Polytetrafluoroethylene (PTFE) หรือที่รู้จักกันในนาม "เทฟลอน" และ "พลาสติกราชา" ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากความต้านทานอุณหภูมิสูงความต้านทานการกัดกร่อนการต้านทานตัวทำละลายฉนวนกันความร้อนสูง อะตอมไฮโดรเจน .
1. โครงสร้างและคุณสมบัติของ ptfe
1. ลักษณะโครงสร้าง
Polytetrafluoroethylene เป็น homopolymer ของ tetrafluoroethylene ซึ่งสามารถเตรียมได้โดยวิธีการโพลีเมอไรเซชันเช่นวิธีการระงับวิธีการกระจายและวิธีการอิมัลชัน .}
Polytetrafluoroethylene เป็นวัสดุที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษและฟลูออโรพลาสติกชนิดเดียวที่สามารถใช้เป็นพลาสติกวิศวกรรม .
2. คุณสมบัติหลัก
น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PTFE มีขนาดใหญ่มากดังนั้นน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์จึงไม่มีผลกระทบที่ชัดเจนต่อความแข็งแรง แต่ผลึกมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแกร่งความเหนียวการยืดตัวและความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ PTFE .}
ความหนาแน่นของ PTFE อยู่ที่ประมาณ 2 . 2G/cm3 พื้นผิวเรียบและขี้ผึ้งและมุมสัมผัสกับน้ำคือ 114 องศา -115 องศา . PTFE มักจะเป็นสีขาว ลดลงเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น
ความต้านทานแรงดึง, การยืดตัว, โมดูลัสยืดหยุ่น, ความแข็ง, การซึมผ่านของอากาศ, ความแข็งแรงของอิเล็กทริก, ฯลฯ . ของ PTFE นั้นเกี่ยวข้องกับเงื่อนไขการประมวลผลเช่นแรงดันการปั้นอุณหภูมิและเวลาในการเผาผลาญความดัน ในผลิตภัณฑ์ดังนั้นจึงปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกล . ptfe มีโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำและมีแนวโน้มที่จะคืบ . คืบคลานเป็นเหตุผลว่าทำไม PTFE จึงสามารถใช้ในการปิดผนึกในปะการังเทปดิบ
ความแข็งของ PTFE ต่ำ แต่สามารถปรับปรุงได้โดยการเพิ่มฟิลเลอร์ .
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของ PTFE นั้นเล็กที่สุดในบรรดาวัสดุที่เป็นของแข็งทั้งหมดและไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ . ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคงที่ของมันมีขนาดเล็กกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบไดนามิก . ดังนั้นแบริ่ง PTFE เริ่มต้นอย่างราบรื่นและมีความต้านทานต่ำ ความเร็ว .
ค่าการนำความร้อนของ PTFE อยู่ในระดับต่ำซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสมโดยการเพิ่มฟิลเลอร์โลหะ .
จุดหลอมเหลวของ PTFE คือ 327 องศาอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปความร้อนคือ 50-60 องศา (ISO R75 A วิธี) หรือ 130-140 องศา (วิธี B) อุณหภูมิการทำงานคือ -200-260 ระดับสูง 204-327 องศาดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องทำความร้อน stabilizer .}
มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ polytetrafluoroethylene มีขนาดค่อนข้างใหญ่ตั้งแต่หลายแสนถึง 10 ล้านโดยทั่วไปหลายล้าน (ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันอยู่ในลำดับ 104 ในขณะที่โพลีเอทิลีนเพียง 103) {. หน่วย CF2 ในโมเลกุล polytetrafluoroethylene ถูกจัดเรียงในรูปตัวซิกแซก . เนื่องจากรัศมีของอะตอมฟลูออรีนมีขนาดใหญ่กว่าไฮโดรเจนเล็กน้อย CF2 ที่อยู่ติดกันไม่สามารถอยู่ในแนวยาว ห่วงโซ่ . โครงสร้างโมเลกุลนี้อธิบายคุณสมบัติต่าง ๆ ของ polytetrafluoroethylene .
