Polytetrafluoroethylene (PTFE), also known as "Teflon" and "Plastic King", is widely used in various industries due to its high temperature resistance, corrosion resistance, solvent resistance, high insulation, biological inertness and other characteristics. PTFE is a branch-free polymer composed of only two elements, C and F, in which fluorine atoms replace polyethylene hydrogen атоми .
1. Структура и свойства на PTFE
1. Структурни характеристики
Политетрафлуороетилен е хомополимер на тетрафлуоретилен, който може да бъде приготвен чрез методи на полимеризация, като метод на суспензия, метод на дисперсия и метод на емулсия .
Политетрафлуоретилен е супер силен материал и единственият тип флуоропластично, който може да се използва като инженерна пластмаса .
2. Основни свойства
Относителното молекулно тегло на PTFE е много голямо, така че относителното молекулно тегло няма очевиден ефект върху силата, но кристалността има значителен ефект върху твърдостта, здравината, удължаването и силата на PTFE продукти .
The density of PTFE is about 2.2g/cm3, the surface is smooth and waxy, and the contact angle with water is 114℃-115℃. PTFE is usually milky white and opaque, but the quenched product has a certain℃of transparency, almost no water absorption, low permeability to water vapor and nitrogen, and decreases with Увеличаване на плътността.
Якостта на опън, удължаване, еластичния модул, твърдостта, пропускливостта на въздуха, диелектричната якост и т.н. Продуктът, като по този начин подобрява механичната си якост . PTFE има нисък еластичен модул и е предразположен към пълзене . пълзене е причината, поради която PTFE може да се използва за уплътняване в уплътнения, сурови ленти, еластични ленти и др.
Твърдостта на PTFE е ниска, но може да се подобри чрез добавяне на пълнители .
The friction coefficient of PTFE is the smallest among all solid materials and does not change with temperature. Its static friction coefficient is smaller than the dynamic friction coefficient. Therefore, PTFE bearings start smoothly and have low resistance. They can be used as low-speed high-load bearings and are noiseless when rotating at low speed.
Топлинната проводимост на PTFE е ниска, която може да бъде увеличена по подходящ начин чрез добавяне на метални пълнители .
The melting point of PTFE is 327℃, the heat deformation temperature is 50-60℃(ISO R75 A method) or 130-140℃(B method), the operating temperature is -200-260℃, and it is non-flammable. PTFE has the highest thermal stability among thermoplastics, and there is little degradation at 204-327 степен, така че не се изисква стабилизатор на отопление .
Относителната молекулна маса на Polytetrafluoroethylene е сравнително голяма, варираща от стотици хиляди до повече от 10 милиона, като цяло милиони (степента на полимеризация е от порядъка на 104, докато полиетилен е само 103) . Общата кристалност е 90-95%, и температурата на топене е {{5} The CF2 units in the polytetrafluoroethylene molecule are arranged in a zigzag shape. Since the radius of the fluorine atom is slightly larger than that of hydrogen, the adjacent CF2 units cannot be completely oriented in a trans-cross orientation, but form a spiral twisted chain, and the fluorine atoms almost cover the surface of the entire polymer верига . Тази молекулна структура обяснява различните свойства на политетрафлуоретилен .
2. Полета на приложението на PTFE
PTFE има най-добрата химическа устойчивост на корозия, така че се използва най-много в антикорозионни материали и има широк спектър от приложения; PTFE има отлични електрически свойства, така че се използва като изолационен материал в електронната и електрическата индустрия; PTFE има малък коефициент на триене и добра устойчивост на износване, така че се използва за изработване на устойчиви на износване материали, плъзгащи се части и уплътнения в машината .
PTFE се използва широко в мостове и сгради като поддръжка на товар . В допълнение, според селективната пропускливост на PTFE филм след третиране, той може да се използва като отделен материал за избирателно преминаване през газ или течност . пореста мембрана може да се използва за газова течност, за да се отдели газови газове, да се използва за разделителна способност за газ, да се използва за разделителна газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова газова течност, газова газова се разделение, газова газове, която може да се използва за газова течност .... liquids. In addition, PTFE is also widely used in the medical, electronic, and construction industries. For example, PTFE membranes can be used as human organs, including artificial blood vessels, heart valves, etc.
