Fluorpolymeren zijn een alomtegenwoordig onderdeel van het moderne leven – gebruikt in alles van voedselverpakkingen tot de antiaanbaklagen op keukenpannen. Fluorpolymeren zijn in staat gebleken om aan veel verschillende industriële behoeften te voldoen, waardoor ze een zeer populair materiaal zijn geworden.

De binding van koolstof met fluoride die in fluorpolymeren aanwezig is, geeft ze hun karakteristieke eigenschappen – brand- en chemische weerstand. C-F bindingen zijn zeer sterk en de synthese van verschillende fluorpolymeren met enigszins verschillende C-F bindingswijzen heeft bijgedragen tot het ontstaan van de enorme en diverse fluorpolymeerindustrie die nu bestaat.

Homopolymeren, die ontstaan door het aaneenrijgen van monomeereenheden, en copolymeren, die ontstaan door het aaneenrijgen van twee verschillende monomeren, zijn slechts twee voorbeelden van de verschillende configuraties waardoor zoveel verschillende fluorpolymeren kunnen worden geproduceerd.

Deze diverse industrie begon met slechts één oorspronkelijk fluorpolymeer: polytetrafluorethyleen, of PTFE.

Figuur 1. Landschap van populaire fluoropolymeren. Homopolymeren zoals PTFE worden vervaardigd door polymerisatie van identieke monomeereenheden. De copolymeren nemen twee of meer monomeren op om het definitieve polymeer material.

PTFE te produceren was het resultaat van jaren van een toevallige ontwikkeling door chemici bij Dupont, die op de ontwikkeling van nieuwe koelmiddelen werden geconcentreerd.1 de onderzoekers hadden vloeibaar tetrafluoroethylene (TFE) bij lage temperatuur in een drukvat verlaten, en na wat tijd verlaten onbeheerd, ontdekten zij dat het materiaal had gepolymeriseerd om een wasachtige deklaag op de binnenlandse muren van het vat te vormen. Men ontdekte dat deze coating PTFE was.

Terwijl deze ontdekking in 1938 plaatsvond, werd PTFE pas in 1946 gecommercialiseerd. Vóór dit PTFE werd gebruikt in het Project van Manhattan, het werk van Amerika bij het ontwikkelen van een atoombom, wat betekent dat het nieuwe materiaal geheim werd gehouden. Het vaakst verstrekt als polymeerdeklaag voor metaaloppervlakten TeflonTM PTFE (ook als enkel TeflonTM bekend) is nu het beroemdst voor zijn gebruik als non-stick deklaag voor keukenmateriaal.

PTFE de synthese impliceert de polymerisatie van monomeren van TFE (Figuur 2). De synthese omvat eerst de productie van TFE met behulp van chloroform (CHCl3), fluorwaterstofzuur (HF) en calciumfluoride (CaF2), die worden verhit tot temperaturen van meer dan 600 °C (1112 °F). Het bij deze reactie vrijkomende TFE-gas wordt vervolgens afgekoeld tot een vloeistof die vervolgens kan worden gezuiverd.

Figuur 2. PTFE (polytetrafluorethyleen) en zijn directe synthetische precursoren. PTFE wordt gemaakt uit de polymerisatie van tetrafluorethyleen (TFE)-monomeren via een radicaalreactie.

De vloeibare TFE wordt vervolgens via een radicaalmechanisme gepolymeriseerd, waarbij een initiator zoals peroxide (ROOR) wordt gebruikt om PTFE te produceren. Dit proces kan op verschillende manieren worden aangepast voor de productie van PTFE als stroom, als waterige dispersie of als pellets.2

De krachtige eigenschappen van PTFE in vergelijking met andere fluorpolymeren betekent dat het wordt beschouwd als de beste beschikbare. Deze eigenschappen komen uit PTFE uitsluitend hebbend slechts bindingen C-F, die sterk, kort en inert zijn, langs het is C-C polymeerruggengraat (Figuur 3), betekenend wordt de ruggengraat effectief beschermd door een buitenlaag van inerte fluoratomen.

Figuur 3. Structuur van PTFE. A) Stereo bond-line tekening, B) bal-en-stok model, en C) ruimte-vullend model van PTFE (weergegeven als zig-zag voorstelling). (De conformatie van PTFE is veranderlijk tijdens smelting en amorfe fasen).

Deze unieke structuur leidt tot de gunstige eigenschappen dat PTFE voor – chemische inertie, lage waterabsorptie en een uiterst lage wrijvingscoëfficiënt bekend is, die het een glad gevoel geeft.

