Las propiedades físicas del PTFE Densidad: 2,1–2,3 g/cm ¿Las propiedades mecánicas del PTFE son blandas? Tiene muy baja energía superficial. El politetrafluoroetileno (F4, PTFE) tiene una serie de excelentes propiedades de rendimiento: resistencia a altas temperaturas - temperatura de uso a largo plazo de 200 ~ 260 grados, resistencia a bajas temperaturas - todavía suave a -100 grados - resistencia a la corrosión - resistente al agua regia y a todos los compuestos orgánicos; resistencia a la intemperie - la mejor resistencia al envejecimiento entre los plásticos; alta lubricación - tiene el coeficiente de fricción más pequeño en los plásticos (0,04) - tiene la tensión superficial más pequeña entre los materiales sólidos sin adherirse a nada - tiene inercia fisiológica; Excelentes propiedades eléctricas, es un material aislante de clase C ideal. Una capa tan gruesa como un periódico puede bloquear un alto voltaje de 1500 V y es más suave que el hielo. Los materiales de PTFE se utilizan ampliamente en sectores importantes como la industria de defensa nacional, la energía atómica, el petróleo, la radio, la maquinaria eléctrica y la industria química. Productos: Varillas de PTFE, tubos, placas, placas torneadas. El PTFE es un polímero de tetrafluoroetileno. La abreviatura en inglés es PTFE. La fórmula estructural es. Fue descubierto a finales de los años 1930 y puesto en producción industrial en los años 1940. Propiedades: El peso molecular relativo del politetrafluoroetileno es relativamente grande, desde cientos de miles hasta más de 10 millones, y generalmente millones (el grado de polimerización es del orden de 104, mientras que el polietileno es solo 103). Generalmente, la cristalinidad es del 90 al 95% y la temperatura de fusión es de 327 a 342°C. Las unidades de CF2 en la molécula de politetrafluoroetileno están dispuestas en forma de zigzag. Dado que el radio del átomo de flúor es ligeramente mayor que el del hidrógeno, las unidades de CF2 adyacentes no pueden estar completamente orientadas en cruz, sino que forman una cadena retorcida en espiral, que está casi cubierto por los átomos de flúor en la superficie de toda la cadena polimérica. Esta estructura molecular explica las diversas propiedades del PTFE. Cuando la temperatura es inferior a 19°C, se forma una hélice de 13/6; a 19°C, se produce un cambio de fase y las moléculas se desenrollan ligeramente para formar una hélice de 15/7. Aunque la ruptura de los enlaces carbono-carbono y los enlaces carbono-flúor en los perfluorocarbonos requiere una absorción de energía de 346,94 y 484,88 kJ/mol respectivamente, la despolimerización del politetrafluoroetileno para generar 1 mol de tetrafluoroetileno requiere sólo 171,38 kJ de energía. Por lo tanto, durante el craqueo a alta temperatura, el politetrafluoroetileno se despolimeriza principalmente en tetrafluoroetileno. Las tasas de pérdida de peso (%) del politetrafluoroetileno a 260, 370 y 420°C son 1 x 10-4, 4 x 10-3 y 9 x 10-2 por hora respectivamente. Se puede ver que el PTFE se puede utilizar durante mucho tiempo a 260 ℃. Dado que durante el craqueo a alta temperatura también se producen subproductos altamente tóxicos como el fluorofosgeno y el perfluoroisobutileno, se debe prestar especial atención a la protección de seguridad y a evitar que el politetrafluoroetileno entre en contacto con llamas abiertas. Propiedades mecánicas: Su coeficiente de fricción es extremadamente pequeño, sólo 1/5 del polietileno, que es una característica importante de la superficie de perfluorocarbono. Y debido a que la fuerza intermolecular de la cadena flúor-carbono es extremadamente baja, el PTFE no es pegajoso. El PTFE mantiene excelentes propiedades mecánicas en un amplio rango de temperaturas de -196 a 260 °C. Una de las características de los polímeros de perfluorocarbono es que no son quebradizos a bajas temperaturas. Resistencia química y resistencia a la intemperie A excepción de los metales alcalinos fundidos, el PTFE casi no se corroe con ningún reactivo químico. Por ejemplo, cuando se hierve en ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico, ácido clorhídrico o incluso agua regia, su peso y rendimiento permanecen sin cambios. También es casi insoluble en todos los disolventes y sólo ligeramente soluble en todos los alcanos por encima de 300 °C (. aproximadamente 0,1 g/100 g). El PTFE no absorbe la humedad, no es inflamable y es extremadamente estable al oxígeno y a los rayos ultravioleta, por lo que tiene una excelente resistencia a la intemperie. Propiedades eléctricas: el PTFE tiene una constante dieléctrica y una pérdida dieléctrica bajas en un amplio rango de frecuencia, y tiene un alto voltaje de ruptura, resistividad de volumen y resistencia al arco. Resistencia a la radiación: la resistencia a la radiación del politetrafluoroetileno es pobre (104 rad). Se degradará después de exponerse a radiación de alta energía y las propiedades eléctricas y mecánicas del polímero se reducirán significativamente. Polimerización: El politetrafluoroetileno se produce mediante polimerización por radicales libres de tetrafluoroetileno. Las reacciones de polimerización industrial se llevan a cabo con agitación en presencia de una gran cantidad de agua para dispersar el calor de reacción y facilitar el control de la temperatura. La polimerización se lleva a cabo generalmente a entre 40 y 80°C y a una presión de 3 a 26 kgf/cm2. Como iniciadores se pueden usar persulfatos inorgánicos y peróxidos orgánicos, o se puede usar un sistema iniciador redox. Cada mol de tetrafluoroetileno libera un calor de 171,38 kJ durante la polimerización.
