Informationen zu PFA-Fluorkohlenwasserstoffen

PFA-Fluorkohlenstoffharz

*Typische Werte sind für Spezifikationen ungeeignet. Die Eigenschaften wurden bei 23 °C (73 °F) gemessen, sofern nicht anders angegeben.

**Aussagen zum Verhalten in einer Flammensituation sollen nicht die Gefahren widerspiegeln, die von diesem oder einem anderen Material unter tatsächlichen Brandbedingungen ausgehen. Die folgenden Eigenschaften tragen zu den einzigartigen Eigenschaften von PFA-Fluorkohlenstoffharzen bei:

• Unpolarität: Das Kohlenstoffgerüst des linearen Polymers ist vollständig von der Elektronenwolke der Fluoratome umhüllt, ähnlich wie ein Drahtkern durch eine Isolierbeschichtung geschützt ist. Diese Umhüllung und die Winkel, in denen die Kohlenstoff-Fluor-Bindungen angeordnet sind, bewirken, dass die Zentren der Elektronegativität und Elektropositivität über den Querschnitt der Polymerkette hinweg perfekt ausgeglichen sind. Dadurch entsteht keine Nettoladungsdifferenz. Diese Unpolarität des Polymers ist mitverantwortlich für seine geringe chemische Reaktivität.



• Geringe Kettenkräfte: Die Bindungskräfte zwischen zwei benachbarten Polymerketten sind deutlich geringer als die Kräfte innerhalb einer Kette. Lineare PFA-PTFE-Polymerketten sind ansonsten eingeschränkt. Bei PFA-FEP und PFA verhindert jedoch verhindert die Verflechtung der Interpolymerketten der Seitenkettenstruktur die Verschiebung der Polymerketten, um die implizierte Belastung zu verringern. Das für PFA PTFE typische „Kriechen” wird bei PFA FEP weitgehend vermieden und bei PFA noch stärker.
  
  Die hohen C-F- und C-C-Bindungsstärken gehören zu den stärksten in der organischen Chemie der Einfachbindungen. Das Polymer muss beträchtliche Energie aufnehmen, um diese Bindungen aufzubrechen. Chemische Reaktionen stellen eine kinetische und thermodynamische Auflösung der Bindungsbildung und Bindungsauflösung zugunsten des stabilsten Systems dar. Diese Bindungsstärken sind schwer zu überwinden.



• Kristallinität: Der hohe Kristallinitätsgrad dieser teilkristallinen Polymere führt zu hohen Schmelzpunkten, mechanischen Eigenschaften und einer integralen Barriere für wandernde, kleine, unpolare Moleküle. Unter bestimmten Bedingungen dringen diese Moleküle in die Kunststoffe ein.



• Hoher Polymerisationsgrad: Die unverzweigte Natur der Polymere und ihre geringe Anziehungskraft zwischen den Polymerketten erfordern sehr lange Kettenlängen in PFA PTFE und Verflechtungen in PFA FEP und PFA, um tragfähige mechanische Eigenschaften zu erzielen. Die Kettenlänge hat auch Auswirkungen auf die Fließfähigkeit und Kristallinität der Polymere. Diese einzigartigen Eigenschaften führen zu folgenden Vorteilen:
  
  Hohe Schmelzpunkte (327 °C [621 °F] für PFA PTFE; 260 °C [500 °F] für PFA FEP und 305 °C [582 °F] für PFA PFA). Der Schmelzpunkt von PFA PTFE ist einer der höchsten in der organischen Polymerchemie. Andere Materialien können zwar höhere Temperaturen erreichen, aber sie zersetzen sich, anstatt zu schmelzen. Im Vergleich zu PFA PTFE resultiert die niedrigere Schmelztemperatur von PFA FEP aus einem geringeren Polymerisationsgrad und einer geringeren Kristallinität. Bei PFA PFA sorgen ein höherer Polymerisationsgrad, eine verbesserte Verflechtung der Seitenkettenstruktur und ein geringerer Comonomergehalt zusammen für einen Schmelzpunkt, der näher an dem von PFA PTFE liegt.