Verwerking

De hoge viscositeit van PTFE betekent dat het niet smeltverwerkbaar is; nochtans, kunnen de methodes zoals de pasteurextrusie, die het mengen van poedervormige PTFE-hars met een smeermiddel (b.v. een koolwaterstof) impliceert, voor verwerking worden gebruikt (Tabel 1). Met behulp van mengmethoden kan een voorvorm worden geproduceerd die vervolgens kan worden verwerkt tot componenten zoals banden, slangen en platen.

Tabel 1. Geschiktheid voor de verwerking van PTFE. Hoewel PTFE niet in smelting kan worden verwerkt, is het geschikt voor diverse andere productiemethoden, waaronder pasteurextrusie en persen.

Het is ook mogelijk om PTFE-componenten te produceren door het in een staaf te gieten of te sinteren. De resulterende staaf kan dan worden verwarmd en ram-extruded voor de productie van pijpen, wegen of buizenstelsel. Bovendien kunnen de PTFE-staven dan calendared worden om membranen en bladen te maken, of de gevormde componenten kunnen via compressie molding.

worden geproduceerd de grote verscheidenheid van verschillende manieren dat PTFE kan worden verwerkt aantonen dat ondanks niet smelting-verwerkbaar PTFE de componenten nog gemakkelijk voor douanetoepassingen kunnen worden geproduceerd.

PTFE Eigenschappen

Fysisch en Mechanisch

Velen zien PTFE als de “gouden norm” van fluoropolymers wegens zijn waaier van uitstekende eigenschappen. Aangezien PTFE reeds zo begeerlijk was, waren de volgende ontwikkelingen van nieuwe fluorpolymeren, zoals PFA en FEP, pogingen om polymeren te produceren met dezelfde eigenschappen als PTFE maar die konden worden gesmolten.

PTFE is het rechte-keten geperfluoreerde polymeer dat het hoogste niveau van fluorverzadiging heeft, en het is dit dat de meeste van zijn gunstige eigenschappen verleent (Tabellen 2 en 3). De C-C bindingen langs de polymeerruggengraat van PTFE zijn sterk en kort en wanneer zij gecombineerd worden met de sterk polymere C-F bindingen die naar buiten uitdijen, resulteren zij in een vaste stof met hoge dichtheid en kristalliniteit.

Tabel 2. Typische fysische eigenschappen van PTFE. De fysische eigenschappen van PTFE plaatsen het in een kleine groep van fluoropolymers waarvan de eigenschappen superieur aan bijna alle andere polymeerplastieken zijn. (De methodes zijn ASTM-testnormen behalve waar aangegeven met *).

Tabel 3. Typische mechanische eigenschappen van PTFE. Terwijl betrekkelijk mechanisch zwak, stelt PTFE zeer lage coëfficiënt van wrijving en zeer hoge hardheid tentoon.

The de inerte en hydrophobic fluoratomen bedekken effectief de ruggengraat; makend PTFE chemisch unreactive naar een reusachtige waaier van chemische producten en maakt het biocompatibel aan een medische rang van Klasse VI.

Hoewel er sommige beperkingen in het mechanische gedrag van PTFE zijn neigt het beter te zijn dan alle andere fluoropolymers in termen van diverse verschillende voordelige characteristics.

The zijn de mechanische eigenschappen van PTFE verwant met zijn kristalliniteit; welke zeer hoog is omdat de molecules PTFE een uiterst homogene, lineaire structuur hebben. Vers geproduceerd PTFE heeft de neiging om een kristalliniteit van meer dan 90% te hebben, aanzienlijk meer dan de 40-50% kristalliniteit van PVDF, een ander zeer homogeen fluorpolymeer.

Materialen met een hoge kristalliniteit hebben de neiging bros te zijn, met lagere elasticiteit en treksterkte. Om de brosheid van PTFE te verminderen kan het worden gesynthetiseerd om een vuller te bevatten, of een verschillend type van verwerking kan worden gebruikt, dat voor bepaalde mechanische (of andere) eigenschappen selecteert. Dat gezegd hebbende, kan de kristalliniteit vaak voordelig zijn aangezien het een betere schokweerstand en een hardheid verstrekt, die in hoog-slijtagetoepassingen nuttig is.

De uiterst lage wrijvingscoëfficiënt van PTFE resulteert in een zeer glad oppervlak dat helpt de schade verminderen die uit slijtage voortvloeit. Tot slot, ook een resultaat van zijn kristallijne structuur, is PTFE hoogst temperatuur stabiel betekenend toont het gelijkaardige eigenschappen over een brede temperatuurwaaier.

Thermal

The hebben de sterke C-F en C-C het plakken wijzen in PTFE een significante invloed op zijn thermische eigenschappen (Tabel 4), met de bindingen C-F die een hogere bandsterkte (116 kcal/mol) hebben dan zelfs C-H bindingen (99 kcal/mol).3 Deze uiterst sterke bindingen betekenen PTFE een hoge werkende temperatuur van zelfs 260 °C (500 °F) heeft, één van het hoogst van alle fluoropolymers.

