"Teflon"및 "Plastic King"으로도 알려진 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE)은 고온 저항, 부식성, 용매 저항성, 높은 단열재, 생물학적 불활성 및 기타 특성으로 인해 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. PTFE는 불소 원자가 폴리에틸렌 수소 원자를 대체하는 2 개의 원소 인 C 및 F로 구성된 분지가없는 중합체이다.
1. PTFE의 구조 및 특성
1. 구조적 특성
폴리 테트라 플루오로 에틸렌은 서스펜션 방법, 분산 방법 및 에멀젼 방법과 같은 중합 방법에 의해 제조 될 수있는 테트라 플루오로 에틸렌의 홀로 폴리머이다.
폴리 테트라 플루오로 에틸렌은 매우 강한 물질이며 엔지니어링 플라스틱으로 사용될 수있는 유일한 유형의 형광 플라스틱입니다.
2. 주요 속성
PTFE의 상대 분자량은 매우 크기 때문에 상대 분자량은 강도에 명백한 영향을 미치지 않지만 결정도는 PTFE 생성물의 강성, 강인성, 신장 및 강도에 중대한 영향을 미칩니다.
PTFE의 밀도는 약 2.2g/cm3이고, 표면은 매끄럽고 밀랍이며, 물과의 접촉각은 114도 -115 정도입니다. PTFE는 일반적으로 유백색 흰색과 불투명이지만, 켄칭 된 생성물은 어느 정도의 투명성, 거의 수증기 및 질소에 대한 낮은 투과성이 없으며 밀도가 증가함에 따라 감소합니다.
PTFE의 인장 강도, 신장, 탄성 계수, 경도, 공기 투과성, 유전성 강도 등은 처리 조건이 생성물의 다공성 및 결정도에 영향을 미치기 때문에 성형 압력, 소결 온도 및 시간 및 냉각 속도와 같은 처리 조건과 관련이 있습니다. 높은 성형 압력, 금형의 소결 및 압력 하에서 냉각은 제품의 공극을 감소시켜 기계적 강도를 향상시킬 수 있습니다. PTFE는 탄성 계수가 낮으며 크리프가 발생하기 쉽습니다. 크리프는 PTFE가 개스킷, 생 테이프, 탄성 테이프 등을 밀봉하는 데 사용할 수있는 이유입니다.
PTFE의 경도는 낮지 만 필러를 추가하여 개선 할 수 있습니다.
PTFE의 마찰 계수는 모든 고체 재료 중에서 가장 작으며 온도에 따라 변하지 않습니다. 정적 마찰 계수는 동적 마찰 계수보다 작습니다. 따라서 PTFE 베어링은 원활하게 시작하여 저항이 낮습니다. 저속 고량 베어링으로 사용할 수 있으며 저속으로 회전 할 때 소음이 없습니다.
PTFE의 열 전도도는 낮으며 금속 필러를 첨가하여 적절하게 증가시킬 수 있습니다.
PTFE의 융점은 327도이며, 열 변형 온도는 50-60도 (ISO R75 A 메소드) 또는 130-140 학위 (B 메소드)이며 작동 온도는 -200-260 정도이며, 비 플람 불가능합니다. PTFE는 열가소체 중에서 가장 높은 열 안정성을 가지며 204-327도에서는 분해가 거의 없으므로 가열 안정제가 필요하지 않습니다.
폴리 테트라 플루오로 에틸렌의 상대적 분자 질량은 수십만에서 1 천만 이상의 범위의 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (polytetrafluoroethylene)이 비교적 크다 (일반적으로 중합의 정도는 104의 순서이지만 폴리에틸렌은 103에 불과하다). 일반적인 결정도는 90-95%이고 용융 온도는 327-342 정도입니다. 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 분자의 CF2 단위는 지그재그 형태로 배열된다. 불소 원자의 반경은 수소의 반경보다 약간 크기 때문에, 인접한 CF2 단위는 트랜스 크로스 방향으로 완전히 배향 될 수 없지만, 나선형 꼬인 사슬을 형성 할 수 없으며, 불소 원자는 전체 중합체 사슬의 표면을 거의 덮습니다. 이 분자 구조는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌의 다양한 특성을 설명한다.