1. Приложение на PTFE в 5G полето
Ламинатът с мед FR4, често използван в комуникационната индустрия, използва епоксидна смола като материал на субстрата, но загубата му е голяма и не е подходяща за високочестотни комуникации .
Изискванията за високочестотни облицовани с мед ламинати в 5G поле са ниско диелектрична константа и коефициент на диелектрична загуба, а 5G полето има свои собствени характеристики (приложения за микровълнова и милиметрова вълна) и има по-високи изисквания за ламинати, облечени в мед .
Polytetrafluoroethylene resin is currently the polymer material with the lowest dielectric constant, and its dielectric properties and dielectric loss can meet the requirements of communication base stations in the 5G field. Therefore, PTFE is gradually used in high-frequency communications such as 5G, aerospace, and military industry, and the copper-clad laminates made of it are called high-frequency Мед-облечени ламинати .
В допълнение, PTFE също често се използва в 5G полето, за да се направи полу-гъвкави коаксиални кабели, RF коаксиални кабели, дъски за радарна антена и т.н. .
2. Приложение на PTFE в енергийната индустрия на водородната енергия
В областта на водородната енергия PTFE се използва главно за запечатване на алкални електролизатори, както и за укрепване на мембраните на протони в PEM горивни клетки и водна електролиза .
In alkaline electrolyzers, sealing gaskets are the main components, which have both sealing and insulation functions. Leakage is one of the important factors affecting the life and safety of alkaline electrolyzers. The compression resilience and creep relaxation of sealing gaskets are important indicators for measuring the performance of sealing gaskets. Domestic alkaline tank sealing materials have undergone multiple iterations and upgrades such as asbestos rubber sheets-"cloth pads in one" diaphragm gaskets-polytetrafluoroethylene (PTFE) type filling gaskets. At present, the commonly used electrolyzer sealing gaskets in China are mainly PTFE type filling gaskets. PTFE се запълва и модифицира с подсилващи пълнители като стъклени влакна, алуминиев оксид и графит, а след това се формира и синьотира, за да образува уплътняващи уплътнения .
In fuel cells and PEM water electrolysis, proton exchange membranes are developing towards thinness, but the life of thin homogeneous perfluorosulfonic acid membranes cannot meet the requirements of fuel cells and PEM water electrolysis. At present, the fuel cell proton membranes on the market are often composite proton exchange membranes, using ePTFE as a composite material and perfluorosulfonic acid мембрана . разширена политетрафлуоретиленова мембрана (EPTFE) е пореста триизмерна мрежеста микроструктура с микрометър или нива на субмикрометър .
At present, the global ePTFE market is controlled by a few manufacturers such as Gore, Nitto Denko, and Donaldson in the United States. Domestic Pan Asia Microporous has successfully broken the overseas monopoly by continuously exploring and breaking through the ePTFE production technology. However, the overall domestic ePTFE film focuses on the mid- and low-end markets, and does not account for Голяма част от пазара от висок клас .
3. технология за модификация на PTFE
Polytetrafluoroethylene (PTFE) has good heat resistance, insulation, self-lubricating properties, non-flammability, non-stick and other excellent properties due to the strong fluorine-carbon bonds contained in its composition. At the same time, due to its high temperature resistance and stable chemical properties, it has the ability to resist "aqua regia" corrosion, thus gaining the reputation of "the king of plastics". It is widely used in defense, mechanical industry and medical materials, especially in the field of tribology. Therefore, in the field of engineering plastics, PTFE has become one of the materials favored by researchers.
However, due to the shortcomings of PTFE such as low hardness, easy wear and poor creep resistance, it is subject to certain restrictions in actual application and production. Therefore, researchers have been committed to finding an excellent method to improve its mechanical properties without changing the advantages of PTFE itself, thereby expanding its application field. The modification of PTFE is mainly to combine with other materials to compensate for the defects of PTFE itself, mainly including surface modification, blending modification and filling modification. Among them, blending modification and filling modification are mainly used in the preparation of composite materials, while surface chemical modification is mainly aimed at bonding problems.
