Vor- und Nachteile von PTFE

PTFE ist ein neuer Kunststofftyp. Da es viele hervorragende Eigenschaften besitzt, die Kunststoffe nicht haben, wird es als „König der Kunststoffe“ bezeichnet: Es wird in flüssiger Luft nicht spröde, wird in kochendem Wasser nicht weich und kann von -269,3 Grad bis 250 Grad verwendet werden; es ist sehr korrosionsbeständig, egal ob es sich um starke Säuren oder Basen wie Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Königswasser, Ätznatron oder starke Oxidationsmittel wie Kaliumdichromat, Kaliumpermanganat usw. handelt, es kann nicht einmal ein Haar berühren.

Das heißt, Vor- und Nachteile von PTFEseine chemische Stabilität übertrifft die von Glas, Keramik, Edelstahl und sogar Gold und Platin. Da Glas und Keramik alkalischeu sind, lösen sich auch Edelstahl, Gold und Platin in Königswasser auf. Doch wie lange kocht Polytetrafluorethylen in Königswasser? Nach zehn Stunden ist es immer noch so gut wie vorher; es ist extrem glatt und kann zur Herstellung von Lagern, Skiern und Dauerbratpfannen verwendet werden; es wird im Wasser nicht nass und dehnt sich nicht aus. Tests zufolge hat sich die Qualität nach einem Jahr Einweichen in Wasser nicht verbessert. Bisher wurde kein Lösungsmittel gefunden, das PTFE-Kunststoff bei hohen Temperaturen ausdehnen kann; die dielektrischen Eigenschaften sind gut und frequenzunabhängig und ändern sich nicht mit der Temperatur.

Polytetrafluorethylen, auch als Teflon bekannt, ist das am häufigsten vorkommende hydrophobe und oleophobe Material. Es ist ein hochmolekulares Polymer, das vollständig aus Kohlenstoff und Fluor besteht. Der Grund, warum Polytetrafluorethylen sowohl hydrophob als auch oleophob ist, liegt hauptsächlich darin, dass die Superelektronegativität der Fluoridionen im Molekül die Polarität des gesamten Moleküls verringert und die intermolekulare Kraft reduziert. Tatsächlich sind Hydrophobie und Oleophobie keine vollständig binären Konzepte. Das bedeutet nicht, dass ein Material, wenn es hydrophob ist, auch oleophil sein muss, oder dass ein oleophobes Material auch hydrophil sein muss. Oft sind strengere Bedingungen erforderlich, damit eine Oberfläche oleophob wird, als um Hydrophobie zu erreichen.

Tatsächlich wird in dieser Frage ein gutes Wort verwendet, nämlich Infiltration. Ob hydrophob oder oleophob, es ist ein makroskopischer Ausdruck der Benetzungsleistung einer häufig verwendeten spezifischen Flüssigkeit auf einer spezifischen festen Oberfläche.

Je kleiner der Kontaktwinkel, desto besser verteilt sich die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Festkörpers und desto besser ist die Benetzbarkeit. Im Gegenteil, je größer der Kontaktwinkel, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Flüssigkeit kugelförmige Tröpfchen bildet und die Benetzbarkeit ist schlecht. Nehmen wir beispielsweise Wasser: Wenn der Kontaktwinkel zwischen einem Wassertropfen und einer festen Oberfläche größer als 150 Grad ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Oberfläche superhydrophobe Eigenschaften aufweist, wie z. B. ein Lotusblatt. Die Hydrophobie der Oberfläche bringt einen großen Vorteil mit sich, nämlich die Selbstreinigungsfunktion.

