Is PTFE Tubing Flexible?| BESTEFLON

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist wahrscheinlich das am weitesten verbreitete Fluorpolymer, da es aufgrund seiner zahlreichen Eigenschaften ein ideales Material für ein breites Anwendungsspektrum darstellt. Es ist flexibler als andere vergleichbare Rohre und beständig gegen nahezu alle Industriechemikalien.

Der Temperaturbereich liegt zwischen ca. -196 °C und 260 °C und bietet damit den größten Temperaturbereich aller Fluorpolymere. Darüber hinaus zeichnet es sich durch hervorragende elektrische Eigenschaften und eine geringe magnetische Permeabilität aus. PTFE-Schläuche sind die am häufigsten verwendeten Laborschläuche und finden Anwendung in Bereichen, in denen chemische Beständigkeit und Reinheit unerlässlich sind.PTFEbesitzt einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und ist eine der am besten gleitenden Substanzen überhaupt.

Merkmale:

100 % reines PTFE-Harz

Im Vergleich zu FEP, PFA, HP PFA, UHP PFA, ETFE, ECTFE sind die meisten flexiblen Fluorpolymerrohre

Chemisch inert, beständig gegen nahezu alle Industriechemikalien und Lösungsmittel.

Breiter Temperaturbereich

Geringe Penetration

Glatte Antihaft-Oberfläche

niedrigster Reibungskoeffizient

Hervorragende elektrische Leistung

Nicht entflammbar

Ungiftig

Anwendungsbereiche:

Labor

Chemischer Prozess

Analyse- und Prozessausrüstung

Emissionsüberwachung

Niedrige Temperatur

hohe Temperatur

Strom

Ozon

Die Struktur der PTFE-Moleküle

Polytetrafluorethylen (PTFE) wird durch die Polymerisation vieler Tetrafluorethylenmoleküle hergestellt.

Dieses vereinfachte PTFE-Diagramm zeigt nicht die dreidimensionale Struktur des Moleküls. Im einfacheren Polyethylen-Molekül ist das Kohlenstoffgerüst nur über Wasserstoffatome verbunden, und diese Kette ist sehr flexibel – es handelt sich definitiv nicht um ein lineares Molekül.

Im Polytetrafluorethylen ist das Fluoratom einer CF₂-Gruppe jedoch groß genug, um mit dem Fluoratom der benachbarten Gruppe zu interagieren. Man muss bedenken, dass jedes Fluoratom drei freie Elektronenpaare besitzt.

Dies führt zu einer Unterdrückung der Rotation der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung. Die Fluoratome ordnen sich tendenziell so an, dass sie möglichst weit voneinander entfernt sind. Rotationen führen häufig zu Kollisionen freier Elektronenpaare zwischen Fluoratomen benachbarter Kohlenstoffatome, was die Rotation energetisch ungünstig macht.

Die Abstoßungskraft zwingt das Molekül in eine stabförmige Gestalt, und die Fluoratome sind spiralförmig um das Kohlenstoffgerüst angeordnet. Diese Bleistreifen werden wie lange, dünne Bleistifte in einer Schachtel zusammengepresst.

Diese enge Kontaktanordnung hat einen wichtigen Einfluss auf die intermolekularen Kräfte, wie Sie sehen werden.

Intermolekulare Kräfte und der Schmelzpunkt von PTFE

Der Schmelzpunkt von Polytetrafluorethylen wird mit 327 °C angegeben. Dies ist für dieses Polymer recht hoch, daher müssen zwischen den Molekülen beträchtliche Van-der-Waals-Kräfte wirken.

Warum behaupten manche, die Van-der-Waals-Kräfte in PTFE seien schwach?

Die Van-der-Waals-Dispersionskraft entsteht durch die temporären, fluktuierenden Dipole, die durch die Bewegung der Elektronen im Molekül erzeugt werden. Da das PTFE-Molekül groß ist, ist eine große Dispersionskraft zu erwarten, da sich viele Elektronen bewegen können.

Generell gilt: Je größer das Molekül, desto größer die Dispersionskraft.

PTFE hat jedoch ein Problem. Fluor ist sehr elektronegativ. Es bindet die Elektronen in der Kohlenstoff-Fluor-Bindung so stark, dass sie sich nicht wie erwartet bewegen können. Man spricht daher von einer schwach polarisierten Kohlenstoff-Fluor-Bindung.

Zu den Van-der-Waals-Kräften gehören auch Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Im Polytetrafluorethylen (PTFE) ist jedoch jedes Molekül von einer Schicht leicht negativ geladener Fluoratome umgeben. In diesem Fall ist die einzig mögliche Wechselwirkung zwischen den Molekülen die gegenseitige Abstoßung!

Die Dispersionskraft ist also schwächer als man denkt, und die Dipol-Dipol-Wechselwirkung führt zu Abstoßung. Kein Wunder, dass die Van-der-Waals-Kraft in PTFE als sehr schwach gilt. Zwar tritt keine direkte Abstoßungskraft auf, da der Einfluss der Dispersionskraft größer ist als der der Dipol-Dipol-Wechselwirkung, aber insgesamt wird die Van-der-Waals-Kraft dadurch geschwächt.

PTFE hat jedoch einen sehr hohen Schmelzpunkt, daher muss die Kraft, die die Moleküle zusammenhält, sehr stark sein.

Wie kann PTFE einen hohen Schmelzpunkt haben?