2. PTFE의 응용 분야
PTFE는 최고의 화학적 내식 저항성을 가지므로, 반응체 재료에 가장 많이 사용되며 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. PTFE는 우수한 전기 특성을 가지므로 전자 및 전기 산업에서 절연 재료로 사용됩니다. PTFE는 작은 마찰 계수와 우수한 내마모성을 가지고 있으므로 기계 산업에서 내마모성 재료, 슬라이딩 부품 및 물개를 만드는 데 사용됩니다.
PTFE는 교량과 건물에서 하중을 지원하는 지원으로 널리 사용됩니다. 또한, 처리 후 PTFE 필름의 선택적 투과성에 따르면, 가스 또는 액체를 선택적으로 통과시키는 분리 물질로서 사용될 수있다. 다공성 막은 가스-액체 분리, 가스 가스 분리 및 액체-액체 분리에 사용될 수 있으며, 부식성 액체를 여과하는데 사용될 수있다. 또한 PTFE는 의료, 전자 및 건설 산업에서도 널리 사용됩니다. 예를 들어, PTFE 막은 인공 혈관, 심장 판막 등을 포함한 인간 장기로 사용될 수 있습니다.
1. 5G 필드에서 PTFE의 적용
통신 산업에서 일반적으로 사용되는 FR4 구리 입은 라미네이트는 에폭시 수지를 기판 재료로 사용하지만 손실은 크며 고주파 통신에는 적합하지 않습니다.
5G 필드에서 고주파 구리 손상 라미네이트에 대한 요구 사항은 낮은 유전 상수 및 낮은 유전체 손실 계수이며 5G 필드는 고유 한 특성 (마이크로파 및 밀리미터 웨이브 응용 프로그램)을 가지며 구리 입자 라미네이트에 대한 요구 사항이 더 높습니다.
폴리 테트라 플루오로 에틸렌 수지는 현재 유전 상수가 가장 낮은 중합체 물질이며, 유전체 특성 및 유전체 손실은 5G 필드에서 통신 기지 스테이션의 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 따라서, PTFE는 5G, 항공 우주 및 군사 산업과 같은 고주파 통신에 점차 사용되며, 이로 만든 구리 손상 라미네이트를 고주파 구리 손상 라미네이트라고합니다.
또한 PTFE는 5G 필드에서 반 유연성 동축 케이블, RF 동축 케이블, 레이더 안테나 보드 등을 만드는 데 종종 사용됩니다.
2. 수소 에너지 산업에서 PTFE의 적용
수소 에너지 분야에서, PTFE는 주로 알칼리 전해저의 밀봉 및 PEM 연료 전지 및 물 전기 분해에서 양성자 교환 막 강화에 사용된다.
알칼리성 전해질에서 밀봉 개스킷은 밀봉 및 단열 기능이 모두있는 주요 구성 요소입니다. 누출은 알칼리 전해저의 수명과 안전에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 밀봉 개스킷의 압축 탄력성 및 크리프 이완은 밀봉 개스킷의 성능을 측정하는 데 중요한 지표입니다. 국내 알칼리성 탱크 밀봉 재료는 석면 고무 시트와 같은 여러 반복과 업그레이드를 겪었습니다. 현재 중국에서 일반적으로 사용되는 전해저 밀봉 개스킷은 주로 PTFE 타입 충전 개스킷입니다. PTFE는 유리 섬유, 알루미나 및 흑연과 같은 보강 필러로 채워지고 변형 된 다음 성형 및 소결되어 밀봉 개스킷을 형성합니다.
연료 전지 및 PEM 물 전기 분해에서, 양성자 교환 막은 얇음을 향해 발달하고 있지만, 얇은 균질 한 퍼 플루오로 설 폰산 막의 수명은 연료 전지 및 PEM 물 전기 분해의 요구 사항을 충족시킬 수 없다. 현재, 시장에 나와있는 연료 전지 양성자 막은 종종 복합 재료 및 퍼플 루오 술 폰 산 막 막으로서 EPTFE를 사용하여 복합 양성자 교환 막이다. 팽창 된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 막 (EPTFE)은 마이크로 미터 또는 하위 크로 미터 수준을 갖는 다공성 3 차원 메쉬 미세 구조이다.
