پلی تترا فلوئورواتیلن ptfe polytetrafluoroethylene

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) ( Polytetrafluoroethylene ) یک فلوئوروپلیمر مصنوعی یا سنتز شده از تترافلوئورواتیلن است که کاربردهای بسیار فراوانی دارد. این ماده بیشتر با نام تجاری تفلون شناخته می‌شود.
 

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) ( Polytetrafluoroethylene )

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE)، سر دسته خانواده پلی فلوروکربن‌ها است و پلیمری سنتری، بلوری،‌ محکم ، سخت، مومی شکل، غیر قابل اشتعال و ترموپلاستیک است و دارای ضریب اصطکاکی پایین است که توسط پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد مونومر تترا فلوئورواتیلن تولید می‌شود. پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) بیشتر با نام تجاری تفلون که متعلق به شرکت Chemours است معروف است  و با مارک‌های تجاری مانند تفلون، فلوئون، هاستافلون و پلی فلون شناخته می‌شود.

 پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) با سطح لغزنده، نقطه ذوب بالا و مقاومت در برابر تقریباً تمام مواد شیمیایی متمایز می‌شود. این خصوصیات باعث شده تا به عنوان روکش ظروف پخت نچسب همچنین در محصولات صنعتی ، از جمله بلبرینگ ، قطعات شیرآلات و پمپ‌ها و در صنایع پزشکی و پوشش‌های ضد خوردگی، آسترهای مقاوم در برابر مواد شیمیایی، پوشش‌های مقاوم حرارتی و نیز پوشش‌های مقاوم در برابر سایش و… استفاده شود.

تترافلوئوراتیلن (C_۲F_۴)، گازی بی‌رنگ و بی‌بو است  که با حرارت دادن کلرو دی‌فلوئورومتان (CHClF_۲) در محدوده دمایی ۶۰۰-۷۰۰ درجه سانتی‌گراد (۱۳۰۰ـ۱۱۰۰ درجه فارنهایت) تولید می‌شود. کلرو دی‌فلورومتان از واکنش هیدروژن فلوراید  (HF) با کلروفرم (CHCl_۳) بدست می‌آید. از آنجا که تترا فلورواتیلن می‌تواند به طور انفجاری به تترافلورومتان و کربن تجزیه شود ، برای جلوگیری از این اتفاق دستگاه ویژه‌ای برای پلیمریزاسیون مورد نیاز است. این فرآیند به طور معمول با پرسولفات آغاز می‌شود ، که برای تولید رادیکال‌های سولفات همولیز می‌شود:

[O_۳SO−OSO_۳]^۲− ⇌ ۲ SO_۴•⁻

 

 

 

پلیمر حاصل با گروه‌های استر سولفاته خاتمه می‌یابد ، که می‌تواند هیدرولیز شود و به گروه‌های انتهایی OH برسد.

به دلیل اینکه  پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) تقریباً در تمام حلال‌ها بطورناچیزی حل می‌شود ، پلیمریزاسیون به صورت امولسیون در آب انجام می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد سوسپانسیونی از ذرات پلیمر می‌شود.

روش دیگر ، پلیمریزاسیون با استفاده از یک سورفاکتانت مانند PFOS است به همین سبب مونومرهای تترافلورواتیلن در آب سوسپانسیون یا امولسیون می‌شوند و سپس تحت فشار زیاد در حضور آغازگرهای رادیکال آزاد پلیمریزه می‌شوند. لذا PTFE از زنجیره‌ای از اتم‌های کربن با دو اتم فلوئور متصل به هر کربن تشکیل شده است و یک مولکول شیمیایی بی اثر و نسبتاً متراکم با پیوندهای فلوئورکربن بسیار قوی ایجاد کرده‌اند.

.

فراوری و شکل دهی پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE)

پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) به دلیل قرارگیری اتم‌های بزرگ فلوئور در زنجیره آن بسیار قطبی است و دارای بلورینگی است و فراوری آن می‌تواند دشوار و گران باشد ، زیرا دمای ذوب بالا آن (۳۲۷ درجه سانتی‌گراد) بالاتر از دمای اولیه تجزیه‌ (۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) آن است. هنگام ذوب شدن ، به دلیل عدم وجود فاز بلوری و ویسکوزیته ذوب زیاد با وجود اینکه جاری نمی‌شود اما مانند ژل رفتار می‌کند. از این رو آن را در دمای ۳۵۰ درجه سانتی گراد و فشار بالا شکل‌دهی می‌کنند و به این روش زینترینگ یا تف‌جوشی می‌گویند.

