一、聚四氟乙烯(Teflon或PTFE),俗稱“塑料王”,是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物,具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。一般應用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。
二、基本簡介
聚四氟乙烯被稱“塑料王”,氟樹脂之父羅伊·普朗克特1936 年在美國杜邦公司開始研究氟利昂的代用品,他們收集了部分四氟乙烯儲存于鋼瓶中,準備第二天進行下一步的實驗,可是當?shù)诙齑蜷_鋼瓶減壓閥后,卻沒有氣體溢出,他們以為是漏氣,可是將鋼瓶稱量時,發(fā)現(xiàn)鋼瓶并沒有減重。他們鋸開了鋼瓶,發(fā)現(xiàn)了大量的白色粉末,這是聚四氟乙烯。
研究發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯性質(zhì)優(yōu)良,可以用于、炮彈等的防熔密封墊圈,因此美國軍方將該技術(shù)在二戰(zhàn)期間一直保密。直到二戰(zhàn)結(jié)束后,才解密,并于1946年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)聚四氟乙烯。
三、基本信息
CAS No.:9002-84-0
EINECS號:204-126-9
分 子 式:(C2F4)n
分 子 量:100.015612
熔 點:327℃
沸 點:400℃
折 射 率:1.35
英文名稱:poly(tetrafluoroethylene);TETRAFLUOROETHYLENE OLIGOMER; TETRAFLUOROETHYLENE RESIN; TEFLON; TEFLON 7A; TEFLON(TM) 30B; TEFLON(TM) 6; TEFLON(TM) 7A;
四、基本特點
耐高溫——使用工作溫度達250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性;即使溫度下降到-196℃,也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數(shù)化學藥品和溶劑,表現(xiàn)出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。
耐氣候——有塑料中的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦系數(shù)低者。
不粘附——是固體材料中小的表面張力,不粘附任何物質(zhì)。
無毒害——具有生理惰性,作為人工血管和臟器長期植入體內(nèi)無不良反應。
聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達一千萬以上聚四氟乙烯
聚四氟乙烯
,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時,聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時的失重速率(%)每小時分別為1×10-4.4×10-3和9×10-2??梢?,聚四氟乙烯可在 260℃長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟和等,所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火。
五、基本性質(zhì)
化學性質(zhì)
耐大氣老化性:耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露于大氣中,表面及性能保持不變。
不燃性:限氧指數(shù)在90以下。
耐酸堿性:不溶于強酸、強堿和有機溶劑(包括魔酸,即氟銻磺酸)。
抗氧化性:能耐強氧化劑的腐蝕。
酸堿性:呈中性。
物理性質(zhì)
密度:2.1–2.3 g/cm3;
聚四氟乙烯的機械性質(zhì)較軟。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能:耐高溫—長期使用溫度200~260度,耐低溫—在-100度時仍柔軟;耐腐蝕—能耐王水和一切有機溶劑;耐氣候—塑料中的老化壽命;高潤滑—具有塑料中小的摩擦系數(shù)(0.04);不粘性—具有固體材料中小的表面張力而不粘附任何物質(zhì);無毒害—具有生理惰性;優(yōu)異的電氣性能,是理想的C級絕緣材料,報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓;比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料,廣泛應用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學工業(yè)等重要部門。產(chǎn)品:聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為:CF3(CF2CF2)nCF3。20世紀30年代末期發(fā)現(xiàn),40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì) 聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達一千萬以上,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時,聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時的失重速率(%)每小時分別為1×10-4.4×10-3和9×10-2??梢?,聚四氟乙烯可在 260℃長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟和等,所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火。
力學性能
它的摩擦系數(shù)極小,僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低,所以聚四氟乙烯具有不粘性。
聚四氟乙烯在-196~260℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學性能,全氟碳高分子的特點之一是在低溫不變脆。
耐化學腐蝕和耐候性
除熔融的堿金屬外,聚四氟乙烯幾乎不受任何化學試劑腐蝕。例如在濃、硝酸、,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均無變化,也幾乎不溶于所有的溶劑,只在300℃以上稍溶于全烷烴(約0.1g/100g)。聚四氟乙烯不吸潮,不燃,對氧、紫外線均極穩(wěn)定,所以具有優(yōu)異的耐候性。
電性能
聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
耐輻射性能
聚四氟乙烯的耐輻射性能較差(104拉德),受高能輻射后引起降解,高分子的電性能和力學性能均明顯下降。
聚合
聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應是在大量水存在下攪拌進行的,用以分散反應熱,并便于控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2壓力下進行,可用無機的過鹽、有機過氧化物為引發(fā)劑,也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑,例如全氟辛酸或其鹽類。
膨脹系數(shù)
(25~250℃)10~12×10-5/℃
六、成型方法
1.模壓法:2.推壓法:3.皮囊法:4.噴涂法:5.編織法:6.纏繞法:7.滾壓法:8.擠壓法:9.粘接法:10.焊接法:11.熱定型法:12.機加工法:
七、應用范疇
聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型;也可制成水分散液,用于涂層、浸漬或制成纖維。
聚四氟乙烯在原子能、國防、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理、制藥、醫(yī)療、紡織、食品、冶金冶煉等工業(yè)中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料,絕緣材料,防粘涂層等,使之成為不可取代的產(chǎn)品。
聚四氟乙烯具有杰出的優(yōu)良綜合性能,耐高溫,耐腐蝕、不粘、自潤滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等,一般應用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結(jié)溫度的填充劑,機械性能可獲得大大的改善,同時保持PTFE其它優(yōu)良性能。填充的品種有玻璃纖維、金屬、金屬化氧化物、石墨、二硫化鉬、碳纖纖、聚酰亞胺、EKONOL…等,耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯
聚四氟乙烯
聚四氟乙烯管材選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂經(jīng)柱塞擠壓加工制成。在已知塑料中聚四氟乙烯具有好的耐化學腐蝕性能及介電性能。聚四氟乙烯編織盤根是一種良好的動密封材料,是由膨體聚四氯乙烯帶條編織而成,具有低摩擦系數(shù)、耐磨、耐化學腐蝕、密封性良好、不水解、不變硬等優(yōu)良性能。用于各種介質(zhì)中工作的襯墊密封件和潤滑材料,以及在各種頻率下使用的電絕緣件、電容器介質(zhì)、導線絕緣、電器儀表絕緣等。聚四氟乙烯 薄膜適用于作電容器介質(zhì)、 特種電纜的絕緣層、導線絕緣、電器儀表絕緣及密封襯墊,還可做不粘帶、密封帶、脫模。 此外,生活中用的不粘鍋的內(nèi)襯也使用聚四氟乙烯制作的,就是利用了聚四氟乙烯耐高溫,不粘的特點。
DuPont Teflon PTFE 669N X 粉狀擠出