La polimerización en dispersión requiere la adición de tensioactivos perfluorados, como el ácido perfluorooctanoico o sus sales. Coeficiente de expansión (25~250℃) 10~12×10-5/℃. Propiedades químicas del politetrafluoroetileno
La energía del enlace C-F en el politetrafluoroetileno es alta y estable. La molécula tiene una configuración en espiral y la cadena principal C-C está completamente cubierta por los átomos de flúor más grandes. Por lo tanto, los ácidos concentrados, los álcalis concentrados y los oxidantes fuertes no pueden actuar sobre el PTFE incluso a altas temperaturas. Los resultados de la prueba de inmersión de PTFE en varios medios químicos comunes se muestran en la Tabla 1-1. La resistencia química del PTFE incluso supera la de los metales preciosos. A excepción del perfluoroalcano y el perfluorocloroalcano, que provocan una ligera hinchazón del politetrafluoroetileno, los disolventes orgánicos como las cetonas y los éteres no pueden afectarlo. Actualmente se ha descubierto que sólo los metales alcalinos, el trifluoruro de cloro y los elementos flúor en estado fundido pueden actuar sobre su gas, pero este efecto sólo es evidente a altas temperaturas. Dado que el PTFE tiene muy poca humectabilidad, su tasa de absorción de ácidos y disolventes es baja. Generalmente sólo aumenta aproximadamente 1 después de una exposición prolongada a altas temperaturas. Sin embargo, dado que el politetrafluoroetileno no se puede procesar por fusión y contiene poros en el producto, lo que favorece la penetración de disolventes, la presión de preformado es menor. Cuantos más poros, mayor será la penetración.
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Tabla 1-1 Tasa de cambio de rendimiento del politetrafluoroetileno después de la inmersión en un medio químico/
Inmersión química durante 7 días Remojo durante 28 días
Resistencia a la tracción alargamiento espesor de la masa Resistencia a la tracción alargamiento espesor de la masa
Ácido nítrico-6,5 4,8 -0,002 0,3 -4,4 -0,8 0,018 0,3
Hidróxido de sodio-3,2 1,5 0,26 0,00 2,5 6,3 0,14 0,00
Tetróxido de carbono 1,1 1,5 1,7 -0,016 2,6 0,3 1,74 -0,014
Tolueno 4,1 0,00 0,3 0,00 3,2 6,2 0,4 0,00
p>Vinagre glacial 6,2 2,5 - 0,002 -0,3 -2,2 4,5 0,04 -0,3
Acetona 2,2 4,2 0,15 -4,1 6,0 4,0 0,04 -3,0 2) Transpirabilidad del politetrafluoroetileno
Poli La fuerte electronegatividad y el gran volumen del átomo de flúor El tetrafluoroetileno dificulta el movimiento de las moléculas. A temperaturas superiores al punto de fusión, la fluidez sigue siendo escasa. Por lo tanto, el material de politetrafluoroetileno moldeado contiene microporos que favorecen la penetración de fluidos. Las propiedades de transpirabilidad de las películas de politetrafluoroetileno para varias sustancias se muestran en la Tabla 1-2.
Tabla 1-2 Politranspirabilidad de la película de PTFE.
Disolvente g/(645.16cm2*24h*0.0254mm) Gas g/(645.16cm2*24h*0.0254mm)
Tetracloruro de carbono 0.1 Aire 0.771
Benceno 0,2 Oxígeno 1,50
Alcohol anhidro sin nitrógeno 0,49
Agua 0,2 Dióxido de carbono 7,30
70 Ácido nítrico 0,43~0,47 Hidrógeno 0,264
37 Ácido clorhídrico 1,4~1,6
Ácido acético glacial 0,28~0,37 (3) Craqueo térmico
El politetrafluoroetileno comienza a agrietarse en cantidades muy pequeñas por encima de 2000 °C y se calienta gradualmente hasta su punto de fusión de 3270 °C. , todavía hay muy poco agrietamiento en este rango de temperatura y la pérdida de peso por hora es solo de aproximadamente 2. La velocidad de craqueo se acelera gradualmente por encima de 400 °C, el enlace C-C comienza a agrietarse significativamente, el peso molecular disminuye y los productos de descomposición son principalmente tetrafluoroetileno, perfluoropropileno y octafluorociclobuteno. Por encima de 475 OC y por encima de 500 OC en vacío, hay una cantidad muy pequeña de perfluoroisobutileno altamente tóxico en los productos de descomposición. El PTFE se descompone en monómeros más puros.
Cuando se agrieta una gran cantidad de polímeros, se forman sustancias cerosas y quebradizas de bajo peso molecular, que pueden formarse mediante la repolimerización de monómeros. A bajas temperaturas, los monómeros y el oxígeno reaccionan para formar poliperóxido - (CF2-CF2-O-O)X. Este compuesto es extremadamente inestable y puede explotar en un invernadero; una mezcla de oxígeno y monómeros también puede explotar. En el aire, la descomposición térmica del politetrafluoroetileno forma principalmente óxidos tóxicos a base de carbono, cuyo valor de combustión es de 4600 kj/kg.
(4) Envejecimiento térmico
El politetrafluoroetileno El etileno tiene buena estabilidad térmica y no se ve afectado por el oxígeno, el ozono ni la luz ultravioleta, y no es fácil de envejecer. Las Tablas 1-3 a 1-6 enumeran las propiedades mecánicas, las propiedades dieléctricas y la relación de envejecimiento térmico del politetrafluoroetileno.