咨詢電話：
0755-29979617
咨詢電話：
0755-29979617資訊詳情
漫談聚四氟乙烯(PTFE)介紹
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-05 14:08
- 訪問量：
漫談聚四氟乙烯(PTFE)介紹
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-05 14:08
- 訪問量：
在氟塑料品種(zhǒng)中，産量最大、用途最廣的爲聚四氟乙烯。其用量占世界氟塑料總用量的70%~80%。聚四氟乙烯的一系列特性均優于其他聚合物
材料，具有優異的綜合性能(néng)。本文介紹了聚四氟乙烯的結構，基于分子結構的分析，闡述了它所具有的物理化學(xué)特性；綜述了聚四氟乙烯在各方
面(miàn)的應用，并對(duì)該材料的應用前景進(jìn)行了展望。
聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene，PTFE)，簡稱F4，商品名稱是“特氟隆”(Teflon)，俗稱“塑料王”。1938年,美國(guó)新澤西州杜邦研究實
驗室的R. S. Plunkett 博士首先發(fā)明了聚四氟乙烯。美國(guó)杜邦公司在1945年注冊了Teflon®（特富龍®）商标,1948年實現了聚四氟乙烯的工業化
生産。四氟乙烯常壓下是無色無嗅的氣體，沸點-76.3℃，熔點-142.5℃，易爆，易自聚。PTFE爲四氟乙烯(TFE)單體的高結晶聚合物，白色，無
毒，無味。其聚合物分子是由-(-CF2-CF2-)-結構單元重複連接而成(chéng)，是目前各行業中應用的最新型的工程塑料。
1、聚四氟乙烯的結構和特點
在PTFE中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子體積較大半徑爲(0.064nm)，大于氫原子半徑(0.028nm)，且相鄰大分子的氟原子的負
電荷又相互排斥，使得C-C鏈由聚乙烯的平面(miàn)的、充分伸展的曲折構象漸漸扭轉到PTFE的螺旋構象，并形成(chéng)一個緊密的完全“氟代”的保護層，
這(zhè)使其具有其他材料無法比拟的化學(xué)穩定性以及低的内聚能(néng)密度。
C-C鍵的鍵能(néng)爲372kJ/mol，C-F鍵的鍵能(néng)爲347kJ/mol,是已知鍵能(néng)中較強的，因此分子内結合牢，耐熱性高。長(cháng)期使用溫度爲-250℃～260℃，
而C-C鍵的鍵長(cháng)爲1.54×10-10m，C-F鍵的鍵長(cháng)爲1.41×10-10m,又是常見單鍵中較短的，所以化學(xué)性質穩定，很難和其他物質發(fā)生化學(xué)反應，顯
示出優異的耐候性、耐沾污性和耐化學(xué)品性 。
大分子主鏈上沒(méi)有支鏈,整體内不形成(chéng)交鏈，故其分子輪廓光滑，加之TFE單體具有完美的對(duì)稱性而使PTFE分子間的吸引力和表面(miàn)能(néng)較低，所以
PTFE具有極低的表面(miàn)摩擦系數，且容易在滑動過(guò)程中轉移到對(duì)偶面(miàn)上形成(chéng)薄的轉移膜。
2、聚四氟乙烯的組成(chéng)和結構決定其具有如下性能(néng)
2.1力學(xué)性能(néng)
2.1.1應力-應變性能(néng)
在應力作用下，聚四氟乙烯的結晶帶存在兩(liǎng)類畸變方式，第一類畸變發(fā)生在低應力下，伸長(cháng)較小時，條紋就與帶軸分離進(jìn)行橫向(xiàng)滑動，由于在作
