Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est probablement le fluoropolymère le plus utilisé car il possède plusieurs caractéristiques qui en font un matériau idéal pour une large gamme d'applications. Il est plus flexible que d'autres tuyaux similaires et résiste à la quasi-totalité des produits chimiques industriels.
La plage de températures d'utilisation est d'environ -196 °C à 260 °C, offrant la plus large plage parmi les fluoropolymères. De plus, il possède d'excellentes propriétés électriques et une faible perméabilité magnétique. Les tubes en PTFE sont les plus utilisés en laboratoire et dans les applications où la résistance chimique et la pureté sont essentielles.PTFEpossède un coefficient de frottement très faible et est l'une des substances les plus « glissantes » connues
Caractéristiques:
Résine PTFE 100 % pure
Comparativement aux tuyaux en FEP, PFA, HP PFA, UHP PFA, ETFE et ECTFE, la plupart des tuyaux en fluoropolymère sont flexibles.
Chimiquement inerte, résistant à la quasi-totalité des produits chimiques et solvants industriels
Large plage de températures
faible pénétration
Surface lisse antiadhésive
coefficient de frottement le plus faible
Excellentes performances électriques
Ininflammable
Non toxique
Applications :
laboratoire
procédé chimique
Équipements d'analyse et de traitement
Surveillance des émissions
basse température
haute température
Électricité
ozone
La structure des molécules de PTFE
Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est fabriqué par la polymérisation de nombreuses molécules de tétrafluoroéthylène.
Ce schéma simplifié du PTFE ne représente pas la structure tridimensionnelle de la molécule. Dans le polyéthylène, molécule plus simple, le squelette carboné est relié uniquement par des atomes d'hydrogène, et cette chaîne est très flexible ; il ne s'agit donc pas d'une molécule linéaire.
Cependant, dans le polytétrafluoroéthylène, l'atome de fluor du groupe CF2 est suffisamment volumineux pour interférer avec l'atome de fluor du groupe adjacent. Il faut se rappeler que chaque atome de fluor possède trois paires d'électrons non liantes.
L'effet de ce phénomène est de supprimer la rotation de la liaison simple carbone-carbone. Les atomes de fluor tendent à s'agencer de manière à être aussi éloignés que possible les uns des autres. La rotation implique généralement des collisions entre les doublets non liants des atomes de fluor portés par des atomes de carbone adjacents, ce qui la rend énergétiquement défavorable.
La force de répulsion maintient la molécule en forme de bâtonnet, et les atomes de fluor s'enroulent en une spirale très douce autour du squelette carboné. Ces lamelles de mine seront comprimées comme de longs et fins crayons dans une boîte.
Cette configuration de contact étroit a une influence importante sur les forces intermoléculaires, comme vous le verrez.
Forces intermoléculaires et point de fusion du PTFE
Le point de fusion du polytétrafluoroéthylène est de 327 °C. Cette valeur est relativement élevée pour ce polymère, ce qui indique l'existence de forces de van der Waals considérables entre les molécules.
Pourquoi affirme-t-on que les forces de van der Waals dans le PTFE sont faibles ?
La force de dispersion de van der Waals est due aux dipôles fluctuants temporaires générés par le mouvement des électrons au sein de la molécule. La molécule de PTFE étant volumineuse, on s'attend à une force de dispersion importante, car de nombreux électrons peuvent se déplacer.
De manière générale, plus la molécule est grande, plus son pouvoir de dispersion est élevé.
Cependant, le PTFE présente un problème. Le fluor est très électronégatif. Il tend à lier fortement les électrons de la liaison carbone-fluor, à tel point que leur mouvement est limité. On dit alors que la liaison carbone-fluor est faiblement polarisée.
Les forces de Van der Waals incluent également les interactions dipôle-dipôle. Cependant, dans le polytétrafluoroéthylène (PTFE), chaque molécule est entourée d'une couche d'atomes de fluor légèrement chargés négativement. Dans ce cas, la seule interaction possible entre les molécules est la répulsion mutuelle.
La force de dispersion est donc plus faible qu'on ne le pense, et l'interaction dipôle-dipôle engendre une répulsion. Il n'est donc pas étonnant que l'on dise que la force de van der Waals dans le PTFE est très faible. En réalité, la force de répulsion n'est pas manifeste, car l'influence de la force de dispersion est supérieure à celle de l'interaction dipôle-dipôle, mais l'effet net est que la force de van der Waals tend à s'affaiblir.
Mais le PTFE a un point de fusion très élevé, donc la force qui maintient les molécules ensemble doit être très forte.
Comment le PTFE peut-il avoir un point de fusion élevé ?
