Informations sur le fluorocarbone PFA

Résine fluorocarbonée PFA

*Les valeurs typiques ne conviennent pas pour les spécifications techniques. Les propriétés ont été mesurées à 23 °C (73 °F), sauf indication contraire.

**Les déclarations concernant le comportement dans une situation d'incendie ne visent pas à refléter les dangers présentés par ce matériau ou tout autre matériau dans des conditions d'incendie réelles. Les caractéristiques suivantes contribuent aux propriétés uniques des résines fluorocarbonées PFA :

• Non-polarité : La chaîne carbonée du polymère linéaire est entièrement recouverte par le nuage d'électrons des atomes de fluor, un peu comme un fil métallique est protégé par un revêtement isolant. Ce revêtement, ainsi que les angles sous lesquels les liaisons carbone-fluor sont disposées, font que les centres d'électronégativité et d'électropositivité sont parfaitement équilibrés sur toute la section transversale de la chaîne polymère. Il en résulte qu'il n'y a pas de différence de charge nette. Cette non-polarité du polymère est en partie responsable de son manque de réactivité chimique.



• Faibles forces interchaînes : Les forces de liaison entre deux chaînes polymères adjacentes sont nettement inférieures aux forces au sein d'une même chaîne. Les chaînes polymères linéaires PFA PTFE sont par ailleurs restreintes. Cependant, dans le PFA FEP et le PFA, l'enchevêtrement des chaînes polymères de la structure pendante empêche le déplacement des chaînes polymères pour soulager la charge implicite. Le « fluage » normalement associé au PFA PTFE est en grande partie évité avec le PFA FEP et encore plus avec le PFA.
  
  Les forces de liaison C-F et C-C élevées sont parmi les plus fortes en chimie organique à liaison simple. Le polymère doit absorber une énergie considérable pour rompre ces liaisons. Les réactions chimiques représentent une résolution cinétique et thermodynamique de la formation et de la rupture des liaisons en faveur du système le plus stable. Ces forces de liaison sont difficiles à surmonter.



• Cristallinité : Le degré élevé de cristallinité de ces polymères semi-cristallins se traduit par des points de fusion élevés, des propriétés mécaniques élevées et une barrière intégrale contre la migration des petites molécules non polaires. Dans certaines conditions, ces molécules pénètrent dans les plastiques.



• Degré élevé de polymérisation : La nature non ramifiée des polymères et leur faible attraction entre les chaînes interpolymères nécessitent des longueurs de chaîne très longues dans le PFA PTFE et un enchevêtrement dans le PFA FEP et le PFA pour fournir des propriétés mécaniques de résistance à la charge. La longueur de chaîne a également un impact sur le débit et la cristallinité des polymères. Ces propriétés uniques offrent les avantages suivants :
  
  Points de fusion hauts (327 °C [621 °F] pour le PFA PTFE ; 260 °C [500 °F] pour le PFA FEP et 305 °C [582 °F] pour le PFA PFA). Le point de fusion du PFA PTFE est l'un des plus élevés de la chimie des polymères organiques. D'autres matériaux peuvent atteindre des températures plus élevées, mais ils se dégradent plutôt que de fondre. Par rapport au PFA PTFE, la température de fusion plus basse du PFA FEP résulte d'un degré de polymérisation et d'une cristallinité plus faibles. Dans le PFA PFA, un degré de polymérisation plus élevé, un enchevêtrement accru de la structure pendante et une teneur en comonomère plus faible se combinent pour fournir un point de fusion plus proche de celui du PFA PTFE.



• Haute stabilité thermique : en raison de la force des liaisons simples carbone-fluor et carbone-carbone, une énergie thermique appréciable doit être absorbée par les polymères avant la dégradation thermique. La vitesse de décomposition d'une pièce de PFA dépend de la résine particulière, de la température et du temps d'exposition à la chaleur ; et dans une moindre mesure, de la pression et de la nature de l'environnement. À des températures de service continu maximales, la dégradation thermique des résines est minime. Par exemple, à 400 °C, le PFA FEP est mesuré à 4/100 000 de 1 %, et le PFA PTFE à 1/100 000 de 1 %. À des températures de traitement élevées, une ventilation adéquate est recommandée.
  
  Température de service haute (260 °C [500 °F] pour le PFA PTFE, 204 °C [400 °F] pour le PFA FEP et 260 °C [500 °F] pour le PFA). Les points de fusion élevés et les caractéristiques morphologiques des polymères permettent aux composants fabriqués à partir de la résine d'être utilisés en continu aux températures indiquées. Au-delà de cette température, les propriétés physiques du composant peuvent commencer à diminuer. Le polymère lui-même ne sera toutefois pas affecté si la température est insuffisante pour provoquer une dégradation thermique.



• Insolubilité : il n'existe aucun solvant connu pour les résines fluorocarbonées PFA dans des conditions normales.



