e-PTFE的結(jié)構(gòu)與性能
發(fā)布時間 : 2019-08-12 瀏覽次數(shù) : 次聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene)縮寫為PTFE，俗稱“塑料王” (簡稱F4)。是一種結(jié)晶性的高分子化合物。化學(xué)穩(wěn)定性極高，即使在高溫下也不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿起作用，其穩(wěn)定性超過貴金屬，不受任何化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。PTFE分子是由一(一CF2一CF2一)一結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接聚合而成的高分子材料，有密封性、高潤滑不粘性、良好的電絕緣性和抗老化能力、耐溫優(yōu)異能在+250℃至-180℃的溫度下長期工作，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、電器、通信、環(huán)保、橋梁、航天工業(yè)、新能源等領(lǐng)域。
膨體聚四氟乙烯(Expamded PTFE)縮寫為e-PTFE，是將分散的PTFE樹脂經(jīng)一定的生產(chǎn)加工工藝膨脹為一種多孔、低密度且高韌性的材料。由于e-PTFE具有PTFE材料的優(yōu)良綜合性能，且使用溫度范圍更大，機(jī)械強(qiáng)度更高，并具有多孔性、透氣性、疏水性和極好的柔韌性等一些新特性，在醫(yī)療、環(huán)保、紡織服裝、石油、化工、新能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，將e-PTFE與特定的基布材料復(fù)合制備性能優(yōu)異的高分子復(fù)合材料，還可成功地應(yīng)用于節(jié)能減排、PM2.5顆粒物過濾、水凈化、人造器官等方面，目前e-PTFE引起越來越多的關(guān)注和重視。
1、PTFE分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
PTFE的分子結(jié)構(gòu)式是：
聚四氟乙烯(PTFE)為四氟乙烯(TFE)單體的高結(jié)晶聚合物，其性狀白色、無毒、無臭，是目前工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中最為廣泛的工程塑料之一。PTFE分子具有穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，其中氟含量和極性的C—F鍵密度含量較高，聚合物鏈結(jié)構(gòu)不活潑，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極好，分子的特殊結(jié)構(gòu)決定了PTFE具有諸多優(yōu)越的性能。
2、PTFE的物化特性
PTFE具有優(yōu)異的耐溫性，其熔點(diǎn)為326℃，在+250℃至-180℃溫度范圍內(nèi)可以長期使用，甚至瞬間可耐300℃高溫，而且即使溫度下降到-196℃，也可保持5％的伸長率。PTFE優(yōu)異的耐溫性不愧為塑料之王的美譽(yù)。
PTFE還具有諸多優(yōu)異的物理性能，如高潤滑性，其自潤滑性能十分優(yōu)良，靜摩擦系數(shù)在各種塑料中是最小的；高耐磨性；非親水性，PEFE制成的薄膜不會滲水；優(yōu)良的電絕緣性，不受工作環(huán)境包括溫度和濕度的影響。PTFE除在高壓、高溫等苛刻條件下F元素和熔融狀態(tài)的堿金屬對其有侵蝕作用以外，大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑都不會對PTFE造成腐蝕。此外，PTFE的表面不粘性也相當(dāng)突出，但是PTFE熔體的粘度卻很高，該性質(zhì)限制了通過某些常用的熱塑加工方法對其加工及成型，只有通過專門的生產(chǎn)工藝及設(shè)備對其加工及成型。
3、e-PTFE的特點(diǎn)和性能
e-PTFE是將PTFE樹脂通過一定的生產(chǎn)加工工藝膨脹為一種多孔、低密度且高韌性的材料。所謂“膨化” ，是一種加工方法，它是讓原料在加熱、加壓的情況下突然減壓而使之膨脹。美國化學(xué)研究員威爾伯特戈爾在他的1972年的專利中使用了“膨化”這一詞，在其“膨化”的描述中，材料在加工后比重降低，這樣的微觀結(jié)構(gòu)被形容為“纖維的”。對于該項(xiàng)專利，威爾伯特戈爾的初衷是生產(chǎn)出一種便于使用的且保留PTFE優(yōu)異品質(zhì)的密封材料，但使用了較少的起始原料。在戈爾的第一項(xiàng)專利中介紹了通過擠出機(jī)來制作帶狀PTFE，隨后轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在稱之為膨體聚四氟乙烯(e-PTFE)的產(chǎn)品。其實(shí)早在1969年，戈爾就發(fā)現(xiàn)了PTFE可制成多孔狀材料，而強(qiáng)度幾乎保持不變，且具有均一的截面形狀，他還發(fā)現(xiàn)，高溫下快速拉伸作用能生產(chǎn)出性能優(yōu)越的產(chǎn)品。1976年，戈爾提出對多孔狀的產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，但是減少對填料的需求，戈爾解釋加工過程中減少填料不僅可以使加工成本更低，而且可降低雜質(zhì)的風(fēng)險。戈爾研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始聚合物的結(jié)晶度超過98%時，可大幅改善膨化工藝。戈爾通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單軸拉伸特別是在高比率擴(kuò)張下不但可增加膨化聚四氟乙烯的孔隙率，同時也可增加聚合物強(qiáng)度。在PTFE最低結(jié)晶熔點(diǎn)條件下拉伸，結(jié)晶的聚合物無序程度增加，使非晶態(tài)結(jié)構(gòu)含量增加。鎖定晶粒和纖維，增強(qiáng)抗蠕變性，結(jié)果是材料的強(qiáng)度得到提高。在戈爾研究的基礎(chǔ)上，研究人員現(xiàn)在可以用膨體材料制成薄膜，用于從其它的材料中分離出濕潤性和非潤濕性液體，包括腐蝕性的液體。與未膨化聚四氟乙烯相比，膨化聚四氟乙烯可以更容易與其它材料粘合，由此證明膨體材料耐熱性得到增強(qiáng)。