• Hohe thermische Stabilität: Aufgrund der Stärke der Kohlenstoff-Fluor- und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen muss von den Polymeren eine beträchtliche thermische Energie absorbiert werden, bevor es zu einer thermischen Zersetzung kommt. Die Zersetzungsrate eines Teils aus PFA hängt von der jeweiligen Harzart, der Temperatur und der Wärmeeinwirkungszeit sowie in geringerem Maße vom Druck und der Beschaffenheit der Umgebung ab. Bei maximalen Dauerbetriebstemperaturen ist der thermische Abbau der Harze minimal. Bei 400 °C beträgt PFA FEP bei 4/100.000 von 1 Prozent und PFA PTFE bei 1/100.000 von 1 Prozent gemessen. Bei hohen Verarbeitungstemperaturen wird eine ausreichende Belüftung empfohlen.
  
  Hohe obere Betriebstemperatur (260 °C [500 °F] für PFA PTFE, 204 °C [400 °F] für PFA FEP und 260 °C [500 °F] für PFA). Die hohen Schmelzpunkte und morphologischen Eigenschaften der Polymere ermöglichen den dauerhaften Einsatz von Bauteilen aus diesem Harz bei den angegebenen Temperaturen. Oberhalb dieser Temperatur können die physikalischen Eigenschaften des Bauteils nachlassen. Das Polymer selbst bleibt jedoch unbeeinträchtigt, wenn die Temperatur für eine thermische Zersetzung nicht ausreicht.



• Unlöslichkeit: Unter normalen Bedingungen ist kein Lösungsmittel für PFA-Fluorkohlenstoffharze bekannt.



• Chemische Beständigkeit: Die Bindungsfestigkeit innerhalb der Polymerkette verhindert Reaktionen mit den meisten Chemikalien. Unter relativ ungewöhnlichen Umständen kann das Polymer jedoch zur Reaktion gebracht werden. Beispiele für ungewöhnliche Reagenzien sind: ° Natrium ätzt in einem geeigneten Medium das Fluorkohlenstoffpolymer. ° Fein verteilte Metalle interagieren häufig mit dem Polymer. ° Interhalogenverbindungen induzieren häufig einen Halogenaustausch mit dem Fluor. ° Ionisierter Sauerstoff in Sauerstoffplasma ist häufig energiereich genug, um mit der Polymerkette zu reagieren. ° Elektronenbeschuss im Megarad-Bereich kann die Polymerkette durchtrennen.



• Niedriger Reibungskoeffizient: Der niedrige Reibungskoeffizient von PFA resultiert aus den geringen Grenzflächenkräften zwischen seiner Oberfläche und einem anderen Material sowie der vergleichsweise geringen Verformungskraft.



• Niedrige Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor: PFA weist niedrige, wenn nicht sogar die niedrigsten Werte für diese Parameter auf. Diese niedrigen Werte ergeben sich aus der Unpolarität des Polymers sowie dem festen Elektronengehalt in den Ultrapolymerbindungen.
  
  
• Geringe Wasseraufnahmefähigkeit: Damit PFA Wasser aufnehmen kann, muss die Oberfläche lange genug feucht bleiben, damit sich das Wasser physikalisch-chemisch mit den Polymerketten verbinden kann, und dann muss es in die Polymerstruktur eingebunden werden. Wasser ist ein sehr energiereiches Material und PFA hat eine sehr geringe Oberflächenenergie. Daher sind diese Vorgänge energetisch nicht kompatibel und treten nur unter besonderen Umständen und in geringem Umfang auf.



• Ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit: Die Witterung umfasst Licht verschiedener Wellenlängen (IR, sichtbar, UV), Wasser (flüssig oder gasförmig), andere Gase sowie normale Temperaturen und Druckverhältnisse. Aufgrund seiner physikalischen und chemischen Zusammensetzung ist PFA gegenüber diesen Einflüssen inert.



• Flammwidrig: PFA brennt, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird, brennt jedoch nicht weiter, wenn die Flamme entfernt wird.



• Ausgezeichnete Zähigkeit: Einige mechanische Eigenschaften von PFA-Harzen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Zähigkeitseigenschaften sind hoch und unterscheiden sich etwas zwischen den verschiedenen Harztypen.

Tefzel-Fluorpolymerharz

Der Ersatz von Fluor in Fluorkohlenstoffpolymeren ist kommerziell nur dann erfolgreich, wenn das Fluor durch Wasserstoff oder Wasserstoff und Chlor ersetzt wird. Die resultierenden Polymere weisen jedoch deutlich andere Eigenschaften auf als vollständig fluorierte Harze. Wenn diese Substitution in regelmäßiger Abfolge erfolgt, werden Polarität und mechanische Eigenschaften maximiert. Die Polarität des Polymers nimmt zu, da die substituierenden ElementeWasserstoff und Chlor: eine andere Elektronegativität als Fluor aufweisen. Außerdem unterscheiden sich die Längen ihrer Bindungen zum Kohlenstoff des Polymerrückgrats. Somit sind die Zentren der Elektronegativität und Elektropositivität zwischen den Ketten nicht ausgeglichen. Die erhöhte Anziehungskraft zwischen den Polymerketten führt zu höheren mechanischen Eigenschaften. Darüber hinaus beeinflusst die erhöhte Polarität/Anziehungskraft zwischen den Polymeren die Permeation von Penetriermitteln in die amorphe Komponente des Harzes.

Das Vorhandensein von Wasserstoff oder von Wasserstoff und Chlor beeinträchtigt jedoch die chemische und thermische Stabilität. Beispielsweise In einfachen Molekülen ist die C-H-Bindung etwa 5 Prozent schwächer als die C-F-Bindung und die C-C1-Bindung 25 Prozent schwächer.

Neben schwachen chemischen Bindungen hat auch die Anordnung der substituierenden Elemente entlang der Polymerkette einen deutlichen Einfluss auf die chemische Stabilität des Harzes. In dieser Hinsicht kann die Löslichkeit ein wichtiger Indikator sein. Tefzel mit einer regelmäßig alternierenden Struktur aus den Monomeren Tetrafluorethylen und Ethylen hat unter normalen Bedingungen kein bekanntes Lösungsmittel. Im Gegensatz dazu ist Polyvinylidenfluorid, das chemische Isomer von Tefzel, in gängigen industriellen Ketonen (z. B. Methylethylketon) löslich. Ethylen/Trifluorethylen ist in einigen fluorierten Lösungsmitteln löslich. Die substituierten Polymere werden auch durch starke Säuren und Laugen beeinträchtigt. Von den drei genannten ist Tefzel unter einer Vielzahl von Bedingungen mit dem breitesten Messbereich an Chemikalien kompatibel.

Gleiche Anteile der Comonomere reagieren zu einem Polymer, bei dem sich einzelne Monomere regelmäßig entlang der Kette abwechseln.

Die typischen Eigenschaften von Tefzel sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Daten in Tabelle 2 und Tabelle 1 zeigen, dass die Polarität und die damit einhergehende Anziehungskraft zwischen den Polymerketten die physikalischen Eigenschaften des substituierten Polymers gegenüber denen des nicht substituierten, vollständig fluorierten Polymers verbessern. Beachten Sie beispielsweise, dass Tefzel eine etwa 1,5-mal höhere Festigkeit als PFA und eine 2-mal höhere Steifigkeit aufweist.

Tefzel-Fluorpolymerharz

Zusammenfassung und Schlussfolgerung

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