Beim Infiltrationsprozess sind drei verschiedene Formen von Substanzen beteiligt: ​​Feststoffe, Gase und Flüssigkeiten. An der Schnittstelle, an der die drei verbunden sind, wirken gleichzeitig mehrere verschiedene Kräfte. Der entscheidende Punkt, der den Kontaktwinkel oder die Benetzungsleistung bestimmt, liegt in der Beziehung zwischen mehreren Kräften. Einfach ausgedrückt: Bei üblichen Feststoffen wie Metallen und Gläsern ist viel Energie erforderlich, damit die Moleküle auf der Oberfläche des Feststoffs den Körper durch Wechselwirkung mit Luft- oder Flüssigkeitsmolekülen verlassen können. Daher spricht man von einem Feststoff mit hoher Oberflächenenergie. Wenn die Fähigkeit von Feststoffmolekülen, Flüssigkeitsmoleküle anzuziehen, stärker ist als die Fähigkeit von Flüssigkeitsmolekülen, sich gegenseitig anzuziehen, neigen Flüssigkeitsmoleküle dazu, an die Feststoffoberfläche „gezogen“ zu werden, wodurch sich die Flüssigkeit makroskopisch leichter ausbreiten kann. Im Gegensatz dazu überwiegt bei Feststoffen mit niedriger Oberflächenenergie wie Polytetrafluorethylen die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeitsmolekülen, sodass sich leichter kugelförmige Tröpfchen bilden und die Benetzungsleistung verringert wird.

Wenn Tenside am Gesamtsystem beteiligt sind, spielen ihre Moleküle aufgrund ihrer besonderen amphiphilen Eigenschaften eine wichtige modifizierende Rolle an der Grenzfläche zwischen Feststoff, Gas und Flüssigkeit. Am Beispiel von Polytetrafluorethylen neigen die hydrophoben Ketten von Tensiden dazu, an der Oberfläche von Polytetrafluorethylen zu adsorbieren. Die hydrophile Kopfgruppe ist der Flüssigkeit zugewandt. Auf sehr hydrophoben Oberflächen bilden sich Doppelschichten oder sogar komplexere Mehrschichtstrukturen, die die Oberfläche hydrophiler machen. Dieses Selbstorganisationsverhalten führt zu Änderungen der Energiebeziehung zwischen Molekülen an der Grenzfläche, unterbricht die ursprüngliche Wechselwirkung zwischen Feststoffmolekülen und Flüssigkeitsmolekülen und verbessert die Benetzbarkeit der Flüssigkeit.

----------------------------Vorteile von PTFE----------------------------

Hohe Temperaturbeständigkeit – die Betriebstemperatur erreicht 250 Grad.

Niedrige Temperaturbeständigkeit – verfügt über eine gute mechanische Zähigkeit; selbst wenn die Temperatur auf -196 Grad fällt, kann die Dehnung um 5 % aufrechterhalten werden.

PTFE-3-mm-Rohre sind korrosionsbeständig, reagieren inert auf die meisten Chemikalien und Lösungsmittel und sind beständig gegenüber starken Säuren und Basen, Wasser und verschiedenen organischen Lösungsmitteln.

Witterungsbeständig – hat die beste Alterungsbeständigkeit aller Kunststoffe.

Hohe Schmierfähigkeit – hat den niedrigsten Reibungskoeffizienten aller festen Materialien.

Antihaftbeschichtung – hat die geringste Oberflächenspannung eines festen Materials und haftet an nichts.

Ungiftig – physiologisch inert, langfristige Implantation in den Körper als künstliche Blutgefäße und Organe ohne Nebenwirkungen.

Elektrische Isolierung – hält Hochspannung von 150 Volt stand.

Das relative Molekulargewicht von Polytetrafluorethylen ist relativ hoch und reicht von Hunderttausenden bis über 10 Millionen, im Allgemeinen sind es Millionen (der Polymerisationsgrad liegt in der Größenordnung von 10^4, während er bei Polyethylen nur 10^3 beträgt). Im Allgemeinen beträgt die Kristallinität 90–95 % und die Schmelztemperatur beträgt 327–342 °C. Die CF2-Einheiten im Polytetrafluorethylen-Molekül sind zickzackförmig angeordnet. Da der Radius der Fluoratome geringfügig größer ist als der von Kohlenstoff, können die benachbarten CF2-Einheiten nicht vollständig trans-kreuzorientiert sein, sondern bilden eine spiralförmig gedrehte Kette, die fast vollständig von Fluoratomen bedeckt ist, und zwar auf der Oberfläche der gesamten Polymerkette. Diese Molekularstruktur erklärt die verschiedenen Eigenschaften von PTFE. Bei einer Temperatur unter 19 °C bildet sich eine 13/6-Helix, bei 19 °C tritt ein Phasenwechsel ein und die Moleküle entwirren sich leicht und bilden eine 15/7-Helix.