用力方向(xiàng)上的轉動，一些條紋變斜，這(zhè)種(zhǒng)畸變屬于非結晶畸變；在很低的溫度下，非結晶區被凍結，不發(fā)生此類畸變。第二類畸變發(fā)生在高應力
下，條紋指向(xiàng)應力方向(xiàng)而扭曲成(chéng)人字形紋，這(zhè)屬于晶體的實際應變。急速冷卻的聚四氟乙烯由于結晶帶的尺寸小，發(fā)生第一類畸變的情況多，因
此有較高的強度和伸長(cháng)率。
2.1.2蠕變和應力松弛
聚四氟乙烯的蠕變和應力松弛性質不僅與溫度、時間和負荷等因素有關，而且還(hái)與結晶度和分子量有關。聚四氟乙烯的最佳剛性所對(duì)應的結晶度
爲75%-80%,高于這(zhè)個結晶度時，聚四氟乙烯的耐蠕變性随結晶度的增大而降低，蠕變的增加可能(néng)與較短聚合物鏈的存在有關。
2.1.3冷拉伸行爲
在室溫附近，低結晶度的聚四氟乙烯在冷拉伸時比高結晶度的硬，說明聚四氟乙烯的結晶區是塑性的，因此在應力下易屈服，而在無定形區域内
分子鏈沿應力方向(xiàng)排列和取向(xiàng)，而且很小的微晶也能(néng)這(zhè)樣取向(xiàng)，這(zhè)樣就容易變硬而阻止塑性變形。
2.1.4疲勞行爲
聚四氟乙烯可以因疲勞而重複的破壞，但是仍然保持物理的完整性，維持着一個剩餘的疲勞強度。
2.2熱性能(néng)
聚四氟乙烯具有優良的耐熱性和耐寒性，長(cháng)期使用溫度範圍很寬（-195～250℃），在250℃高溫下經(jīng)240h老化後(hòu)，其力學(xué)性能(néng)基本不變。聚四
氟乙烯的玻璃化溫度約爲115℃，結晶熔點爲327℃，加熱到熔點以上仍無粘流态轉變，溫度上升到390℃時開(kāi)始分解。聚四氟乙烯的導熱系數爲
0.20-0.25W/m•K。線膨脹系數在（10-15）×10-5m/(m•K)之間，比多數塑料大，是鋼材的10-20倍，并随着溫度的增加而增大。
2.3電性能(néng)
聚四氟乙烯是一種(zhǒng)高度非極性材料，具有及其優異的電性能(néng)，而且不受溫度、濕度和頻率的影響。聚四氟乙烯分子鏈上的氟原子是對(duì)稱的，碳-氟
鍵又結合得相當牢固，因此分子中沒(méi)有遊離的電子，整個聚四氟乙烯分子呈電中性。在室溫條件下的電性能(néng)見表1。在0℃以上時，其介電常數不
随溫度和頻率變化。随着溫度的升高，聚四氟乙烯的體積電阻率稍有變化，即使在220℃下，仍有較高的體積電阻率。
2.4耐化學(xué)藥品和溶劑性質
聚四氟乙烯中的C-F鍵的鍵能(néng)高且穩定，分子爲螺旋形構型，C-C主鏈完全被體積較大的氟原子遮蔽。所以，濃酸、強堿、強氧化劑即使在高溫時
也不能(néng)對(duì)聚四氟乙烯起(qǐ)作用。聚四氟乙烯的耐化學(xué)品性能(néng)甚至超過(guò)貴金屬。除全氟烷烴和全氟氯烷烴使聚四氟乙烯有輕微的溶脹現象外，酮類、
醚類等有機溶劑均不能(néng)對(duì)它起(qǐ)作用。目前，發(fā)現能(néng)對(duì)它起(qǐ)作用的僅爲熔融狀态的堿金屬、三氟化氯及氟元素等，但是隻在高溫高壓下這(zhè)種(zhǒng)作用才
明顯。由于聚四氟乙烯的潤濕性極小，所以它對(duì)酸和溶劑的吸收率極低，在高溫下長(cháng)期接觸，一般僅增加1%左右。但是，由于聚四氟乙烯不能(néng)熔
融加工，在制品中含有孔隙，有利于溶劑的滲透，預成(chéng)型壓力越小，孔隙越多，滲透越大。
2.5耐輻射性
對(duì)PTFE而言，F原子具有較大的原子半徑及最大的電負性，因而PTFE分子鏈是一種(zhǒng)螺旋型的僵直鏈。在通常條件下輻照，所産生的不同大分子鏈
自由基之間很難複合形成(chéng)交聯結構，從而使降解反應成(chéng)爲主反應。PTFE接受輻射能(néng)後(hòu)，是在C—C部位斷裂而生成(chéng)兩(liǎng)個大分子自由基，很少在C～