2. ฟิลด์แอปพลิเคชันของ PTFE
PTFE มีความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีที่ดีที่สุดดังนั้นจึงใช้มากที่สุดในวัสดุต่อต้านการกัดกร่อนและมีการใช้งานที่หลากหลาย PTFE มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมดังนั้นจึงใช้เป็นวัสดุฉนวนในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้า PTFE มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขนาดเล็กและความต้านทานการสึกหรอที่ดีดังนั้นจึงใช้ในการทำวัสดุทนต่อการสึกหรอชิ้นส่วนเลื่อนและซีลในอุตสาหกรรมเครื่องจักร .
PTFE ใช้กันอย่างแพร่หลายในสะพานและอาคารเพื่อรองรับการรับน้ำหนัก . นอกจากนี้ตามการซึมผ่านของฟิล์ม PTFE หลังการรักษาสามารถใช้เป็นวัสดุแยกที่จะผ่านการแยกก๊าซหรือของเหลวเพื่อแยกออกจากกัน นอกจากนี้ยังมีการใช้ของเหลวที่มีการกัดกร่อน .} . ตัวอย่างเช่นเยื่อหุ้มเซลล์ PTFE สามารถใช้เป็นอวัยวะของมนุษย์รวมถึงหลอดเลือดเทียม
1. แอปพลิเคชันของ PTFE ในฟิลด์ 5G
ลามิเนตทองแดงทองแดง FR4 ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการสื่อสารใช้อีพอกซีเรซินเป็นวัสดุพื้นผิว แต่การสูญเสียของมันมีขนาดใหญ่และไม่เหมาะสำหรับการสื่อสารความถี่สูง .}
ข้อกำหนดสำหรับลามิเนตทองแดงที่มีความถี่สูงในสนาม 5G เป็นค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำและปัจจัยการสูญเสียอิเล็กทริกต่ำและสนาม 5G มีลักษณะของตัวเอง (แอปพลิเคชันไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร) และมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับลามิเนตทองแดง
ปัจจุบันเรซินโพลีเทตราฟลูออโรเอทิลีนเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำที่สุดและคุณสมบัติอิเล็กทริกและการสูญเสียอิเล็กทริกสามารถตอบสนองความต้องการของสถานีฐานการสื่อสารในสนาม 5G . ดังนั้นจึงมีการใช้งานระดับสูงในระดับสูง ลามิเนตชุดทองแดง .
นอกจากนี้ PTFE ยังมักจะใช้ในฟิลด์ 5G เพื่อสร้างสายเคเบิลโคแอกเซียลกึ่ง flexial, สายเคเบิลโคแอกเซียล RF, บอร์ดเสาอากาศเรดาร์ ฯลฯ .}
2. การประยุกต์ใช้ PTFE ในอุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจน
ในสนามพลังงานไฮโดรเจน PTFE ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการปิดผนึกอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์เช่นเดียวกับการเสริมสร้างเยื่อหุ้มโปรตอนแลกเปลี่ยนในเซลล์เชื้อเพลิง PEM และอิเล็กโทรไลต์น้ำ .
ในอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ปะเก็นซีลเป็นส่วนประกอบหลักซึ่งมีทั้งฟังก์ชั่นการปิดผนึกและฉนวน . การรั่วไหลเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อชีวิตและความปลอดภัยของอิเล็กโทรไลซ์อัลคาไลน์ วัสดุการปิดผนึกถังอัลคาไลน์ได้รับการทำซ้ำหลายครั้งและการอัพเกรดเช่นแผ่นยางแร่ใยหิน-"แผ่นผ้าในหนึ่ง" Gaskets-Polytetrafluoroethylene (PTFE) Gaskets . Gaskets . PTFE ถูกเติมและแก้ไขด้วยฟิลเลอร์เสริมเช่นเส้นใยแก้วอลูมินาและกราไฟท์จากนั้นหล่อขึ้นรูปและเผาเพื่อสร้างปะเก็นปิดผนึก .}
ในเซลล์เชื้อเพลิงและอิเล็กโทรไลต์น้ำ PEM เยื่อหุ้มเซลล์โปรตอนกำลังพัฒนาไปสู่ความผอมบาง แต่ชีวิตของเยื่อกรดกรด perfluorosulfonic ที่เป็นเนื้อเดียวกันไม่สามารถตอบสนองความต้องการของเซลล์เชื้อเพลิงและอิเล็กโทรไลต์น้ำ PEM . ในปัจจุบัน เมมเบรน . polytetrafluoroethylene เมมเบรน (EPTFE) ขยายเป็นโครงสร้างจุลภาคสามมิติที่มีรูพรุนกับระดับไมโครมิเตอร์หรือระดับ submicrometer .}
ในปัจจุบันตลาด EPTFE ทั่วโลกถูกควบคุมโดยผู้ผลิตไม่กี่รายเช่น Gore, Nitto Denko และ Donaldson ในสหรัฐอเมริกา . PAN ในประเทศเอเชีย Microporous ประสบความสำเร็จ บัญชีสำหรับส่วนใหญ่ของตลาดระดับสูง .
3. เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยน ptfe
Polytetrafluoroethylene (PTFE) มีความต้านทานความร้อนที่ดี, ฉนวน, คุณสมบัติการหล่อลื่นด้วยตนเอง, การไม่ติดไฟ, ไม่ติดและคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ เนื่องจากพันธะฟลูออรีน-คาร์บอนที่มีอยู่ในความสามารถในการต้านทาน ของ "The King of Plastics" . มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันอุตสาหกรรมเครื่องจักรกลและวัสดุทางการแพทย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาของ Tribology . ดังนั้นในสาขาวิศวกรรมพลาสติก PTFE ได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุที่นักวิจัยได้รับความนิยม
อย่างไรก็ตามเนื่องจากข้อบกพร่องของ PTFE เช่นความแข็งต่ำการสึกหรอง่ายและการต้านทานการคืบที่ไม่ดีจึงมีข้อ จำกัด บางประการในการใช้งานจริงและการผลิต . ดังนั้นนักวิจัยจึงได้รับการหาวิธีที่ยอดเยี่ยม เพื่อชดเชยข้อบกพร่องของ PTFE เองส่วนใหญ่รวมถึงการปรับเปลี่ยนพื้นผิวการดัดแปลงการผสมและการปรับเปลี่ยนการเติม . ในหมู่พวกเขาการผสมผสานการดัดแปลงและการปรับเปลี่ยนการเติมส่วนใหญ่ใช้ในการเตรียมวัสดุคอมโพสิต
1. การปรับเปลี่ยนพื้นผิว
PTFE มีกิจกรรมพื้นผิวที่ต่ำมากและไม่ติดแน่นซึ่งช่วยลดระดับการยึดเกาะกับวัสดุอื่น ๆ . การปรับเปลี่ยนพื้นผิวไม่เพียง แต่ช่วยปรับปรุงความเฉื่อยของพื้นผิวและความเข้ากันได้กับฟิลเลอร์ แต่ยังช่วยปรับปรุงกิจกรรมพื้นผิวของเมทริกซ์ คือการกำจัดไอออนฟลูออไรด์พื้นผิวและการปลูกถ่ายอวัยวะที่ใช้งานอยู่บนพื้นผิวเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงกิจกรรมของวัสดุเมทริกซ์ .
การดัดแปลงพลาสมาระเบิดพื้นผิวของตัวอย่างที่มีพลาสมาพลังงานสูงถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลบนพื้นผิวของตัวอย่างทำให้เกิดการกัดด้วยความร้อนการเชื่อมขวางการย่อยสลายและปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวอย่าง พื้นผิว . การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุโดยการรักษาด้วยพลาสมาอุณหภูมิต่ำสามารถแบ่งออกเป็นการแกะสลักพื้นผิวพลาสมา, พันธะพลาสมา, การสะสมไอพลาสมา, การสะสมของเหลวในพลาสมา
การแผ่รังสีพลังงานสูงสามารถกระตุ้นการปลูกกราฟต์พอลิเมอไรเซชันและให้คุณสมบัติบางอย่างที่เป็นเอกลักษณ์ของพอลิเมอร์เช่นการปรับปรุงความสามารถในการไฮโดรฟิลิติกความเข้ากันได้ทางชีวภาพ, ค่าการนำไฟฟ้า, ฯลฯ . พื้นผิวที่ได้รับการรักษาด้วยรังสี พอลิเมอร์กราฟต์ที่ง่ายต่อการยึดติดทำให้พื้นผิว PTFE หยาบและเพิ่มพื้นที่พันธะ . แหล่งที่มาของการแผ่รังสีที่ใช้กันทั่วไปในการปลูกถ่ายรังสีรวมถึงรังสีแกมม่าเช่นโคบอลต์ -60, ซีเซียม -137 ตัวเร่งความเร็วและ cyclotrons .