Tabel 4. PTFE thermische eigenschappen. PTFE stelt het breedste temperatuurgebruiksgebied van om het even welk fluoropolymeer tentoon. PTFE is ook hoogst bestand tegen het branden en vereist zeer hoge zuurstofinhoud om te verbranden. (De methodes zijn ASTM-testnormen behalve waar aangegeven)

PTFE is ongelooflijk moeilijk te branden, en heeft minstens 95% zuurstofconcentratie nodig. (In vergelijking, bevat de normale lucht slechts ongeveer 21% zuurstof). Deze brandbaarheidskenmerken van PTFE zijn vooral voordelig voor componenten PTFE die in gevoelige of kritieke toepassingen zoals ruimte en automobielmilieu’s worden gebruikt.

Het zou moeten worden opgemerkt dat PTFE een ongeveer 1.8% daling in volume tussen de temperaturen van 30 °C tot 19 °C (86 °F aan 66 °F) kan ondergaan, aangezien zijn structuur een strak gewonden canonieke spiraal vormt wanneer gekoeld.4,5 Deze daling in volume is belangrijk en zou moeten worden overwogen wanneer het produceren van componenten PTFE voor milieu’s die een fijne tolerantie eisen. Zodra de spiraalvormige conformatie wordt gevormd, d.w.z. bij een temperatuur onder 19 °C (66 °F), toont PFTE uitstekend functioneel gedrag aan temperaturen zo laag zoals -200 °C (-328 °F).

PTFE houdt veel van zijn voordelige kenmerken over een brede temperatuurwaaier, meer dan de meeste andere fluoropolymers.

Electrical

PTFE is een uniek polymeer in termen van zijn elektrisch gedrag (Lijst 5). De extreme polariteit van de bindingen C-F in PTFE geeft het uitzonderlijke dià “lektrische eigenschappen over een breed frequentiegebied. De diëlektrische constante en de dissipatiefactor van PTFE vertonen een goede stabiliteit van kamertemperatuur tot temperaturen tot -250 °C (-418 °F), en bij frequenties tot 10 GHz.6,7 Het minimaliseren van de vorming van holten tijdens de productie van PTFE kan worden gebruikt om de diëlektrische sterkte (d.w.z. doorslagspanning) van PTFE verder te verbeteren.

Tabel 5. Elektrische eigenschappen van PTFE. Het geperfluoreerde karakter van PTFE, dat sterk polaire C-F bindingen bevat, resulteert in zeer gunstige isolerende eigenschappen. De diëlektrische voordelen van PTFE blijven bijna onveranderd over een zeer breed frequentiegebied. (De methodes zijn ASTM behalve waar vermeld)

De diëlektrische sterkte van PTFE wordt niet sterk beïnvloed door thermische veroudering of verwarming.7 Over het geheel genomen neigen de isolerende eigenschappen van PTFE beter te zijn dan de meeste andere stevige materials.

Finishing

PTFE kan worden gebeëindigd gebruikend de meeste standaardvervaardiging en machinaal bewerkend methodes. Stevig verwerkt PTFE kan worden gebruikt om een verscheidenheid van verschillende vormen, types en producten te veroorzaken. De gemeenschappelijke machinaal bewerkende methodes, met inbegrip van het onttrekken, het draaien, het draadsnijden, het boren, het malen skiving en meer, kunnen worden uitgevoerd zonder het moeten om het even welke wijzigingen aan equipment.

Hoewel het een plastiek is, betekent de hardheid van PTFE dat het hulpmiddelen in een gelijkaardige mate zoals roestvrij staal.7 slijt, nochtans, betekent dit ook dat de componenten PTFE aan tolerences kunnen worden gestemd zo laag zoals < ± 0.001′ (0,025 mm).7

Het is ook mogelijk om PTFE voor te expanderen om krimpkousen voor inkapselingen te vormen, die dan uitharden tot een bijna vaste vorm. Deze vormen van membraan of blad PTFE kunnen dan mechanisch worden uitgebreid of uitgerekt (met behulp van een andere methode dan warmte krimpen) op een gecontroleerde manier om geëxpandeerde PTFE (ePTFE) te geven. ePTFE heeft een microporeuze structuur en kan worden gebruikt in nieuwe toepassingen, met name voor gespecialiseerde filtraties of in medische devices.

Het is mogelijk om afgewerkte PTFE-componenten te lijmen, hoewel dit vaak het chemisch etsen van de component vereist met behulp van geconcentreerde alkalimetaalhydriden of hydroxiden.6 De pigmenten kunnen worden gebruikt om PTFE te kleuren, hoewel de keus van pigmenten tot die wordt beperkt die de hoge temperaturen kunnen weerstaan waarbij PTFE wordt verwerkt.