F部位斷裂。形成(chéng)的自由基具有較高的穩定性，可以在斷裂點附近實現諸如結構重排或分子間的歧化反應。
斷裂端迅速穩定下來，最終得到無規的小分子量分布的聚合物。因此，PTFE輻射降解屬于自由基降解機理。輻射作用下，PTFE分子量迅速下降，
性能(néng)發(fā)生很大變化。PTFE降解受輻照條件的影響，不同輻照條件可以得到不同的高價值降解産物。在氧氣中輻射降解可以得到高氟酸衍生物，在
惰性氣體中輻照可以得到全氟烯烴和全氟烷烴；在空氣中或氧、氮比例經(jīng)過(guò)調解的大氣中輻射降解，可以得到純PTFE或改性PTFE超細粉。
2.6不沾性
PTFE 具有螺旋型結構, 所以分子較僵硬, 分子間的吸引力很微弱, 因而分子很容易滑動。其摩擦因數是塑料中最低的一種(zhǒng), 動、靜摩擦因數較接
近。如鋼對(duì)它的動、靜摩擦因數可低至0.04 , 其自身的摩擦因數可低至0.01 , 接近于冰塊。對(duì)于由100 % PTFE 纖維制成(chéng)的過(guò)濾材料, 它的摩擦因
數低, 對(duì)濾料的清灰時可降低能(néng)耗。
圖一： PTFE管 來源：丹凱
3、聚四氟乙烯的應用
PTFE具有優異的高低溫性能(néng)和化學(xué)穩定性，很好(hǎo)的電絕緣性、不粘性、耐候性、不燃性和良好(hǎo)的潤滑性，應用從航天領域到日用商品，成(chéng)爲現代
科學(xué)技術、軍工和民用中解決許多關鍵技術問題不可或缺的材料。
3.1防腐減磨方面(miàn)的應用
PTFE材料克服了普通塑料、金屬、石墨、陶瓷等耐腐蝕能(néng)力,柔韌性較差等缺點,以其卓越的耐高低溫和耐腐蝕性能(néng),可以在條件苛刻的溫度、壓力
和介質等情況下使用,已經(jīng)成(chéng)爲石油、化工、紡織等行業的主要耐腐蝕材料 。
PTFE管主要用作腐蝕性氣體、液體、蒸汽或化學(xué)藥品的輸送管、排氣管。由 PTFE分散樹脂成(chéng)型的推壓管襯入鋼管中形成(chéng)襯裡(lǐ),或在PTFE推壓内管
外纏繞玻璃纖維增強,或在PTFE推壓管外用鋼絲編織纏繞增強後(hòu)可在高壓下傳遞液體介質,作爲液壓傳動不可缺少的部件,并且可以大大提高在高溫
下的破裂強度同時具有良好(hǎo)的彎曲疲勞性。因爲PTFE材料的摩擦系數是已知固體材料中最低的，所以這(zhè)就使填充PTFE材料成(chéng)爲機械設備零件無油
潤滑的最理想材料。例如造紙、紡織、食品等工業領域的設備加潤滑油容易使産品受到污染,填充PTFE材料就解決了這(zhè)一難題。另外,實驗證明,機
油中添加一定數量的固體添加劑可有效地節約發(fā)動機燃料油5%左右 。
3.2耐腐蝕密封材料方面(miàn)的應用
由于聚四氟乙烯綜合性能(néng)良好(hǎo),是任何一種(zhǒng)密封材料都(dōu)不可比拟的,它可用于各種(zhǒng)苛刻場合的密封,尤其是對(duì)于高溫、耐腐蝕性要求較高時。聚四氟
乙烯生料帶纖維長(cháng)、強度高,而且塑性大、壓延性好(hǎo),施加較小的壓緊力就可完全密封,操作應用方便,用在凹凸不平或結構精密的表面(miàn)更顯其高效
化，具有很好(hǎo)的密封性能(néng)并且可提高抗腐蝕能(néng)力,擴大其使用範圍。滑動部件的密封使用PTFE填料,可以獲得良好(hǎo)的耐腐蝕穩定性,而且它具有一定
壓縮性回彈性、滑動時阻力小。填充PTFE密封材料使用溫度範圍廣泛,是目前傳統石棉墊片材料的主要替代物,更兼有高模量、高強度、抗蠕變、
耐疲勞、以及導熱率高、熱膨脹系數和摩擦系數小等性能(néng),加入不同的填充料更可擴大應用範圍。
