پلی تترافلوئورو اتیلن PTFE

دسته: مقالات منتشر شده در 30 شهریور 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 586

پلاستیکی با نام پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE

بدون شک، فلوئوروپلیمر نوعی از پلاستیک ها به شمار می اید که دارای ویژگی های متمایزی است و کشف این ماده تاثیر زیادی بر فلوئوروپلیمرها و درک مزایای انها در ساخت انواع محصولات داشته است.

امروزه این ماده در حوزه های متفاوتی ازتولید پوشش سطحی ماهی تابه های نچسب با فناوری های پایین (بله این ماده هامن پوشش لیزی است که در لوازم اشپزخانه شما به کاربرده شده است) تا محصولات پزشکی و بیمارستانی پیشرفته مانند ایمپلنت، لوازم جراحی و تجهیزات ازمایشی و حتی ساخت محصولات ویژه در حوزه تجهیزات اتش نشانی به کار برده میشود.

در این مقاله میتوانید با دلایل استفاده از این ماده به عنوان یک پلیمر چندگانه در صنایع مختلف و مزیتهای مختلف ان اشنا شوید. ویژگی ها، خواص و بسیاری از موارد دیگر هم در این مقاله گنجانده شده اند.

 

پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFEچیست؟

این ماده نوعی پلیمر چندگانه با مصرف بالاست  که عملکرد خیلی خوبی هم دارد و از اتمهای کربن و فلوئورین ساخته شده است. یکی از مصارف خیلی معمول این ماده همان طور که گفته شد، پوشش سطحی لوازم اشپزخانه است مانند ماهی تابه، سینی شیرینی پزی و سایر موارد. بنابراین شما قادر خواهید بود تا ان را به سادگی در اشپزخانه خود بیابید.

علاوه بر مصارف این ماده در اشپزخانه، پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE کاربردهای کم هزینه فراوانی در صنایع مختلف از جمله نفت، گاز، فرایندهای شیمیایی، صنعتی، الکتریکی و الکترونیکی و حتی بخش ساخت و ساز دارد.

ویژ گی های اصلی پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE که این ماده را به یک گزینه تجاری با ارزش تبدیل کرده اند، عبارتند از:

  • مقاومت شیمیایی خیلی بالا
  • مقاومت خوب در برابر گرما و دمای پایین
  • مقاومت خوب برقی  در محیط های خیلی گرم و مرطوب
  •  مقاومت بالا در برابر  نور، اشعه فرابنفش و تغییرات اب و هوایی
  • ضریب سایش پایین
  • ثابت دی الکتریک/ ضریب اتلاف پایین
  • ویژگی های ضد چسبندگی قوی
  • انعطاف پذیری
  • مقاومت خوب در برابر خستگی تحت فشار پایین
  • جذب پایین آب

پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE نوعی پلیمر خطی از نوع تترافلوئورو اتیلن میباشد. این ماده با مکانیزم بسپارشی رادیکالهای ازاد در یک محیط ابی و با افزایش بسپارش تترافلورواتیلن در پردازش های دسته ای  بوجود می اید.

ساختار شیمیایی این ماده [CF2-CF2]، مشابه ساختار شیمیایی پلی اتیلن میباشد با این تفاوت که اتمها هیدروژنی به طور کاملی با فلوئورین جایگزین میشوند. اگرچه بهتر است به این موضوع دقت کنید که دو ماده یاد شده اماده سازی و مصرف کاملا متفاوتی به صورت عملی دارند.

سایز اتم فلوئورین به گونه ای است که نوعی پوشش منسجم و ممتد را به دور پیوندهای کربن- کربن بوجود می اورد و علاوه بر ان ویژگی هایی مانند مقاومت خوب شیمیایی و ثبات را برای مولکولها ایجاد میکند. پوشش منسجم فلوئورینی باعث ایجاد نوعی بی تحرکی الکتریکی هم در مولکول میشود. محتوای فلوئورینی در این ماده 76 درصد بوده و دارای شفافیت 95 درصدی میباشد.