PTFE สามารถรักษาด้วยสารเคมีเพื่อปรับปรุงกิจกรรมพื้นผิวของมัน . สารเคมีเหล่านี้รวมถึงโซเดียม-นัฟธาลีน tetrahydrofuran สารละลายแอมโมเนียของโซเดียมโลหะโซเดียมอัลคาไล แนฟทาลีนในอีเทอร์ที่ใช้งานเช่น tetrahydrofuran และเอทิลีนไกลคอล dimethyl อีเธอร์ . โซเดียมถ่ายโอนอิเล็กตรอนนอกสุดไปยังวงโคจรที่ว่างเปล่าของแนฟทาลีนเพื่อสร้างอนุมูลอิสระไอออน จากนั้นแอนไอออนแนฟทาลีนจะถูกถ่ายโอนไปยัง PTFE ทำลายพันธะ CF และกำจัดอะตอมฟลูออรีนบางส่วนบนพื้นผิวดังนั้นจึงสร้างชั้นคาร์บอนและกลุ่มขั้วบางส่วนบนพื้นผิว PT-FE . ซึ่งมีกลุ่มที่ใช้งานอยู่เช่นไฮดรอกซิล พื้นผิว .
2. การดัดแปลงการผสม
หลักการพื้นฐานของการผสมคือหลักการของการละลายเช่นดังนั้นค่าความสามารถในการละลายและแรงตึงผิวของวัสดุผสมจะต้องคล้ายกัน . การผสม PTFE กับพลาสติกวิศวกรรมอื่น ๆ วัสดุและฟิลเลอร์เพื่อเสริมกำลังโพลีเมอร์อื่น ๆ . ที่นี่เราแนะนำ polyphenylene ester (POB) ส่วนใหญ่ polyphenylene sulfide (PPS) และ polyetheretherketone (peek) .}}}}
POB มีความต้านทานการคืบบีบอัดที่ยอดเยี่ยมและความแข็งสูง . การผสมผสานกับ PTFE สามารถชดเชยข้อบกพร่องของ PTFE และปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและ tribological ของ PTFE .}
ซึ่งแตกต่างจาก POB, PPS มีความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม, ความต้านทานของตัวทำละลาย, ความต้านทานความร้อนและการผลิตที่ง่าย . มันถูกใช้อย่างกว้างขวางในการบินและอวกาศอื่น ๆ . สามารถใช้เป็นเมทริกซ์สำหรับการเคลือบระดับสูง ความสามารถในการหล่อลื่นด้วยตนเองที่ดี . การผสม PPS กับ PTFE เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติ tribological ของการเคลือบที่ไม่ชอบน้ำ .}
PEEK และ PTFE เป็นทั้งวัสดุเมทริกซ์ทั่วไปในคอมโพสิตหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง . Cai Zhenjie et al . เตรียมคอมโพสิต PEEK ที่ดัดแปลงมาแล้วและศึกษาคุณสมบัติทางกลและกลไกการสึกหรอ 0 . 35 ถึงประมาณ 0 . 3 และการสึกหรอของระดับเสียงจะลดลง วัสดุคอมโพสิตนี้สามารถใช้ไม่เพียง แต่ในสนามเครื่องจักรกล แต่ยังอยู่ในสาขาการแพทย์
การดัดแปลงการผสมนั้นง่ายกว่าและปราศจากมลพิษมากกว่าการปรับเปลี่ยนสารเคมีพื้นผิว แต่โดยทั่วไปแล้วจะถูกดัดแปลงด้วยโพลีเมอร์เท่านั้นซึ่ง จำกัด การเติมสารปรุงแต่งแบบอนินทรีย์เช่นโลหะเซรามิกส์และเส้นใยส่งผลให้ประสิทธิภาพ จำกัด ในการปรับปรุงความแข็งแรงความแข็งและการนำความร้อน พอลิเมอร์ . พื้นผิวจะต้องได้รับการรักษาก่อนการแก้ไขหรือส่วนประกอบเฉพาะบางส่วนจะต้องเพิ่มในระหว่างกระบวนการปรับเปลี่ยนเพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้ .