3.3防粘性的應用
PTFE材料具有固體材料中最小的表面(miàn)張力,不粘附任何物質，同時還(hái)具有耐高低溫、無毒的優良特性,所以 PTFE作爲塗料常用作餐具的防粘内襯,主
要用于不粘鍋和微波爐的内膽。雖然PTFE材料具有其它材料無法替的優異性能(néng),但是本身也存在着一定的缺點,例如:難熔融加工性、難焊接性和冷
流性。随着材料應用技術的不斷發(fā)展,這(zhè)些缺點正在逐漸被克服,從而使它在石油化工、電子、醫學(xué)、光學(xué)等多種(zhǒng)領域的應用前景更加廣闊。
3.4電氣方面(miàn)的應用
PTFE具有優良的電學(xué)性能(néng),它的體積電阻率可達1017Ω,表面(miàn)電阻率大于1016Ω,在100％相對(duì)濕度下也保持不變;介電常數低達2.0,介電損耗正切約
爲2×10-4且均與溫頻率無關;耐熱性好(hǎo),在260℃下長(cháng)期使用,絕緣性好(hǎo),可以達到H級以上;具有強韌性和可撓曲性,即使低至-90℃韌性依然沒(méi)影響;耐
老化,耐氣候性優良,高度的化學(xué)穩定性;具有不燃和低發(fā)煙性。用其制成(chéng)的印刷線路基闆在航空航天領域已有廣泛應用,所以PTFE制品特别适用于電
信、計算機、測試與測量、國(guó)防等諸多高性能(néng)、高挑戰性的領域。
3.5建築方面(miàn)的應用
采用PTFE作爲材料的第一個建築物在70年代建于美國(guó)加利福尼亞州 。近兩(liǎng)年來國(guó)内也開(kāi)始使用,如:北京奧運鳥巢,鐵路上海站北廣場站房, 上海世
博會挪威館等。PTFE作爲建築用膜材料耐用年數在20年以上，而且其自潔性好(hǎo),不吸附灰塵和髒物,雨水可沖刷掉表面(miàn)的附着物,可降低清掃費用,所
以适合于高潔淨性要求的場合。
3.6醫療衛生方面(miàn)的應用
PTFE表面(miàn)張力小、不親水、生物相容性好(hǎo),可以用于人造血管,此種(zhǒng)人造血管壁内表面(miàn)勢能(néng)的增加會促使内皮細胞的沉降和凝結,這(zhè)是微孔PTFE制品
表面(miàn)能(néng)的改變導緻周圍組織明顯的生物反應結果,利用此性能(néng)可以防止在移植物間隙中的血栓形成(chéng)過(guò)程利用膨體PTFE和橡膠塑料薄膜組成(chéng)胃鏡鉗導
管,于其可随意彎曲變形,與人體接觸無異物反應,用于對(duì)人體胃進(jìn)行即時取樣、取異物、息肉摘除等,能(néng)做到操作自如,使病人免受不必要的痛苦。另
外聚PTFE在醫學(xué)上可制成(chéng)人工十字韌帶、關節、食道(dào)和氣管、尿道(dào)、膽汁管等。比較常見的整容手術隆鼻和整形下颌也是采用PTFE作爲填充材
料。
随着材料應用技術的不斷發(fā)展，近幾年國(guó)外對(duì)PTFE及其改性材料應用研究,已使其成(chéng)爲一種(zhǒng)十分成(chéng)熟的材料,我國(guó)雖已有一定發(fā)展,但在改性研究和
加工成(chéng)型工藝方面(miàn)與國(guó)外的差距還(hái)很大。聚四氟乙烯在多方面(miàn)具有優異的性能(néng),是其它材料不可比拟的,應用領域十分廣闊。
本文由鐵氟龍管小姐姐原創，歡迎關注，帶你一起(qǐ)長(cháng)知識！
更多新聞
友情鏈接:
深圳市丹凱科技有限公司
地址：深圳市寶安區松崗鎮朝陽路燕川北方永發(fā)科技園1棟4樓B區
電話：0755-29979617 23127719 23127819
傳真：86-0755-29979492
關注我們
頁面(miàn)版權所有©1998-2024 深圳市丹凱科技有限公司