โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (Polytetrafluoroethylene) เป็นฟลูออโรพอลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติหลายประการที่ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับงานหลากหลายประเภท มีความยืดหยุ่นมากกว่าท่อชนิดอื่นๆ ที่คล้ายกัน และสามารถทนต่อสารเคมีอุตสาหกรรมเกือบทุกชนิด
ช่วงอุณหภูมิใช้งานโดยประมาณอยู่ที่ -330°F ถึง 500°F ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิที่กว้างที่สุดในบรรดาฟลูออโรโพลิเมอร์ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กต่ำ ท่อ PTFE เป็นท่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในห้องปฏิบัติการและงานที่ต้องการความทนทานต่อสารเคมีและความบริสุทธิ์สูงเอฟเฟพีดีมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมากและเป็นหนึ่งในสารที่มีความลื่นมากที่สุดเท่าที่รู้จัก
คุณสมบัติ:
เรซิน PTFE บริสุทธิ์ 100%
เมื่อเปรียบเทียบกับ FEP, PFA, HP PFA, UHP PFA, ETFE, ECTFE ท่อฟลูออโรโพลีเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นมากที่สุด
เฉื่อยต่อสารเคมี ทนต่อสารเคมีและตัวทำละลายทางอุตสาหกรรมเกือบทุกชนิด
ช่วงอุณหภูมิกว้าง
การแทรกซึมต่ำ
พื้นผิวเรียบลื่น ไม่ติดกระทะ
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำที่สุด
ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
ไม่ติดไฟ
ปลอดสารพิษ
การใช้งาน:
ห้องปฏิบัติการ
กระบวนการทางเคมี
อุปกรณ์วิเคราะห์และกระบวนการ
การตรวจสอบการปล่อยมลพิษ
อุณหภูมิต่ำ
อุณหภูมิสูง
ไฟฟ้า
โอโซน
โครงสร้างของโมเลกุล PTFE
โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) ผลิตขึ้นโดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุลเตตระฟลูออโรเอทิลีนจำนวนมาก
แผนภาพ PTFE อย่างง่ายนี้ไม่ได้แสดงโครงสร้างสามมิติของโมเลกุล ในโมเลกุลโพลี(เอทิลีน) ที่เรียบง่ายกว่านั้น โครงสร้างคาร์บอนหลักของโมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยอะตอมไฮโดรเจนเท่านั้น และโซ่นี้มีความยืดหยุ่นมาก ซึ่งแน่นอนว่าไม่ใช่โมเลกุลเชิงเส้น
อย่างไรก็ตาม ในโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน อะตอมฟลูออรีนในหมู่ CF2 มีขนาดใหญ่พอที่จะรบกวนอะตอมฟลูออรีนในหมู่ที่อยู่ติดกัน คุณต้องจำไว้ว่าอะตอมฟลูออรีนทุกอะตอมมีอิเล็กตรอนเดี่ยว 3 คู่ที่ยื่นออกมา
ผลที่เกิดขึ้นคือการยับยั้งการหมุนของพันธะเดี่ยวคาร์บอน-คาร์บอน อะตอมฟลูออรีนมีแนวโน้มที่จะเรียงตัวให้ห่างจากอะตอมฟลูออรีนที่อยู่ติดกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การหมุนมักเกี่ยวข้องกับการชนกันของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวระหว่างอะตอมฟลูออรีนกับอะตอมคาร์บอนที่อยู่ติดกัน ซึ่งทำให้การหมุนไม่เอื้อต่อพลังงาน
แรงผลักจะตรึงโมเลกุลไว้ในรูปทรงแท่ง และอะตอมของฟลูออรีนจะเรียงตัวเป็นเกลียวอย่างอ่อนโยน โดยอะตอมของฟลูออรีนจะเรียงตัวเป็นเกลียวรอบโครงสร้างหลักของคาร์บอน แท่งตะกั่วเหล่านี้จะถูกบีบอัดเข้าด้วยกันเหมือนดินสอแท่งยาวและบางในกล่อง
การจัดเรียงแบบใกล้ชิดนี้มีอิทธิพลสำคัญต่อแรงระหว่างโมเลกุล ดังที่คุณจะได้เห็นต่อไป
แรงระหว่างโมเลกุลและจุดหลอมเหลวของ PTFE
จุดหลอมเหลวของโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนระบุไว้ที่ 327 องศาเซลเซียส ซึ่งค่อนข้างสูงสำหรับพอลิเมอร์ชนิดนี้ ดังนั้นจึงต้องมีแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างโมเลกุลค่อนข้างมาก
เหตุใดผู้คนจึงกล่าวอ้างว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ใน PTFE นั้นอ่อนแอ?
