پلی تترا فلورواتیلن n(CF2=CF2) که عموما تحت نام تجاری تفلون شناخته میشود که حدود 90 درصد حجمی فلوروپلاستیکها را شامل میشود. تفلون به علت خواص متمایزی همچون ضریب اصطکاک پایین و خاصیت خود روانکاری عالی، پایداری حرارتی بالا (محدوده دمای کاری تفلون -150 تا 288+ درجه سانتیگراد میباشد)، خاصیت نچسب بودن، مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت دیالکتریک خوب در صنایع مختلف کاربرد دارد.
تفلون و خواص آن
فلوروپلیمرها
فلوروپلیمرها یا فلوروپلاستیکها دستهای از پلیمرها هستندکه از اتمهای کربن C و فلور F تشکیل شده اند(اتمهای هیدروژن H با اتمهای فلور جایگزین شدهاند). فلوروپلیمرها خود به دو دسته تقسیم بندی میشوند
1) پرفلوروپلیمرها 2) فلورینه شدههای جزئی
- پرفلوروپلیمرها: آن دسته از پلیمرها را شامل میشوند که در ساختارشان فقط اتمهای کربن و فلور را داشته باشند. لازم به ذکر است اگر تعدادی از اتمهای فلور با اتمهای اکسیژن O و یا کلر Cl نیز جایگزین شوند باز هم در این گروه قرار میگیرند. از جمله این پلیمرها میتوان به PTFE، fluorinated ethylene propylene و perfluoroalkoxy اشاره کرد.
- فلورینه شدههای جزئی: در ساختار اینگونه فلوروپلیمرها علاوه بر اتم فلور، اتم هیدروژن نیز وجود دارد. از جمله این مواد میتوان به polyvinyl fluoride، polyvinyldin fluoride و ethylene tetrafluoroethylene copolymer اشاره کرد.
مواد فلورینه شده جزئی و پرفلوروپلیمرها از نظر خواص و روش فرآیند کردن تفاوت معنیداری دارند. به عنوان مثال پرفلوروپلیمرها از پایداری حرارتی بالاتر، ولی سختی کمتری نسبت به فلورینه شدههای جزئی برخوردارند.
تفلون
پلیتترافلورواتیلن که عموما با نام تجاری تفلون شناخته میشود (هرچند که بسیاری مواقع نام تفلون را برای تمام کوپلیمرهای پلیتترافلورواتیلن نیز استفاده میکنند.) از جمله پلاستیکهای مهندسی و از خانواده فلوروپلاستیکها است و در زیر مجموعه پلیمرهای وینیلی قرار میگیرد و مانند دیگر پلیمرهای وینیلی به روش رادیکال آزاد افزایشی عمل پلیمریزاسیون در آنها صورت میگیرد.
این پلیمر در سال 1938توسط پلانکیت به صورت کاملا اتفاقی و در پی تحقیقاتی که برای ساخت گازی موثر و بیضرر به عنوان خنک کننده از نوع CFCبرای یخچال بود، کشف شد و در سال 1948 توسط شرکت دوپونت به صورت تجاری تولید و به بازار عرضه شد.
خواص تفلون
خواص مفید تفلون که منجر خصوصیات متمایز تفلون در مقایسه با بسیاری از مواد پلیمری دیگر شده است را اینگونه میتوان جمع بندی کرد.
- پایداری
دمای کاری بالا ( تفلون تا دمای 260درجه سانتیگراد خواص مکانیکی خود را حفظ میکند).
پایداری در شرایط محیطی (مقاومت بسیار عالی در برابر پرتو UV)
مقاومت شیمیایی عالی
مقاومت در برابر آتش
- انرژی سطحی کم
اصطکاک کم
خاصیت نچسبی خوب
مناسب برای استفاده در محیطهای بیولوژیکی
- خواص برودتی
حفظ خواص مکانیکی مانند انعطاف پذیری در دماهای بسیار پایین تا محدوده 150- درجه سانتیگراد
- خواص الکتریکی خوب
ضریب دیالکتریک بالا
ضریب اتلاف پایین
همانطور که در بالا اشاره شد یکی از خصوصیات تفلون انرژی سطحی کم آن است که منجر به خواصی همچون اصطکاک کم و خودروانکاری تفلون میگردد که در بحث تریبولوژی مورد توجه است و به همین دلیل آن را بیشتر مورد بررسی قرار دادهایم.
کم بودن ضریب اصطکاک و انرژی سطحی در تفلون را از دید مولکولی اینگونه میتوان توضیح داد:
بین مولکولهای دو نوع نیرو برقرار است؛
الف- نیروی جاذبه
ب- نیروهای دافعه
الف- نیروی جاذبه که در تفلون از نوع واندروالسی است که بر طبق آنچه در شیمی داشتیم میتواند از چهار منبع زیر منتج شود:
- نیروهای غیر قطبی
- نیروهای دو قطبی
- نیروی دو قطبی القایی
- پیوند هیدروژنی
نیروهای واندروالسی را میتوان از رابطه(1‑1)و نیروهای دافعه را میتوان از رابطه(1‑2)و برآیند این دو را میتوان از رابطه(1‑3)محاسبه کرد.
|
(1‑1) |
Ea= A/r6 |
|
(1‑2) |
Er=B/r12 |
|
(1‑3) |
El=A/r6 + B/r12 |
R فاصله بین دو مولکول، A و B ثابت
مولکولهای تفلون مولکولهایی غیر قطبی هستند به همین دلیل نیروی بین مولکولی قطبی ندارند. در ضمن نیروهای دو قطبی لحظهای در مولکولهای تفلون نداریم و همچنین نیروی دو قطبی القایی در تفلون خیلی کم است. از سوی دیگر به علت بزرگ بودن شعاع اتمیاتمهای فلورین، با توجه به رابطه(1‑3)،نیروی بین مولکولی مقدار حداقلی خواهد بود.
با توجه به مطالب بالامیتوان نتیجه گرفت که نیروهای بین مولکولی در تفلون خیلی کم است و بر این اساس زنجیرههای پلیمر به راحتی میتوانند بر روی یکدیگر حرکت کنند و همین باعث پدیده خود روانکاری در تفلون و کم بودن اصطکاک در تفلون و از سوی دیگر کم بودن انرژی سطحی در تفلون منجر به خاصیت نچسبی و تغییر طول زیاد میشود. البته این ویژگی خود مشکلاتی همچون نرخ سایش بالا در تفلون، بالا بودن نرخ خزش و پایین بودن مدول کششی در تفلون را باعث میشود که در عمل برای رفع این مشکلات با افزودن الیاف و پرکنندههای مختلف خواص تفلون را بهبود میبخشند.