1. Повърхностна модификация
PTFE има много ниска повърхностна активност и изключителна неелявост, която намалява степента на адхезия с други материали . повърхностна модификация не само може да подобри повърхностната му инертност и съвместимост с пълнителите, но и да подобри повърхностната активност на матричния материал . Текущият химически модификация на повърхността на PTFE е основно плазма, се обработва с пречистване на плъзгаща се, че текущата химическа модификация на повърхността на PTFE е основно плазма, се обработва с пречистване на плъзгаща се, и на тези методи за пречистване на PTFE се обработват с пречистване на PTFE.} са основно плазмално пречистване, обработката на плъзгането и тези методи за пречистване са на повърхността на PTFE {3. За да се отстранят повърхностните флуоридни йони и присадките силно активни функционални групи на повърхността, за да се постигне целта за подобряване на активността на матричния материал .
Plasma modification bombards the surface of the sample with high-energy plasma, transfers energy to the molecules on the surface of the sample, causes thermal etching, crosslinking, degradation and oxidation reactions of the sample, and causes the CF bond and CC bond on the surface of the sample to break, generate a large number of free radicals or introduce certain polar groups, thereby optimizing the performance of the sample Повърхност . Промяната на повърхността на материала чрез нискотемпературна плазмена обработка може да бъде разделена на плазмена повърхностно офорт, плазмено свързване, отлагане на плазмени пари, отлагане на плазмена течност и плазмена повърхностна присаждане .
Високоенергийната радиация може да предизвика присаждане на полимеризация и да даде на полимера някои уникални свойства, като подобряване на неговата хидрофилност, биосъвместимост, проводимост и т.н. that is easy to bond, making the PTFE surface rough and increasing the bonding area. Commonly used radiation sources in radiation grafting include gamma rays such as cobalt-60, cesium-137 and strontium-90, as well as various types of accelerators such as X-ray tubes, linear accelerators and Циклотрони .
PTFE може да се лекува с химикали, за да подобри неговата повърхностна активност . Тези химикали включват разтвор на натриев нафтален тетрахидрофуран, разтвор на амоняк на метален натриев, алкален метален амалгама, пентакарбонил железен разтвор и т.н. . разтворът на натриев натриел и и т.н. нафталин в активни етери като тетрахидрофуран и етилен гликол диметил етер . натриев прехвърля най -външните електрони в празната орбита на нафталин, за да образуват без анион радикали, които след това образуват йони с двойки с натрий и освобождават голямо количество резонансна енергия; Тогава нафталенните аниони се прехвърлят в PTFE, унищожавайки връзката на CF и отстраняване на някои флуорни атоми на повърхността, като по този начин образуват карбонизиран слой и някои полярни групи на повърхността на Pt-Fe . Има активни групи като хидроксил, карбонил и карбоксил върху повърхността на обработващата PTFE, като свързващият свой повърхност .
2. модификация на смесване
Основният принцип на смесване е принципът на подобни разтваряния като, така че стойността на разтворимостта и повърхностното напрежение на смесените материали трябва да бъдат подобни ., смесване на PTFE с други инженерни пластмаси, може да постигне целта на допълващите предимства, като същевременно интегрира силните страни на всеки компонент, като по този Материал и пълнител за подсилване на други полимери . Тук ние главно въвеждаме полифенилен естер (POB), полифенилен сулфид (PPS) и полиетеренкетон (PEEK) .
POB има отлична устойчивост на пълзене на натиск и висока твърдост . Смесването с PTFE може да компенсира недостатъците на PTFE и да подобри механичните и трибологичните свойства на PTFE .
Unlike POB, PPS has excellent wear resistance, solvent resistance, heat resistance and easy manufacturing. It is widely used in aerospace and other fields. It can also be used as a matrix for super hydrophobic coatings. PTFE has the advantages of potential biodensity, high thermal stability, high chemical inertness, low surface energy and good Самозаблуждаваща способност . Смесването на PPS с PTFE е идеален избор за подобряване на трибологичните свойства на хидрофобните покрития .