현재 글로벌 EPTFE 시장은 미국의 Gore, Nitto Denko 및 Donaldson과 같은 일부 제조업체에 의해 제어됩니다. 국내 범 아시아 미세 다공성은 EPTFE 생산 기술을 지속적으로 탐구하고 침입함으로써 해외 독점을 성공적으로 파괴했습니다. 그러나 전체 국내 EPTFE 영화는 중간 및 저가 시장에 중점을두고 있으며, 고급 시장의 상당 부분을 설명하지 않습니다.
3. PTFE 수정 기술
폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE)은 조성물에 함유 된 강한 불소-탄소 결합으로 인해 우수한 내열, 단열재, 자체 윤활 특성, 비 염증, 비 스틱 및 기타 우수한 특성을 갖는다. 동시에, 고온 저항과 안정적인 화학적 특성으로 인해 "아쿠아 레지아"부식에 저항 할 수있는 능력이있어 "플라스틱의 왕"이라는 명성을 얻습니다. 그것은 방어, 기계 산업 및 의학 자료, 특히 Tribology 분야에서 널리 사용됩니다. 따라서 엔지니어링 플라스틱 분야에서 PTFE는 연구원들이 선호하는 자료 중 하나가되었습니다.
그러나 경도가 낮고 마모 쉬운 및 열악한 크리프 저항과 같은 PTFE의 단점으로 인해 실제 응용 및 생산에 대한 특정 제한이 적용됩니다. 따라서 연구자들은 PTFE 자체의 장점을 변경하지 않고 기계적 특성을 개선 할 수있는 훌륭한 방법을 찾아서 응용 분야를 확장하기 위해 노력해 왔습니다. PTFE의 수정은 주로 표면 변형, 블렌딩 수정 및 충전 수정을 포함하여 PTFE 자체의 결함을 보상하기 위해 다른 재료와 결합됩니다. 그 중에서도 혼합 수정 및 충전 변형은 주로 복합 재료의 제조에 사용되는 반면, 표면 화학적 변형은 주로 결합 문제를 목표로합니다.
1. 표면 변형
PTFE는 표면 활성이 매우 낮고 탁월한 비 촉감을 가지므로 다른 재료와의 접착 정도를 줄입니다. 표면 변형은 표면 불활성 및 충전제와의 호환성을 향상시킬 수있을뿐만 아니라 매트릭스 재료의 표면 활성을 향상시킬 수 있습니다. PTFE 표면의 현재 화학적 변형은 주로 혈장 처리, 방사선 처리 및 화학 용액 처리이다. 이들 방법은 매트릭스 재료의 활성을 개선하기위한 목적을 달성하기 위해 표면 불소 이온을 제거하고 표면에서 고도로 활성 기능적 그룹을 이식하는 것이다.
혈장 변형은 고 에너지 혈장으로 샘플의 표면을 폭격하고, 샘플 표면의 분자로 에너지를 전달하고, 샘플의 열 에칭, 가교, 분해 및 산화 반응을 유발하며, 샘플의 표면 상에 CF 결합 및 CC 결합을 유발하고, 샘플의 많은 수의 표면을 생성하거나,이를 통해 유리한 성능을 생성합니다. 저온 혈장 처리에 의한 물질 표면의 변형은 혈장 표면 에칭, 혈장 결합, 혈장 증기 증착, 혈장 액체 침착 및 혈장 표면 이식으로 나눌 수있다.
고 에너지 방사선은 이식 중합을 유발하고 친수성, 생체 적합성, 전도도 등을 개선하는 것과 같은 독특한 특성을 제공 할 수 있습니다. 방사선 처리 된 PTFE 표면은 아크릴산, 스티렌 및 스티렌/수컷/말리 양식장과 같은 친수성 단량체로 직접 접목 될 수 있습니다. 표면 거칠고 결합 영역을 증가시킵니다. 방사선 접목에서 일반적으로 사용되는 방사선 소스에는 코발트 -60, 세륨 -137 및 strontium -90와 같은 감마선뿐만 아니라 X-ray 튜브, 선형 가속기 및 사이클로 트론과 같은 다양한 유형의 가속기가 포함됩니다.