แรงกระจายตัวแบบแวนเดอร์วาลส์เกิดจากไดโพลที่ผันผวนชั่วคราวซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในโมเลกุลเคลื่อนที่ไปมา เนื่องจากโมเลกุลของ PTFE มีขนาดใหญ่ จึงคาดได้ว่าจะมีแรงกระจายตัวขนาดใหญ่ เพราะมีอิเล็กตรอนจำนวนมากที่สามารถเคลื่อนที่ได้
โดยทั่วไปแล้ว โมเลกุลยิ่งใหญ่ แรงกระจายตัวก็จะยิ่งมากขึ้น
อย่างไรก็ตาม PTFE มีปัญหาอยู่อย่างหนึ่ง ฟลูออรีนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงมาก มันมีแนวโน้มที่จะยึดอิเล็กตรอนในพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนไว้แน่นมาก จนอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างที่คิด เราจึงอธิบายพันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนว่าไม่มีโพลาไรเซชันที่แข็งแรง
แรงแวนเดอร์วาลส์ยังรวมถึงปฏิกิริยาแบบไดโพล-ไดโพลด้วย แต่ในโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) แต่ละโมเลกุลจะถูกล้อมรอบด้วยชั้นของอะตอมฟลูออรีนที่มีประจุลบเล็กน้อย ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียวคือแรงผลักซึ่งกันและกัน!
ดังนั้นแรงกระจายตัวจึงอ่อนกว่าที่คุณคิด และปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพลจะทำให้เกิดแรงผลัก ไม่น่าแปลกใจที่ผู้คนกล่าวว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ใน PTFE นั้นอ่อนมาก คุณจะไม่ได้รับแรงผลักจริงๆ เพราะอิทธิพลของแรงกระจายตัวนั้นมากกว่าอิทธิพลของปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพล แต่ผลสุทธิคือแรงแวนเดอร์วาลส์จะอ่อนลง
แต่ PTFE มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ดังนั้นแรงที่ยึดโมเลกุลเข้าด้วยกันจึงต้องแข็งแกร่งมาก
ทำไม PTFE ถึงมีจุดหลอมเหลวสูง?
PTFE มีโครงสร้างผลึกสูงมาก ในแง่นี้จึงมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และโมเลกุลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบมาก จำไว้ว่า โมเลกุลของ PTFE สามารถเปรียบได้กับแท่งยาวๆ ขั้วเหล่านี้จะอยู่รวมกันอย่างหนาแน่น
นั่นหมายความว่าถึงแม้โมเลกุล PTFE จะไม่สามารถสร้างไดโพลชั่วคราวขนาดใหญ่ได้ แต่ไดโพลเหล่านั้นก็สามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก
ดังนั้น แรงแวนเดอร์วาลส์ใน PTFE นั้นอ่อนหรือแข็งแรงกันแน่?
ฉันคิดว่าคุณทั้งสองอาจจะถูก! ถ้าหากสายโซ่ของโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) ถูกจัดเรียงในลักษณะที่ไม่มีการสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดระหว่างสายโซ่ แรงระหว่างสายโซ่เหล่านั้นจะอ่อนมาก และจุดหลอมเหลวก็จะต่ำมาก
แต่ในโลกแห่งความเป็นจริง โมเลกุลต่างๆ อยู่ใกล้ชิดกันมาก แรงแวนเดอร์วาลส์อาจไม่ทรงพลังอย่างที่คิด แต่โครงสร้างของ PTFE ทำให้แรงเหล่านี้ส่งผลกระทบมากที่สุด ส่งผลให้เกิดพันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรงและจุดหลอมเหลวสูง
สิ่งนี้แตกต่างจากแรงอื่นๆ เช่น แรงอันตรกิริยาระหว่างไดโพล ซึ่งลดลงเพียง 23 เท่า หรือเมื่อระยะห่างเป็นสองเท่า แรงดังกล่าวจะลดลง 8 เท่า
ดังนั้น การเรียงตัวกันอย่างหนาแน่นของโมเลกุลรูปแท่งใน PTFE จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกระจายตัวให้สูงสุด
คุณสมบัติไม่ติดกระทะ
นี่คือเหตุผลว่าทำไมน้ำและน้ำมันจึงไม่เกาะติดกับพื้นผิวของ PTFE และทำไมคุณจึงสามารถทอดไข่ในกระทะเคลือบ PTFE ได้โดยไม่ติดกระทะ
คุณต้องพิจารณาว่ามีแรงอะไรบ้างที่อาจยึดโมเลกุลอื่นๆ ไว้บนพื้นผิวของเอฟเฟพีดีอาจรวมถึงพันธะเคมีบางชนิด แรงแวนเดอร์วาลส์ หรือพันธะไฮโดรเจน