برخی از محصولات پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) با قالب‌گیری سرد ، نوعی قالب‌گیری فشاری ساخته می‌شوند. در اینجا ، PTFE ریز پودر شده تحت فشار زیاد (۱۰۰-۱۰ مگاپاسکال) به قالب وارد می شود و پس از یک دوره چند دقیقه ای تا چند روزه قرارگیری و باقی ماندن ، قالب در ۳۶۰ تا ۳۸۰ درجه سانتی‌گراد (۶۸۰ تا ۷۱۶ درجه فارنهایت) گرم می‌شود و اجازه می‌دهد ذرات ریز ذوب شوند.

 

 

آشنائی با خواص تفلون PTFE  و کاربرد مؤثر آن در صنایع مختلف

صنعت مدرن با مشکلات جدی در زمینه واشر PACKING و همچنین کاربردهای قابل توجه در زمینه محورهای چرخنده شیرهای برقی، نیروگاههای حرارتی، صنایع غذایی و کارخانه های تولید شکر مواجه خواهد شد. به ویژه اگر تکنولوژی بالایی در زمینه تولید به کار گرفته شده باشد، موثرترین ماده، استفاده از ترکیبات PTFE پی تی اف ای خواهد بود.

پلی تترا فلوئور اتیلن پلیمری با وزن ملکولی بسیار بالاست. این مولکول از اتمهای فلوئوروکربن تشکیل شده است که با پیوندهای بسیار محکم به یکدیگر متصلند. این مولکول که با علامت اختصاری PTFE مشخص می شود ملکولی بسیار سخت است که کاربرد آن با توجه به خواص پلاستیکی بسیار زیاد آن توصیه می شود.

کاربردهای بسیار وسیع آن در پهنه صنعت و استفاده در موارد خاص اهمیت ویژه ای به این ماده داده است. ذیلا به برخی از مشخصات کاربردی این ماده اشاره می شود:

- مقاومت درحرارت بالا (327 درجه سانتیگراد)        

- مقاومت بالا در مقابل عوامل شیمیائی و حلالها       

- مقاومت در برابر چسبندگی

- خواص دی الکتریک بالا (عایق در زمینه الکتریسته)

- ضریب اصطکاک پایین

- غیرسمی بودن

تفلونPTFE پی تی اف ای عموما به عنوان یک پلیمر ترموپلاستیک در دمای حدود 327 درجه منظور می شود که در این درجه حرارت با حفظ شکل کریستالی و حالت خمیری شکل آن شرایط مناسبی را برای ساخت قطعات با تکنیکهای خاص بوجود می آورد. بایستی در نظر داشت که تهیه قطعات مورد نیاز در شرایط ذکر شده بستگی به فرایندهای حرارت تولید دارد.

- خواص حرارتی تفلون:

1/ الف) پایداری حرارتی: تفلون یکی از مواد پلاستیکی با ثبات است که در درجه حرارت 260 سانتیگراد هیچگونه اثری از تجزیه شیمیائی در آن وجود ندارد و در این درجه مقدار زیادی از مشخصات خود را حفظ می کند. تجزیه شیمیائی قابل ملاحظه، در درجه حرارت بالای 400 درجه سانتیگراد مشاهده می شود و در حرارت بالای 500 درجه سانتیگراد تجزیه سریعتر خواهد بود. کاربرد تفلون در درجه حرارت 200 درجه سانتیگراد تا 260 درجه سانتیگراد پیشنهاد میشود. 

 1/ب) نقاط گذر: ملکول PTFE حالت کریستالی دارد که با تغییرات دما تغییر می کند. نقاط تغییر حالت مختلفند اما نقاط گذر دو عدد می باشند. در 19 درجه سانتیگراد تغییراتی در ساختمان کریستالی بوجود آمده و برخی خواص فیزیکی تغییر می کند و در 327 درجه سانتیگراد حالت کریستالی ناپدید می شود و یک حالت همگون و ژلاتینی بدون ذوب شدن پیدا می کند که در این دما نیز شکل هندسی خود را حفظ می کند.

1/ج) انبساط حرارتی: همانگونه که در مورد شماره 1/ب مشاهده می کنید ضریب انبساط خطی تفلون با تغییر دما تغییر می کند. بعلاوه بخاطر جهتدهی که به هنگام فرآیند حادث می شود و قطعات PTFE درحالت کلی ناهمسانگرد هستند. به زبان دیگر می توان گفت که ضریب انبساط خطی تابعی از جهت مولکول است.