 

پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE اولین بار به صورت تصادفی توسط دکتر Plunkett در کمپانی DuPont کشف شد. پس از ان  این ماده در سال 1947 به صورت تجاری  و با نام تفلون ساخته شده از کمورز در دسترس مردم قرار گرفت. کشف پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE توسعه ی سایر فلوئوروپلیمرها را نیز تسریع کرد.

انواعی از نمونه های تجاری موجود این ماه عبارتند از :

 

و بسیاری موارد دیگر.

سایرفلوئوروپلیمرهای شناخته شده شامل این موارد میشوند: PCTFE, PVF, PVDF, ECTFE, ETFE و سایر موارد

 

خواص و ویژگی های معمول پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE کدامند؟

این ماده به صورت دانه ای، پودری و پراکنش در اب وجود دارند.

  • نوع دانه ای این ماده با بسپارش معلق  در یک محیط مایع  و به همراه مقدار کمی از عامل پراکنشی  و یا بدون ان صورت میگیرد. این نوع از رزین ها به طور عمده ای در تولید قالب (فشرده و ایزواستاتیک)  و روزن رانی کوبه ای به کار برده میشوند.
  • نوع پودری این ماده با بسپارش امولسیونی کنترل شده  اماده سازی شده و محصول ان، اجزایی سفید رنگ و کوچک هستند. میتوان این مواد را با روزان رانی  اتصالی به قطعات خیلی کوچکی تبدیل کرد و یا به عنوان ماده افزودنی از انها استفاده نمود تا مقاومت ماده در برابر خرابی  و یا ساییدگی را بهبود بخشید.
  • نوع پراکنده این ماده هم توسط بسپارش در محیط ابی بوجود می اید که در ان از عاملهای پراکنش به صورت ترکیبی استفاده میشود. پراکنش به منظور تولید پوشش و ریخته گری لایه ای  به کاربرده میشود.

همانطور که پیش ار این نیز گفته شد، پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE دارای خواص منحصربفردی از جمله عدم اثر پذیری شیمیایی، مقاومت در برابر حرارت کم وزیاد، عایق الکتریکی، ضریب پایین سایش (ثابت 0.08 و پویا 0.1 درصد) و خاصیت ضد چسبندگی در دمای های گوناگون میباشد.

  • چگالی این ماده بین 2.1 تا 2.3 گرم بر سانتی متر مکعب است و خاصیت ناروانی ذوب ان مقداری میانگین بین 1 تا 10 در ثانیه است.
  • پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE یکی از پلیمرهایی است که بالاترین مقاومت شیمیایی را دارد. استثناهای این دسته عبارتند از: فلزات قلیایی مذاب، فلوئورین های گازی در دمای بالا و تحت فشار و تعداد کمی از ترکیبات هالوژنیکی مانند کلورین تری فلوئورید و اکسیژن دی فلوئورید.
  • خواص مکانیکی این ماده در مقایسه با پلاستیکهای مهندسی در دمای اتاق کیفیت پایین تری دارد. ترکیب این مواد با فیلرها نوعی استراتژی کاربردی برای مقابله با این کمبود هاست. این ماده دارای خواص مکانیکی خوبی در دمایی است که در ان قرار می گیرد. این ویژگی ها از متغیر های  فرایندی نیز اثر می پذیرند مانند فشار عملکرد، دمای سخت شدگی، میزان خنک شدن وسایر موارد. متغیر های پلیمری مانند حجم مولی، اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات همگی نقش مهمی در خواص مکانیکی ایفا  میکنند.
  • پلی تترا فلوئورو اتیلن دارای خواص الکتریکی منحصر بفردی است مانند مقاومت بالای الکتریکی، ثابت دی الکتریک  پایین که برابر با 2 میباشد ناشی از ساختار بسیار متقارن مولکولهای بزرگ این ماده است.
  • ماده یاد شده دارای ثبات گرمایی خیلی بالاست بدون انکه در دمای پایین تر از 44 درجه سانتی گراد دچار تنزل خواصی شود
  • میتوان این مواد را به صورت ممتد در دمای زیر 260 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار دارد.
  • پلی تترا فلوئورو اتیلن مورد حمله تابش ها قرار گرفته و تنزل خواص در هوا در دوز 2 میلی رادیان صورت میگیرد.