Het post-extrusie vriendelijke gedrag van PTFE is één van de belangrijkste redenen het voor gebruik in krachtige toepassingen over een brede waaier van de industrieën wordt begunstigd.

Toepassingen

PTFE blijft nog steeds als populairste commerciële polymeerplastiek,2 met zijn gunstige eigenschappen, namelijk zijn chemische en thermische inertie en kristalstructuur, die het alomtegenwoordig in de meeste commerciële sectoren maken (Lijst 6). Deze strekken zich uit van de chemische en elektrische industrieën tot de automobiel- en ruimtevaartindustrie, waar PTFE in gespecialiseerde niches wordt gebruikt.

Tabel 6. Overzicht van PTFE toepassingen. De temperatuurtolerantie van PTFE, de mogelijkheid om te worden gesteriliseerd, en de mogelijkheid om te worden geproduceerd in vormen zoals ePTFE en PTFE-hitte krimpen hebben het tot één van de wijdst gebruikte fluoropolymers gemaakt.

PTFE dat is geëxtrudeerd kan worden gebruikt om geëxtrudeerd over draad, buizenstelsel, monofilamenten (met of zonder profielen) te produceren; het kan worden gekalanderd tot vellen of membranen, die vervolgens kunnen worden uitgerekt om microporeus ePTFE of warmtekrimp PTFE te vormen, of het kan worden geperst.

PTFE kan ook worden geëxtrudeerd om vormen te krijgen die anders uiterst moeilijk (zo niet onmogelijk) te produceren zouden zijn (figuur 4). De ruwe componenten PTFE kunnen worden gewijzigd of worden machinaal bewerkt om gespecialiseerde afgewerkte goederen te produceren of nieuwe voorwerpen te produceren. De materià “le eigenschappen en de productieveelzijdigheid van PTFE hebben in het geleid worden gevestigd als populairste fluoropolymer er is.

Figuur 4. Geëxtrudeerde PTFE-profielen. Zeus kan PTFE in bijna onbeperkte aangepaste profielen (en multilumenvormen) zoals hier getoond extruderen die anders moeilijk te produceren zouden zijn.

Samenvatting

PTFE was de eerste van vele fluoropolymers en heeft zich als één van de belangrijkste commerciële plastieken gevestigd die er zijn. Gedeeltelijk toe te schrijven aan zijn homopolymeerstructuur is het het meest fluorinated van alle fluoropolymers, resulterend in een hoge chemische en thermische stabiliteit; met deze eigenschappen die PTFE toestaan om bijna alle andere polymeren in termen van gunstige eigenschappen in verschillende toepassingen te verslaan.

De sterke band die in PTFE aanwezig is betekent het een hoge smeltingstemperatuur heeft, en beïnvloedt zijn hoge smeltingsviscositeit; wat betekent het niet smelting-verwerkt kan zijn en in plaats daarvan moet worden ram of deeg geëxtrudeerd. De machinale bewerking van PTFE kan met standaardtechnieken en -methodes worden uitgevoerd, en de bladen van PTGE kunnen worden uitgebreid om microporeuze ePTFE of hitte te vormen shrinks.

Het non-stick oppervlak van PTFE kan worden omzeild gebruikend chemisch etsen om PTFE toe te staan om worden geplakt. De hoogst veelzijdige aard van PTFE is één van de belangrijkste redenen het het populairste industrià “le plastiek daar is.

The zijn de uitzonderlijke eigenschappen van PTFE een andere reden het zo populair is. Het is volledig fluorinated structuur (exclusief de C-C polymeerruggengraat) maakt tot het het model waarop andere fluoropolymers zijn ontwikkeld. De sterke bindingen C-C en C-F in PTFE geven het hoge chemische en thermische inertie, vereisend een atmosfeer van minstens 95% zuurstof om worden verbrand.

The het isoleren macht van PTFE maakt het voor gebruik in elektrotoepassingen wenselijk. Terwijl het sommige mechanische beperkingen heeft betekenen de uiterst hoge hardheid en de lage wrijvingscoëfficiënt van PTFE het uitstekend in componenten is die hoge slijtage zullen ervaren. Over het geheel genomen overtreffen de voordelige eigenschappen van PTFE die van bijna alle andere polymeren (Tabel 7).

Tabel 7. Voordelen en beperkingen van PTFE. PTFE kan in bijna elke toepassing worden gebruikt waar de mechanische sterkte niet wordt vereist met uitzondering van radiologisch gebruik. De brede chemisch, temperatuur, en verweringsweerstand plaatsen PTFE in een groep door zich in het landschap van de uitdrijvingen van het prestatiesfluoropolymeer.

Deze informatie is afkomstig van, gecontroleerd en aangepast van materiaal dat door Zeus werd verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht bij Zeus.

Citaties