PTFE ist hochkristallin, das heißt, es gibt eine große Oberfläche, auf der die Moleküle sehr regelmäßig angeordnet sind. Man kann sich PTFE-Moleküle wie längliche Stäbe vorstellen. Diese Pole liegen dicht beieinander.

Das bedeutet, dass das PTFE-Molekül zwar keine wirklich großen temporären Dipole erzeugen kann, die vorhandenen Dipole aber sehr effizient genutzt werden können.

Sind die Van-der-Waals-Kräfte in PTFE also schwach oder stark?

Ich denke, Sie können beide Recht haben! Wenn die Polytetrafluorethylen-(PTFE)-Ketten so angeordnet sind, dass kein zu enger Kontakt zwischen ihnen besteht, ist die Kraft zwischen ihnen sehr gering und der Schmelzpunkt sehr niedrig.

In der Realität stehen die Moleküle jedoch in engem Kontakt. Van-der-Waals-Kräfte sind zwar möglicherweise nicht so stark wie angenommen, aber die Struktur von PTFE bewirkt, dass sie ihre größte Wirkung entfalten, was insgesamt zu starken intermolekularen Bindungen und hohen Schmelzpunkten führt.

Dies steht im Gegensatz zu anderen Kräften, wie beispielsweise der Dipol-Dipol-Wechselwirkungskraft, die nur um das 23-Fache reduziert wird, oder der doppelte Abstand wird um das 8-Fache verringert.

Daher maximiert die dichte Packung stäbchenförmiger Moleküle in PTFE die Wirksamkeit der Dispersion.

Die Antihaft-Eigenschaften

Deshalb haften Wasser und Öl nicht an der Oberfläche von PTFE, und deshalb kann man Eier in einer PTFE-beschichteten Pfanne braten, ohne dass sie an der Pfanne kleben bleiben.

Sie müssen berücksichtigen, welche Kräfte andere Moleküle an der Oberfläche fixieren könnten.PTFEEs kann sich um eine chemische Bindung, eine Van-der-Waals-Kräfte oder eine Wasserstoffbrückenbindung handeln.

Chemische Bindung

Die Kohlenstoff-Fluor-Bindung ist sehr stark, und es ist unmöglich, dass andere Moleküle die Kohlenstoffkette erreichen, um eine Substitutionsreaktion auszulösen. Es ist unmöglich, dass eine chemische Bindung entsteht.

Van-der-Waals-Kräfte

Wir haben gesehen, dass die Van-der-Waals-Kräfte in PTFE nicht sehr stark sind und dass PTFE deshalb einen hohen Schmelzpunkt hat, weil die Moleküle so nah beieinander liegen, dass sie einen sehr effektiven Kontakt haben.

Anders verhält es sich jedoch bei anderen Molekülen in der Nähe der PTFE-Oberfläche. Relativ kleine Moleküle (wie Wasser- oder Ölmoleküle) haben nur geringen Kontakt zur Oberfläche, und es entsteht nur eine geringe Van-der-Waals-Anziehung.

Ein großes Molekül (wie zum Beispiel ein Protein) ist nicht stabförmig, daher besteht kein ausreichender effektiver Kontakt zwischen ihm und der Oberfläche, um die geringe Polarisationstendenz von PTFE zu überwinden.

In beiden Fällen ist die Van-der-Waals-Kraft zwischen der PTFE-Oberfläche und den umgebenden Materialien gering und unwirksam.

Wasserstoffbrückenbindungen

Die PTFE-Moleküle an der Oberfläche sind vollständig von Fluoratomen umhüllt. Diese Fluoratome sind sehr elektronegativ und tragen daher alle eine gewisse negative Ladung. Jedes Fluoratom besitzt außerdem drei freie Elektronenpaare.

Dies sind die Bedingungen, die für die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen erforderlich sind, beispielsweise zwischen dem freien Elektronenpaar des Fluors und dem Wasserstoffatom im Wassermolekül. Dies wird aber offensichtlich nicht geschehen, da sonst eine starke Anziehungskraft zwischen den PTFE-Molekülen und den Wassermolekülen bestünde und das Wasser an das PTFE haften bliebe.

Zusammenfassung

Es gibt keine effektive Möglichkeit für andere Moleküle, sich erfolgreich an die Oberfläche von PTFE anzulagern, daher besitzt es eine Antihaft-Oberfläche.

Die geringe Reibung

Der Reibungskoeffizient von PTFE ist sehr niedrig. Das bedeutet, dass auf einer mit PTFE beschichteten Oberfläche andere Dinge leicht gleiten.

Nachfolgend eine kurze Zusammenfassung des Sachverhalts. Diese stammt aus einer 1992 veröffentlichten Arbeit mit dem Titel „Reibung und Verschleiß von Polytetrafluorethylen“.

Zu Beginn des Gleitvorgangs bricht die PTFE-Oberfläche, und die Masse wird dorthin verlagert, wo sie gleitet. Dies führt zu Verschleiß an der PTFE-Oberfläche.

Während das Gleiten anhielt, entfalteten sich die Blöcke zu dünnen Filmen.

Gleichzeitig wird die Oberfläche des PTFE herausgezogen, um eine geordnete Schicht zu bilden.

Beide Kontaktflächen weisen nun gut organisierte PTFE-Moleküle auf, die übereinander gleiten können.

Oben wurde Polytetrafluorethylen vorgestellt. Polytetrafluorethylen kann zu einer Vielzahl von Produkten verarbeitet werden. Wir sind auf die Herstellung von PTFE-Rohren spezialisiert.PTFE-SchlauchherstellerWir freuen uns über Ihre Kontaktaufnahme.