1/د) هدایت حرارتی: ضریب هدایت گرمایی تفلون به تغییر درجه حرارت بستگی ندارد زیرا ضریب هدایت گرمایی تفلون بالاست. بدین جهت تفلون به عنوان یکی از عایقهای حرارتی مناسب منظور می شود. این مشخصه به طریقه کاربرد آن و همچنین استفاده از تفلون مناسب (منظور تفلون مخلوط است) بستگی دارد. برای توضیح بیشتر به تفلونهای مخلوط مراجعه شود.

1/هـ) حرارت مخصوص: ظرفیت گرمای ویژه مانند گرمای داخلی (آنتالپی) با حرارت افزایش می یابد. بافرض اینکه آشکارا دارای مقادیر زیادی در نقاط گذر می باشند.

-  رفتار در مقابل عوامل بیرونی:

2/الف) مقاومت در برابر عوامل شیمیایی: تفلون عملا" در مقابل عوامل شیمیایی خنثی است و فقط در مقابل فلزات الکالینی (قلیایی) در حالت عنصر آسیب پذیر است. تفلون در مقابل تری فلوئورکلرو عنصرفلوئور در حرارت و فشار بالا نیز آسیب پذیر است.

2/ب) مقاومت در برابر حلالها: تفلون در اکثر حلالهای شیمیایی تا درجه حرارت 300 درجه سانتیگراد حل نمی شود. ئیدروکربنهای فلوئوردار در این شرایط باعث مقداری انبساط در تفلون می شوند. اما این حالت برگشت پذیر است ولی در مقابل، برخی روغنهای فلوئوردار در حرارت بالای 300 درجه سانتیگراد بعنوان حلال عمل می کنند.

2/ج) مقاومت در برابر عوامل جوی و نور: قطعات PTFE بنابر تجربیات مشهود در شرایط آب و هوایی نامساعد در طول بیش از بیست سال کمترین تغییری از خود نشان نداده اند.

2/د) مقاومت در برابر اشعه: تشعشعهای با انرژی بالا باعث شکستن مولکول PTFE می شود بطوریکه مقاومت در برابر تشعشع آنان پایین است. البته این مقاومت تا مقدار زیادی به حضور اکسیژن بستگی دارد. خواص دی الکتریک در مقابل تشعشع کمتر تاثیرپذیر است و تقریبا" مستقل از وزن مولکول است.

2/هـ) نفوذپذیری در مقابل گازها: خواص نفوذپذیری PTFE در مقابل گازها کم و بیش شبیه سایر پلاستیکها مقادیری که بوسیله تحقیقات گوناگون پیدا شده اند چندان قابل اعتماد نیستند. اما قطعات با ضخامت بالا را می توان غیر قابل نفوذ قلمداد کرد. البته واضح است که نفوذپذیری در برابر گازها علاوه بر ضخامت قطعه و فشار به فرایندی که در حال انجام است و قطعه PTFE در آنجا حضور دارد بستگی خواهد داشت.

 

- خواص فیزیکی و مکانیکى:

3/الف) مقاومت در مقابل کشش و فشار: این خاصه به مقدار زیاد بستگی به فرایند ساخت و تهیه قطعه و نوع پودر تفلون دارد. به هرحال در بین سایر پلیمرها تفلون در حرارتهای مختلف مقاومت خوبی در این زمینه دارد و در یک کار مستمر و طولانی تا حرارت 260 درجه سانتیگراد با تغییرات حرارتی وسیع حالت پلاستیکی خود را حفظ می کند (حتی تا نزدیکی صفر مطلق).

3/ب) مقاومت در مقابل انعطاف: تفلون عملا" یک ماده انعطاف پذیر است و حتی در فشار 7N/MMÁ/0 (برطبق ASTMD790) نمی شکند. فرم پلاستیکی و انعطاف پذیری تفلون در دمای طبیعی حدود Á 350-650 N/MM و در دمای 80 درجه سانتیگراد برابر  2000N/MMÁ  و تقریبا“ 200N/mmÁ در 100 درجه سانتیگراد و N/mmÁ 45 در 260 درجه سانتیگراد میباشد.

3/ج) مقاومت در مقابل ضربه: حتی در دمای بسیار پایین تفلون PTFE پی تی اف ای از خاصیت برگشت یا ضربه پذیری خوبی برخوردار است.