PTFE는 표면 활성을 향상시키기 위해 화학 물질로 치료할 수 있습니다. 이들 화학 물질은 나트륨-나프 탈렌 테트라 하이드로 푸란 용액, 금속 나트륨, 알칼리 금속 아말감, 펜타 카르 보닐 철액 등의 암모니아 용액을 포함한다. 나트륨-나프탈렌 처리 용액은 테트라 하이드로 르스와 같은 활성 이터 및 에틸렌 glycoccoccoleth 에테르와 같은 활성 이수체에서 동일한 양의 나트륨 및 나프탈렌의 용해 또는 복합체를 용해시킴으로써 얻어진다. 나트륨은 가장 외부 전자를 나프탈렌의 빈 궤도로 전달하여 음이온 자유 라디칼을 형성 한 다음 나트륨과 이온 쌍을 형성하고 많은 양의 공명 에너지를 방출합니다. 이어서, 나프탈렌 음이온을 PTFE로 옮겨 CF 결합을 파괴하고 표면에 일부 불소 원자를 제거하여 PT-FE 표면에 탄산 층 및 일부 극성 그룹을 형성한다. 처리 된 PTFE 표면에 하이드 록실, 카르 보닐 및 카르 복실과 같은 활성 그룹이 있으며, 이는 PTFE 표면의 결합 특성을 향상시킨다.
2. 블렌딩 수정
블렌딩의 기본 원리는 유사한 용해의 원리이므로 혼합 된 재료의 용해도 값과 표면 장력은 유사해야합니다. PTFE를 다른 엔지니어링 플라스틱과 혼합하면 각 구성 요소의 강도를 통합하면서 보완적인 장점의 목적을 달성하여 응용 프로그램 필드를 어느 정도 확장 할 수 있습니다. 블렌딩 변형에서, PTFE는 다른 폴리머를 강화하기 위해 매트릭스 재료 및 필러로 사용될 수있다. 여기 우리는 주로 폴리 페닐 렌 에스테르 (POB), 폴리 페닐 렌 설파이드 (PPS) 및 폴리 에테르 케톤 (엿보기)을 소개합니다.
POB는 우수한 압축 크리프 저항과 높은 경도를 가지고 있습니다. PTFE와 블렌딩하면 PTFE의 단점을 보완하고 PTFE의 기계적 및 트리 컬트 특성을 향상시킬 수 있습니다.
POB와 달리 PPS는 우수한 내마모성, 용매 저항성, 내열성 및 쉬운 제조를 갖습니다. 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 또한 초 소수성 코팅의 매트릭스로 사용할 수 있습니다. PTFE는 잠재적 생물 형성, 높은 열 안정성, 높은 화학적 불활성, 낮은 표면 에너지 및 우수한 자체 윤활 능력의 장점을 가지고 있습니다. PTFE와 PPS를 혼합하는 것은 소수성 코팅의 재물학적 특성을 향상시키는 데 이상적인 선택입니다.
Peek 및 PTFE는 고체 윤활 복합재의 일반적인 매트릭스 재료입니다. Cai Zhenjie et al. 준비된 PTFE- 수정 엿보기 복합재를 연구하고 기계적 특성 및 마모 메커니즘을 연구했습니다. PTFE 마이크로 파워의 질량 분율이 5%인 경우, 마찰 계수는 0. 35 ~ 약 0. 3에서 감소하고 볼륨 마모가 최소화됩니다. 이 복합 재료는 기계적 분야뿐만 아니라 의료 분야에서도 사용할 수 있습니다.
블렌딩 변형은 표면 화학적 변형보다 단순하고 오염이 없지만 일반적으로 중합체로만 변형되며, 이는 금속, 세라믹 및 섬유와 같은 무기 충전제의 첨가를 제한하여 복합재 재료의 강도, 경도 및 열 전도성을 향상시키는 성능이 제한됩니다. 또한, PTFE의 높은 불활성은 다른 폴리머와 덜 호환됩니다. 수정하기 전에 표면을 처리해야하거나 수정 프로세스 중에 일부 특정 구성 요소를 추가하여 호환성을 향상시켜야합니다.