• Inertie face aux attaques chimiques : la force des liaisons intra-polymères empêche toute réaction avec la plupart des produits chimiques. Dans des circonstances relativement inhabituelles, le polymère peut être amené à réagir. Voici quelques exemples de réactifs inhabituels : ° Le sodium, dans un milieu approprié, attaque le polymère fluorocarboné. ° Les métaux finement divisés interagissent souvent avec le polymère. ° Les composés interhalogénés induisent souvent un échange d'halogène avec le fluor. ° L'oxygène ionisé dans le plasma d'oxygène est souvent suffisamment énergétique pour réagir avec la chaîne polymère. ° Un bombardement d'électrons au niveau mégarad peut rompre la chaîne polymère.



• Faible coefficient de frottement : Le faible coefficient de frottement du PFA résulte des faibles forces interfaciales entre sa surface et un autre matériau et de la force relativement faible nécessaire pour le déformer.



• Faible constante diélectrique et faible facteur de dissipation : le PFA offre des valeurs bases, voire les plus bases, pour ces paramètres. Ces faibles valeurs résultent de la non-polarité du polymère ainsi que du fort blocage des électrons dans les liaisons ultrapolymères.
  
  
• Faible absorption d'eau : Pour que le PFA absorbe l'eau, la surface doit rester humide suffisamment longtemps pour que l'eau s'associe physico-chimiquement aux chaînes polymères, puis elle doit être intégrée dans la structure globale du polymère. L'eau est un matériau à très haute énergie et le PFA a une énergie de surface très faible. Par conséquent, ces événements sont incompatibles sur le plan énergétique et ne se produisent que dans des circonstances particulières et dans une faible mesure.



• Excellente résistance aux intempéries : Les intempéries comprennent la lumière de différentes longueurs d'onde (IR, visible, UV), l'eau (liquide ou gazeuse), d'autres gaz, ainsi que les températures et pressions normales. La composition physique et chimique du PFA le rend inerte à ces influences.



• Résistance au feu : le PFA brûle lorsqu'il est exposé à une flamme, mais cesse de brûler lorsque la flamme est supprimée.



• Excellente résistance : certaines propriétés mécaniques des résines PFA sont présentées dans le tableau 1. Les caractéristiques de résistance sont élevées et varient quelque peu selon les types de résine.

Résine fluoropolymère Tefzel

Le remplacement du fluor dans les polymères fluorocarbonés n'est commercialement viable que lors de la substitution par l'hydrogène ou l'hydrogène et le chlore. Cependant, les polymères obtenus ont des propriétés très différentes de celles des résines entièrement fluorées. Lors de cette substitution, la polarité et les propriétés mécaniques sont maximisées. La polarité du polymère augmente car les éléments de substitution, l'hydrogène et le chlore, ont des électronégativités différentes par rapport au fluor. De plus, la longueur de leurs liaisons avec le carbone de la chaîne principale du polymère diffère. Ainsi, les centres d'électronégativité et d'électropositivité ne sont pas équilibrés entre les chaînes. L'attraction accrue entre les chaînes interpolymères se traduit par des propriétés mécaniques supérieures. En outre, l'augmentation de la polarité/attraction interpolymère influence la perméation des composants amorphes de la résine par les agents pénétrants.


Cependant, la présence d'hydrogène ou d'hydrogène et de chlore sacrifie la stabilité chimique et thermique. Par exemple, dans les molécules simples, la liaison C-H est environ 5 % plus faible que la liaison C-F, et la liaison C-C1 est 25 % plus faible.

Outre la faiblesse des liaisons chimiques, la disposition des éléments de substitution le long de la chaîne polymère a un effet marqué sur la stabilité chimique de la résine. À cet égard, la solubilité peut être un indicateur avancé. Le Tefzel, avec une structure alternant régulièrement les monomères tétrafluoroéthylène et éthylène, n'a pas de solvant connu dans des conditions normales. En revanche, le polyfluorure de vinylidène, isomère chimique du Tefzel, est soluble dans les cétones industrielles courantes (par exemple, la méthyléthylcétone). L'éthylène/trifluoroéthylène est soluble dans certains solvants fluorés. Les polymères substitués sont également affectés par les acides forts et les alcalis. Parmi les trois mentionnés, le Tefzel est compatible avec la plus large gamme de produits chimiques dans des conditions très variées.

Des proportions égales de comonomères réagissent pour produire un polymère dans lequel les monomères individuels alternent régulièrement le long de sa chaîne.
Les propriétés typiques du Tefzel sont présentées dans le tableau 2. Les données des tableaux 2 et 1 montrent que la polarité et l'attraction entre les chaînes interpolymères qui l'accompagne améliorent les propriétés physiques du polymère substitué par rapport à celles du polymère non substitué et entièrement fluoré. Notez, par exemple, que le Tefzel a une résistance environ 1,5 fois supérieure à celle du PFA et une rigidité 2 fois supérieure.

Résine fluoropolymère Tefzel

Résumé et conclusion

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