Le PTFE est très cristallin, ce qui signifie qu'il présente une grande surface et que ses molécules sont disposées de manière très régulière. On peut se représenter les molécules de PTFE comme des bâtonnets allongés. Ces pôles sont étroitement regroupés.
Cela signifie que même si la molécule de PTFE ne peut pas produire de très grands dipôles temporaires, ces dipôles peuvent être utilisés de manière très efficace.
Les forces de van der Waals dans le PTFE sont-elles faibles ou fortes ?
Je pense que vous pouvez tous les deux avoir raison ! Si les chaînes de polytétrafluoroéthylène (PTFE) sont disposées de telle sorte qu'il n'y ait pas de contact trop étroit entre elles, la force d'interaction sera très faible et le point de fusion sera très bas.
Mais dans la réalité, les molécules sont en contact étroit. Les forces de Van der Waals ne sont peut-être pas aussi puissantes qu'on pourrait le penser, mais la structure du PTFE leur confère une influence maximale, ce qui engendre des liaisons intermoléculaires globalement fortes et des points de fusion élevés.
Cela contraste avec d'autres forces, telles que la force d'interaction dipôle-dipôle, qui n'est réduite que d'un facteur 23, ou lorsque la distance est réduite de moitié par un facteur 8.
Par conséquent, le tassement compact des molécules en forme de bâtonnet dans le PTFE maximise l'efficacité de la dispersion.
Les propriétés antiadhésives
C’est pourquoi l’eau et l’huile n’adhèrent pas à la surface du PTFE, et pourquoi on peut faire frire des œufs dans une poêle revêtue de PTFE sans qu’ils n’y collent.
Vous devez prendre en compte les forces qui pourraient fixer d'autres molécules à la surface dePTFECela peut impliquer une liaison chimique, une force de van der Waals ou une liaison hydrogène.
liaison chimique
La liaison carbone-fluor est très forte, et il est impossible pour d'autres molécules d'atteindre la chaîne carbonée pour provoquer une réaction de substitution. Il est impossible qu'une liaison chimique se forme.
forces de van der Waals
Nous avons constaté que la force de van der Waals dans le PTFE n'est pas très forte, et qu'elle confère au PTFE un point de fusion élevé uniquement parce que les molécules sont si proches qu'elles ont un contact très efficace.
Mais il en va autrement pour les autres molécules proches de la surface du PTFE. Les molécules relativement petites (comme les molécules d'eau ou d'huile) n'auront qu'un faible contact avec la surface, et seule une faible attraction de van der Waals sera générée.
Une grosse molécule (comme une protéine) n'aura pas une forme de bâtonnet, il n'y a donc pas suffisamment de contact effectif entre elle et la surface pour surmonter la faible tendance à la polarisation du PTFE.
Dans les deux cas, la force de van der Waals entre la surface du PTFE et les éléments environnants est faible et inefficace.
Liaisons hydrogène
Les molécules de PTFE en surface sont entièrement enrobées d'atomes de fluor. Ces atomes de fluor étant très électronégatifs, ils portent tous une certaine charge négative. Chaque atome de fluor possède également trois paires d'électrons non liantes.
Ce sont les conditions requises pour la formation de liaisons hydrogène, comme l'interaction entre le doublet non liant du fluor et l'atome d'hydrogène de l'eau. Mais cela ne se produira évidemment pas, sinon il y aurait une forte attraction entre les molécules de PTFE et les molécules d'eau, et l'eau adhérerait au PTFE.
Résumé
Il n'existe aucun moyen efficace pour d'autres molécules de se fixer à la surface du PTFE, ce qui lui confère une surface antiadhésive.
Le faible frottement
Le coefficient de frottement du PTFE est très faible. Cela signifie que si une surface est recouverte de PTFE, les autres objets glisseront facilement dessus.
Voici un bref résumé de la situation. Il est tiré d'un article de 1992 intitulé « Friction et usure du polytétrafluoroéthylène ».
Au début du glissement, la surface en PTFE se rompt et la masse est transférée à l'endroit où elle glisse. Cela signifie que la surface en PTFE s'use.
Au fur et à mesure que le glissement se poursuivait, les blocs se dépliaient en fines pellicules.
Dans le même temps, la surface du PTFE est étirée pour former une couche organisée.
Les deux surfaces en contact possèdent désormais des molécules de PTFE bien organisées qui peuvent glisser l'une sur l'autre.
Ce qui précède est une introduction au polytétrafluoroéthylène. Le polytétrafluoroéthylène peut être transformé en une variété de produits ; nous sommes spécialisés dans la fabrication de tubes en PTFE.fabricants de tuyaux en PTFEBienvenue à communiquer avec nous
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Date de publication : 5 mai 2021