3. 충전 수정
수정 된 PTFE를 채우는 것은 간단하고 효과적인 방법입니다. 필러와 첨가제를 추가하면 PTFE의 기계적 특성, 특히 크리프 및 마모 속도가 크게 향상 될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 필러는 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연, 몰리브덴 이황화, 청동, 강철 등을 포함합니다.
흑연은 좋은 고체 윤활제입니다. PTFE에서 흑연을 충전하면 PTFE 복합재의 마모를 크게 줄일 수있을뿐만 아니라 PTFE의 열전도율과 압축 제고 크리프도 개선 할 수 있습니다.
몰리브덴 이황화 (MOS2)는 흑연보다 마찰 계수가 낮고 본질적으로 안정적이므로 널리 사용됩니다. 그러나 MOS2의 가격은 매우 높습니다. 텅스텐 이황화 (WS2)의 성능은 MOS2와 크게 다르지 않지만 WS2는 건조 마찰 성능이 향상됩니다. MOS2 및 WS2는 기계적 특성을 개선하면서 복합 재료의 마찰 안정성과 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 순수한 PTFE와 비교하여, WS2 충전의 마찰 안정성은 약 33.3%증가 할 수있다. 복합 충전물을 사용하면 단일 충전과 비교하여 내마모성을 2.3% 향상시킬 수 있습니다.
탄소 섬유 (CF)는 높은 특이 적 강도, 높은 계수, 저밀도, 탁월한 내마모성 및 크리프 특성을 갖습니다. 탄소 섬유는 크리프를 줄이고, 경도를 높이고, 유연성 및 압축 모듈러스 증가에 필수적입니다. 탄소 섬유 화합물과 혼합 된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌은 높은 열 전도도 및 낮은 열 팽창 계수를 갖는다. 탄소 섬유는 강한 알칼리 및 하이드로 플루오르 산에 불활성입니다 (유리 섬유는 이들 두 산을 견딜 수 있음). 이 부품은 충격 흡수 장치와 같은 자동차 부품을 제조하는 데 매우 적합합니다.
GF는 고강도, 높은 계수 및 상대적으로 저렴한 가격으로 인해 산업 마찰 재료의 생산에 항상 선호되었으며, 중합체 충전 및 변형 분야에서 CF보다 널리 사용됩니다.
PTW (Cotassium Titanate Whisker)는 고유 한 고도로 정렬 된 결정 구조로 인해 일반적으로 사용되는 GF, CF 등보다 훨씬 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. PTW의 첨가는 복합 재료의 강도와 내마모성을 크게 향상시키는 동시에 복합 재료의 강성과 인성을 강화하고 강화하고 강화 및 강화, GF 및 CF를 수정할 때 다른 특성을 희생하면서 다른 속성을 개선하는 이전의 현상을 변경하며, 화학적 특성, 우수한 열 단열성 및 내장성을 갖는다. PTW의 충전 및 변형 효과는 GF 및 CF보다 우수하지만 PTW와 매트릭스 재료 사이의 호환성을 더욱 향상시켜야합니다.
청동으로 채워진 PTFE,이 화합물은 우수한 열전도율과 전기 전도도를 가지므로 극도의 하중 및 온도가있는 응용에 매우 적합합니다.
IV. PTFE 요약
PTFE는 탁월한 포괄적 인 특성을 가지고 있으며 형광 플라스틱 중에서 가장 널리 사용되는 품종으로 점점 더 중요한 역할을합니다. 과학과 기술의 발전으로 순수한 PTFE는 더 이상 시장 수요를 충족시킬 수 없으므로 PTFE, 주로 표면 수정, 혼합 수정 및 충전 수정을 수정하는 것이 불가피한 경향이되었습니다. 현재 중국은 PTFE의 주요 생산자가되었으며 기본적으로 수정 된 PTFE의 성형 및 처리 방법을 마스터했습니다. 그러나 외국과 비교할 때 기술과 제품 품질에는 여전히 큰 차이가 있습니다. 따라서, 수정 된 PTFE의 연구, 처리 및 적용 및 다른 작업 조건 하에서의 마련된 행동 및 메커니즘을 추가로 연구해야한다.