3. การแก้ไขการกรอก
การเติม PTFE ที่แก้ไขแล้วเป็นวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพ . การเพิ่มฟิลเลอร์และสารเติมแต่งสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของ PTFE ได้อย่างมีนัยสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งการคืบและอัตราการสึกหรอ . ฟิลเลอร์ที่ใช้กันทั่วไปรวมถึงไฟเบอร์แก้วคาร์บอนไฟเบอร์
กราไฟท์เป็นสารหล่อลื่นที่ดี . การเติมกราไฟท์ใน PTFE ไม่เพียง แต่ลดการสึกหรอของคอมโพสิต PTFE ได้อย่างมาก แต่ยังปรับปรุงการนำความร้อนและการบีบอัดที่ไม่ดีของ PTFE .}
โมลิบดีนัมซัลไฟด์ (MOS2) มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำกว่ากราไฟท์และมีความเสถียรในธรรมชาติดังนั้นจึงถูกใช้อย่างกว้างขวาง . อย่างไรก็ตามราคาของ MOS2 นั้นสูงมาก . ประสิทธิภาพของ Tungsten Disulfide (WS2) WS2 สามารถปรับปรุงความเสถียรของแรงเสียดทานและความต้านทานการสึกหรอของวัสดุคอมโพสิตในขณะที่ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกล . เมื่อเทียบกับ PTFE บริสุทธิ์เสถียรภาพแรงเสียดทานของการเติม WS2 สามารถปรับปรุงได้โดยประมาณ 33 . 3% .
คาร์บอนไฟเบอร์ (CF) มีความแข็งแรงเฉพาะสูงโมดูลัสสูงความหนาแน่นต่ำความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติการคืบ . คาร์บอนไฟเบอร์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการลดการคืบเพิ่มความแข็งเพิ่มความยืดหยุ่นและการบีบอัดโมดูลัส ค่าสัมประสิทธิ์ . คาร์บอนไฟเบอร์นั้นเฉื่อยถึงอัลคาไลที่แข็งแรงและกรดไฮโดรฟลูออริก (เส้นใยแก้วสามารถทนกรดทั้งสองนี้ได้) . ชิ้นส่วนเหล่านี้เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์เช่นโช้คอัพ .}}}}}
GF ได้รับการสนับสนุนในการผลิตวัสดุแรงเสียดทานอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความแข็งแรงสูงโมดูลัสสูงและราคาค่อนข้างต่ำและใช้กันอย่างแพร่หลายมากกว่า CF ในด้านการเติมพอลิเมอร์และการดัดแปลง .
โพแทสเซียมไททาเนตมัสสุ (PTW) มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่า GF, CF, ฯลฯ . เนื่องจากโครงสร้างผลึกที่มีการสั่งซื้อสูงที่ไม่ซ้ำกัน . การเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุที่มีความแข็งแรง ทรัพย์สินในขณะที่เสียสละอีกครั้งเมื่อปรับเปลี่ยน GF และ CF และมีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรฉนวนกันความร้อนความร้อนที่ดีและความต้านทานการสึกหรอ . แม้ว่าผลการเติมและการปรับเปลี่ยนของ PTW นั้นดีกว่า GF และ CF ความเข้ากันได้ระหว่าง PTW และวัสดุเมทริกซ์
PTFE ที่เต็มไปด้วยบรอนซ์สารประกอบนี้มีค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมและการนำไฟฟ้าทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีโหลดและอุณหภูมิสูงมาก .
IV . สรุป PTFE
PTFE มีคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยมและเป็นความหลากหลายที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในหมู่ฟลูออโรพลาสติกมีบทบาทสำคัญมากขึ้น . ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี PTFE บริสุทธิ์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดได้อีกต่อไป PTFE และโดยทั่วไปมีความเชี่ยวชาญในการขึ้นรูปและวิธีการประมวลผลของ PTFE ที่ได้รับการดัดแปลง . เมื่อเทียบกับต่างประเทศยังมีช่องว่างขนาดใหญ่ในเทคโนโลยีและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ . ดังนั้นการวิจัยการประมวลผลและการประยุกต์ใช้ PTFE ที่ปรับเปลี่ยน