Peek и PTFE са както общи матрични материали в твърди смазващи композити . Cai Zhenjie et al . подготвени PTFE-модифицирани PEEK композити и изучават механичните свойства и механизмът на износване ., когато масовата фракция от PTFE микропеш 0 . 35 до около 0 . 3, а износването на обема е сведено до минимум. Този композитен материал може да се използва не само в механичното поле, но и в медицинското поле.
Blending modification is simpler and pollution-free than surface chemical modification, but it is generally only modified with polymers, which limits the addition of inorganic fillers such as metals, ceramics, and fibers, resulting in limited performance in improving the strength, hardness, and thermal conductivity of composite materials. In addition, the high inertness of PTFE makes it less compatible with other Полимери . Повърхността трябва да се третира преди модификация или трябва да се добави някои специфични компоненти по време на процеса на модификация, за да се подобри съвместимостта .
3. Модификация на пълнене
Попълването на модифицирания PTFE е прост и ефективен метод . Добавянето на пълнители и добавките може значително да подобри механичните свойства на PTFE, особено скоростта на пълзене и износване . често използваните пълнители включват стъклени влакна, въглеродни влакна, графит, молибден дисулфид, бронза, стомана и т.н..
Графитът е добър солиден смазка . Графит за пълнене в PTFE може не само значително да намали износването на PTFE композити, но и да подобри топлинната проводимост и лошото пълзене на компресия на PTFE .
Molybdenum Disulfide (MOS2) има по -нисък коефициент на триене от графита и е стабилен по природа, така че е широко използван . Въпреки това, цената на MOS2 е много висока . Изпълнението на волфстан Disulfide (WS2) не е много по -различно от този на MOS2, но WS2 е по -добър сух. Подобрете стабилността на триенето и устойчивостта на износване на композитните материали, като същевременно подобрявате механичните свойства . в сравнение с чистия PTFE, стабилността на триене на WS2 може да бъде подобрена с около 33 . 3% ., ако композитното пълнене се използва.
Carbon fiber (CF) has high specific strength, high modulus, low density, excellent wear resistance and creep properties. Carbon fiber is essential for reducing creep, increasing hardness, increasing flexibility and compression modulus. Polytetrafluoroethylene mixed with carbon fiber compounds has high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient. Carbon Фибрите са инертни до силни алкални и хидрофлуровина киселина (стъклените влакна могат да понасят тези две киселини) . Тези части са много подходящи за производство на автомобилни части, като амортисьори .
GF винаги е бил предпочитан при производството на индустриални триещи материали поради високата си якост, високата модула и сравнително ниската цена и е по -широко използвана от CF в областта на полимерното пълнене и модификация .
Potassium titanate whisker (PTW) has much better mechanical properties than commonly used GF, CF, etc. due to its unique highly ordered crystal structure. The addition of PTW can greatly improve the strength and wear resistance of the composite material, while improving the stiffness and toughness of the composite material, both strengthening and toughening, changing the previous phenomenon of improving one property while Жертвата на друг при промяна на GF и CF и има стабилни химични свойства, добра топлоизолация и устойчивост на износване . Въпреки че ефектът на пълнене и модификация на PTW е по -добър от GF и CF, съвместимостта между PTW и матричния материал трябва да бъде допълнително подобрена .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}})
PTFE, изпълнен с бронз, това съединение има отлична топлопроводимост и електрическа проводимост, което го прави много подходящ за приложения с екстремни натоварвания и температури .
IV . Обобщение на PTFE
PTFE has excellent comprehensive properties and is the most widely used variety among fluoroplastics, playing an increasingly important role. With the advancement of science and technology, pure PTFE can no longer meet market demand, so it has become an inevitable trend to modify PTFE, mainly surface modification, blending modification and filling modification. At present, China has become a major producer of PTFE, and По принцип е овладял методите за формоване и обработка на модифициран PTFE . Въпреки това, в сравнение с чужди страни, все още има голяма пропаст в качеството на технологиите и продуктите ., следователно, изследванията, обработката и прилагането на модифициран PTFE и трибологичното поведение и механизм при различни условия на труд трябва да бъдат допълнително проучени .