 

----------------------------Nachteile von PTFE----------------------------

1. PTFE hat „Kaltflusseigenschaften“. Das heißt, die plastische Verformung (Kriechen) von Materialprodukten unter langfristiger Dauerbelastung bringt gewisse Einschränkungen bei der Anwendung mit sich. Wenn PTFE beispielsweise als Dichtung verwendet wird, werden die Schrauben so fest angezogen, dass bei Überschreiten der spezifischen Druckspannung die Dichtung „Kaltfluss“ (Kriechen) erzeugt und abgeflacht wird. Diese Mängel können durch Hinzufügen geeigneter Füllstoffe und Verbesserung der Teilestruktur überwunden werden.

2. PTFE weist eine hervorragende Antihaftwirkung auf, was seine industrielle Anwendung einschränkt. Es ist ein ausgezeichnetes Antihaftmaterial, was die Verbindung mit anderen Oberflächen äußerst schwierig macht.

3. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von PTFE ist 10- bis 20-mal so hoch wie der von Stahl und damit größer als bei den meisten Kunststoffen. Sein linearer Ausdehnungskoeffizient ändert sich bei Temperaturänderungen sehr unregelmäßig. Wenn Sie beim Anbringen von PTFE-Platten Bunnings diesem Leistungsaspekt nicht genügend Aufmerksamkeit schenken, kann dies leicht zu Verlusten führen.

----------------------------Anwendungen von Polytetrafluorethylen in verschiedenen Bereichen----------------------------

 

1. Industrielle Anwendung: Aufgrund seiner hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit und chemischen Korrosionsbeständigkeit wird PTFE häufig in chemischen Korrosionsschutzgeräten, Rohrleitungsauskleidungen, Ventildichtungen usw. verwendet. Gleichzeitig ist es auch ein ideales Isoliermaterial für Drähte und Kabel.
2. Küchengeschirr und Lebensmittelverarbeitung: Aufgrund seiner hervorragenden Antihaft-Eigenschaften wird Polytetrafluorethylen häufig zur Herstellung von Kochutensilien wie Antihaft-Pfannen und Backformen verwendet, was das Entformungsproblem bei der Lebensmittelverarbeitung erheblich erleichtert. Darüber hinaus wird es auch in Lebensmittelverpackungsmaterialien verwendet, um die Konservierung zu verbessern.
3. Medizinischer Bereich: Aufgrund seiner guten Biokompatibilität wird PTFE häufig zur Herstellung medizinischer Implantate wie künstlicher Gelenke, intravaskulärer Katheter und Prothesen sowie zur Oberflächenbehandlung medizinischer Geräte verwendet, um die Gewebeadhäsion zu verringern.
4. Luft- und Raumfahrt sowie Militär: Aufgrund seiner Fähigkeit, auch in extremen Umgebungen eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten, wird PTFE in Flugzeugteilen, Raketentriebwerksteilen, Satellitenantennenbeschichtungen und anderen Bereichen verwendet und dient auch zur Herstellung leistungsstarker militärischer Schutzausrüstung und elektronischer Komponenten.
5. Automobilindustrie: Im Automobilbereich wird Teflon (PTFE) zur Herstellung verschiedener Dichtungen, Kraftstoffsystemkomponenten usw. verwendet, um die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Automobilteilen zu verbessern.
6. Textilindustrie: Hightech-Stoffe wie Gore-Tex aus einer mikroporösen Membran aus Polytetrafluorethylen werden aufgrund ihrer atmungsaktiven und wasserdichten Eigenschaften häufig in Outdoor-Sportbekleidung, Schuhen und Stiefeln und anderen Bereichen verwendet.

Mit seinen einzigartigen Eigenschaften spielt PTFE in vielen Branchen eine unersetzliche Rolle und hat wichtige Beiträge zur Entwicklung moderner Technologie und zur Verbesserung der Lebensqualität geleistet.

 

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