3/د) حافظه پلاستیکی: اگر یک قطعه از تفلون تحت فشار یا کشش قرار گیرد (پایین تر از نقطه پارگی) پس از آزادشدن، مقداری از حالت تحمیل شده را حفظ می کند. درصورتیکه قطعه فوق الذکر دوباره حرارت داده می شود فشارهای تحمیلی آزادشده و قطعه مجددا" به حالت اولیه باز می گردد. این خاصه (حافظه پلاستیکی) نام دارد و در کاربردهای مختلف مانند ساخت قطعات با صافی سطح متوسط و فارغ از تنشهای داخلی استفاده می شود.

3/هـ) سختی: درجه سختی، SHORE D، براساس واحد  (A?STM-D2240)بین D60 و D50 است. درصورتیکه براساس استاندارد d/n53456 اندازه گیری شود (13.5 kg در سی ثانیه) درجه سختی بین (27-32n/mmÁ) بدست می آید.

/و) اصطکاک: ضریب اصطکاک تفلون در بین مواد جامد پایینترین ضریب اصطکاک را دارد و ضریب اصطکاک بستگی به عوامل زیادی دارد. به هرصورت ضریب اصطکاک بین 9% تا 5% می باشد و می توان موارد ذیل را یادآوری کرد:

-A ضریب اصطکاک استاتیک و دینامیک برابر هستند و اثری از خراش و اصطکاک نقطه ای دیده نمی شود.

-B با افزایش بار ضریب اصطکاک کاسته می شود و سپس ثابت می ماند.

 -Cضریب اصطکاک با افزایش سرعت افزایش می یابد.

–D ضریب اصطکاک با افزایش حرارت تغییر نمی کند و ثابت می ماند.

3/ز) سایش: سایش این ماده بستگی به شرایط مختلفی از جمله سطح سرخورنده و طبیعتا" سرعت و بار وارده بر سطح دارد و با افزایش موادی از قبیل کربن و شیشه و برنز به تفلون (که به آن اصطلاحا" تفلون مخلوط گفته می شود) از سایش به مقدار قابل توجهی کاسته می شود.

 

- خواص الکتریکی:

تفلون یکی از عایقهای خوب به شمار می رود و در ضمن عایق الکتریکی با ارزشی است. همچنانکه در جدول شماره یک آمده است. قابل ذکر است که تفلون این خاصیت را درشرایط مختلف جوی، دمایی و فرکانسهای مختلف حفظ می کند.

4/الف) مقاومت دی الکتریک: این خاصه با تغییر ضخامت تغییر می کند ولی با افزایش فرکانس کاسته می شود. عملا" این خاصیت تا 300 درجه سانتیگراد ثابت می ماند و حتی بعد از مدت طولانی و حرارتهای بالا این خاصه حفظ می شود (6 ماه در 300 درجه سانتیگراد). ضمنا" این اندازه ها به مقدار و شرایط و مراحل تولید بستگی دارد.

4/ب) ثابت ضریب دی الکتریک و ضریب انتشار: ثابت دی الکتریک و ضریب انتشار در تفلونPTFE خیلی پایین است و تا درجه حرارت 300 درجه سانتیگراد تغییر نمی کند. حتی در یک میدان فرکانس تا HZ109 و کار بسیار طولانی در حرارت (6 ماه در 300 درجه سانتیگراد) تغییری دیده نمی شود. این ضرایب و همچنین مقاومتهای حجمی و سطحی به فرآیند ساخت بستگی ندارد.

4/ج) مقاومت در برابر قوس الکتریکی ARC: PTFE دارای مقاومت خوبی در برابر قوس الکتریکی ARC می باشد. بعد از یک کار طولانی هیچ گونه اثری از سوختگی سطحی مشاهده نمی شود.

مقاومت در مقابل قوس الکتریکی بر اساس استاندارد ASTM D495 700 ثانیه می باشد.

4/د) مقاومت در برابر اثر کرونا: تخلیه الکتریکی حاصل از کرونا می تواند فرسایش سطحی ایجاد کند. اما به عنوان یک عایق بسیار مناسب در شرایطی که اختلاف پتانسیل بالا باشد عمل می کند.

- خواص سطحی:

آرایش ملکولی PTFE باعث عدم چسبندگی این ماده در قسمت سطح می شود. به همین دلیل این ماده به سختی مرطوب می شود. زاویه تماس این ماده با آب تقریبا" 110 سانتیگراد است و قابل ذکر استSURFACE TENTION  (تنش سطحی) این ماده20 dinE/cm  است و بدین جهت سطح قابل مرطوب شدن نیست و شما با یک سری واکنشهای شیمیایی خاص می توانید آن را به سطح دیگری بچسبانید.