พันธะเคมี
พันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนมีความแข็งแรงมาก และเป็นไปไม่ได้ที่โมเลกุลอื่นใดจะเข้าถึงโซ่คาร์บอนเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาการแทนที่ได้ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเกิดพันธะเคมีขึ้น
แรงแวนเดอร์วาลส์
เราพบว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ใน PTFE นั้นไม่แข็งแรงมากนัก และแรงนี้จะทำให้ PTFE มีจุดหลอมเหลวสูงก็ต่อเมื่อโมเลกุลอยู่ใกล้กันมากจนเกิดการสัมผัสกันอย่างมีประสิทธิภาพ
แต่สำหรับโมเลกุลอื่นๆ ที่อยู่ใกล้พื้นผิวของ PTFE นั้นจะแตกต่างออกไป โมเลกุลที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก (เช่น โมเลกุลของน้ำหรือโมเลกุลของน้ำมัน) จะสัมผัสกับพื้นผิวเพียงเล็กน้อย และจะเกิดแรงดึงดูดแบบแวนเดอร์วาลส์เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
โมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่น โปรตีน) จะไม่เป็นรูปทรงแท่ง ดังนั้นจึงไม่มีการสัมผัสที่มีประสิทธิภาพเพียงพอระหว่างโมเลกุลกับพื้นผิวเพื่อเอาชนะแนวโน้มการเกิดขั้วต่ำของ PTFE
ไม่ว่าจะกรณีใดก็ตาม แรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างพื้นผิวของ PTFE กับสิ่งรอบข้างนั้นมีขนาดเล็กและไม่มีผล
พันธะไฮโดรเจน
โมเลกุล PTFE บนพื้นผิวถูกห่อหุ้มด้วยอะตอมฟลูออรีนอย่างสมบูรณ์ อะตอมฟลูออรีนเหล่านี้มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงมาก ดังนั้นจึงมีประจุลบอยู่จำนวนหนึ่ง นอกจากนี้ ฟลูออรีนแต่ละอะตอมยังมีอิเล็กตรอนเดี่ยวที่ยื่นออกมา 3 คู่
นี่คือเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเกิดพันธะไฮโดรเจน เช่น อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมฟลูออรีนและอะตอมไฮโดรเจนในน้ำ แต่เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น มิเช่นนั้นจะเกิดแรงดึงดูดอย่างมากระหว่างโมเลกุล PTFE และโมเลกุลของน้ำ และน้ำจะเกาะติดกับ PTFE
สรุป
ไม่มีวิธีใดที่โมเลกุลอื่นจะสามารถยึดเกาะกับพื้นผิวของ PTFE ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นพื้นผิวของ PTFE จึงมีคุณสมบัติไม่ติดแน่น
แรงเสียดทานต่ำ
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของ PTFE ต่ำมาก ซึ่งหมายความว่าหากพื้นผิวของคุณเคลือบด้วย PTFE สิ่งของอื่นๆ จะลื่นไถลบนพื้นผิวนั้นได้ง่าย
ด้านล่างนี้คือบทสรุปโดยย่อของสิ่งที่เกิดขึ้น ข้อมูลนี้มาจากบทความปี 1992 เรื่อง "แรงเสียดทานและการสึกหรอของโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน"
ในช่วงเริ่มต้นของการเลื่อน พื้นผิว PTFE จะแตกและมวลจะถูกถ่ายโอนไปยังตำแหน่งที่เกิดการเลื่อน ซึ่งหมายความว่าพื้นผิว PTFE จะสึกหรอ
เมื่อการเลื่อนดำเนินต่อไป ก้อนเหล่านั้นก็คลี่ออกกลายเป็นแผ่นฟิล์มบางๆ
ในขณะเดียวกัน พื้นผิวของ PTFE ก็ถูกดึงออกมาเพื่อสร้างชั้นที่มีระเบียบ
พื้นผิวทั้งสองที่สัมผัสกันในขณะนี้มีโมเลกุล PTFE ที่จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบซึ่งสามารถเลื่อนไปมาบนกันและกันได้
ข้างต้นเป็นการแนะนำเกี่ยวกับโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน ซึ่งสามารถนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ได้หลากหลายชนิด เราเชี่ยวชาญในการผลิตท่อ PTFEผู้ผลิตท่อ PTFEยินดีต้อนรับสู่การติดต่อสื่อสารกับเรา
คำค้นหาที่เกี่ยวข้องกับท่อ PTFE:
วันที่โพสต์: 5 พฤษภาคม 2564