 

این ویژگی ها ناشی از خواص الکتریکی خاص اتمهای فلوئورینی، پیوندهای کووالانسی ثابت کربن-فلوئورین و واکنش های بین مولکولی و خارج مولکولی  بین بخش های فلوئوری و زنجیره های اصلی میباشد.

 

پلی تترا فلوئورو اتیلن چه محدودیت هایی دارد؟

نوع معمول این ماده دارای محدودیت های مصرفی نیز میباشد مانند :

  • استفاده ازمتدهای پردازشی در حالت ذوب برای انها دشوار بوده و متدهای مناسب و ویژه پر هزینه و سخت میباشند
  • حساسیت و در برابر خزش  و ساییدگی
  • تنوع بالای ابعادی  در  دمای گذار شیشه -19 درجه سانتی گراد
  • دشواری در اتصال
  • اسیب پذیر در برابر بخارهای سمی
  • مقاومت پایین در برابر تابش ها

 

افزودن فیلر ها و مواد افزودنی  چه تغییراتی را  در خواص  این ماده ایجاد میکند؟

میتوان خواص مکانیکی این ماده را به کمک فیلر ها بهبود بخشید به خصوص خواصی مانند  نرخ ساییدگی و خزش. فیبر های شیشه ای، برنز، فولاد، کربن، فیبر کربن، گرافیت و سایر موارد همگی از پرکاربردترین فیلر های موجود هستند.

فیبر شیشه میتواند اثری مثبت بر عملکرد خزشی این ماده با کاهش دمای ان داشته باشد. ترکیبات پر شده از شیشه نیز در محیط های اکسید کننده  به خوبی عمل میکنند. همچنین ویژگی های مقاومتی این ماده در برابر خرابی بهبود پیدا میکنند.

کربن مقدار خزش را کاهش داده و سختی و رسانایی گرمایی این ماده را افزایش میدهد. زمانی که این پلیمر با گرافیت ترکیب شود، مقاومت ترکیبات پر شده از کربن در برابر خرابی میتواند خیلی بهبود یابد. ترکیبات یاد شده برای محصولاتی که به روان کننده  نیازی ندارند گزینه ای مناسب هستند مانند حلقه پیستون در سیلندر کمپرسور. علاوه بر ان گرافیت دوام بیشتری به این پلیمر بخشیده و انواع پر شده این ماده با گرافیت دارای ضریب خیلی پایینی از سایش میباشند.

فیبر کربن هم میزان خزش را کاهش داده، مقدار انعطاف ماده  و مدول فشاری را افزایش داده و به بهبود سختی و استحکام ماده کمک میکند. این ماده بر خلاف فیبر شیشه، از  هیدروفلوئوریک اسید و بازهای قوی اثری نمیگیرد. ترکیبات فیبر کربن دارای ضریب انبساط گرمایی پایین و رسانایی گرمایی بالا میباشند. این مواد گزینه ای مناسب برای بخش های خودرو مانند جذب کننده ضربه، پمپ های اب و سایر موارد هستند.

پلی تترا فلوئورو اتیلن پر شده  با برنز: این ترکیبات دارای رسانایی بالای گرمایی و الکتریکی بوده  و به همین دلیل برای مواردی که محصول در دمای بالا در برابر فشار قرار میگیرد، گزینه مطلوبی هستند. سایر فیلرهایی که در این ماده به کار برده میشوند تا ترکیبات ویژه ای را بسازند عبارتند از : کلسیم فلوراید، الومینا، میکا و فیلرهای پلیمری.