveniência para a sutura de feridas, não há fissuras, e não há colapso encolhido quando é utilizado durante muito tempo.

O PTFE dilatado também é uma parte muito importante do cateter de pinça gastroscópica, pois sua caraterística de deformação é muito ideal, não há reação de corpo estranho quando usado no corpo humano, e muitas operações como amostragem de estômago e polipectomia são realizadas, o que reduz muito a dificuldade de operação e reduz a dor dos pacientes no decorrer da operação. Além disso, o material pode preparar a membrana de reparação cardíaca, reparar bem o defeito do diafragma e normalizar o tratamento plástico da estenose arterial. Além disso, pode suportar uma variedade de soluções Kangfu, que envolvem vasos sanguíneos artificiais, vasos sanguíneos, cirurgia e outros aspectos.

4.5 Aplicação da propriedade anti-adesão do politetrafluoroetileno.

O PTFE tem uma tensão superficial baixa e não está ligado a mais nada.
Qualidade, pode mostrar as caraterísticas de resistência a altas e baixas temperaturas, na panela antiaderente antiaderente tem uma aplicabilidade muito ideal. Além disso, o processo anti-adesivo geralmente abrange dois tipos: o primeiro é montar as peças de PTFE no substrato; o segundo é cobrir o revestimento de PTFE no substrato de acordo com as especificações relevantes por tratamento de encolhimento térmico.
Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas, os materiais de PTFE também apresentam três deficiências que não podem ser ignoradas: fluxo a frio, soldabilidade difícil e fusão difícil. Estes problemas estão a ser resolvidos passo a passo, o que faz com que tenha um bom potencial de aplicação em ótica, tratamento médico e outros campos.

Aplicação de politetrafluoroetileno em despoeiramento de alta temperatura na China, o índice de remoção de poeira definido na fase inicial é relativamente baixo, e a concentração de remoção de poeira é de cerca de 400 mg / Nm3, o que não atende aos requisitos de concentração de descarga de poeira não superior a 50 mg / Nm3 e reduzindo PM2.5 (diâmetro não superior a 2,5 μ m). Assim, formou um bom contrato de desenvolvimento para a indústria de controlo da poluição por poeiras. O desenvolvimento de meios filtrantes com maior vida útil e melhor eficiência de purificação tornou-se gradualmente a principal tendência de desenvolvimento. Por outro lado, a maioria das indústrias apresenta requisitos mais rigorosos para os principais componentes dos dispositivos de despoeiramento, especialmente nos domínios da incineração de resíduos industriais e da produção de energia, cujo ambiente relativamente agressivo apresenta novos requisitos para os materiais.

Ao mesmo tempo, com o progresso contínuo das indústrias em todo o mundo, a poluição atmosférica evoluiu gradualmente para um problema global que não pode ser ignorado, e a limpeza dos poluentes continua a transitar para a direção dos gases residuais. No processo de tratamento de poeiras finas, há muitos métodos à escolha, dos quais os mais importantes incluem dois tipos, nomeadamente, o precipitador eletrostático e o despoeiramento de sacos de filtro, mas há poucos métodos para o tratamento de gases residuais. Atualmente, a investigação sobre a tecnologia de decomposição de catalisadores de gases residuais no país e no estrangeiro tem feito um grande avanço, mas o atual suporte do catalisador não é o ideal. Espera-se que o transportador preparado por fibra de PTFE resolva este problema.