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聚四氟乙烯(PTFE)的性能(néng)與應用現狀
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-02 14:46
- 訪問量：
聚四氟乙烯(PTFE)的性能(néng)與應用現狀
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-02 14:46
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聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene)縮寫爲PTFE，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，1946年實現商品化。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
是由一(一CF2一CF2一)一結構單元重複連接而成(chéng)，是目前各行業中應用最新型的工程塑料。
1、聚四氟乙烯的結構和特點
(1)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。
(2)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，因此分子内結合牢固，耐熱性高，長(cháng)期使用溫度爲－
250℃～260℃，而C－C鍵的鍵長(cháng)爲1.54×1010m，C－F鍵的鍵長(cháng)爲1.41×1010m，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。
(3)大分子主鏈上沒(méi)有支鏈，整體内部形成(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。
圖一：聚四氟乙烯管 來源：丹凱
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高度的化學(xué)穩定性
PTFE能(néng)承受除熔融堿金屬、氟元素和強氟化介質以及高于300℃的氫氧化鈉以外的所有強酸、強堿、強氧化劑、還(hái)原劑等的作用。它的耐化學(xué)腐
蝕性能(néng)超過(guò)貴金屬、玻璃、陶瓷、搪瓷和合金等，即使原子能(néng)工業中的強腐蝕劑上氟化鈾對(duì)它也不腐蝕。
2.2廣泛地使用溫度範圍
PTFE可在－250～260℃的寬廣區域内使用，即使在－260℃的超低溫下仍還(hái)以可保持一定的撓曲性；在260℃時其斷裂強度仍保持5MPa左右(約
爲室溫的1／5)，抗屈強度達1.4MPa。
2.3突出的不粘性
PTFE是目前表面(miàn)能(néng)最小的一種(zhǒng)固體材料，表面(miàn)張力僅0.019N／m，幾乎所有的固體材料都(dōu)不能(néng)粘附在其表面(miàn)，隻有表面(miàn)張力在0.02N／m以下的
液體才能(néng)完全浸潤其表面(miàn)。
2.4異常的潤滑性
由于PTFE大分子間的相互引力小，且表面(miàn)對(duì)其他分子的吸引力也很小，因此其摩擦系數非常小，是目前發(fā)現的摩擦系數最低的自潤滑材料。
2.5優異的電絕緣性能(néng)
PTFE爲高度非極性材料，具有極優良的介電性；耐電弧性極好(hǎo)，在高壓放電時，僅僅放出一些裂解的不導電氣體而不會碳化引起(qǐ)短路。
2.6優異的耐老化性能(néng)和抗輻射性能(néng)
PTFE分子中沒(méi)有光敏基團，所以不僅在低溫與高溫下尺寸穩定，在苛刻環境下性能(néng)也不變，潮濕狀态下不受微生物侵襲，而且對(duì)各種(zhǒng)射線輻射具
有極高的防護能(néng)力。
2.7極小的吸水率
PTFE的吸水率一般在0.001％～0.005％左右，而且它的滲透率也較低。
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、非粘附性、耐候性、不燃性和良好(hǎo)的潤滑性，應用從航天領域到廣泛的日用商品，
成(chéng)爲現代科學(xué)技術、軍工和民用中解決許多關鍵技術平不可或缺的材料。下面(miàn)主要介紹PTFE在防腐減磨、密封、耐蝕、防粘、電氣、建築和醫學(xué)
上的應用。
3.1聚四氟乙烯在防腐減磨方面(miàn)的應用
據發(fā)達國(guó)家的有關統計，在當今工業化國(guó)家中每年由腐蝕而造成(chéng)的經(jīng)濟損失約占國(guó)民經(jīng)濟總産值4％。化工生産上的事(shì)故有相當數量是由于設備腐
蝕，介質滲漏引發(fā)的化學(xué)反應所緻。由此可見，由于腐蝕所造成(chéng)的損失好(hǎo)危害問題嚴重，并引起(qǐ)了人們的廣泛重視。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，所以填充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聚四氟乙烯的耐腐蝕密封材料
PTFE在化工中的另一大應用是密封材料。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，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聚四氟乙烯防粘性的應用
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。
在紡織行業中大量采用化學(xué)漿料進(jìn)行紗的上漿，尤其當使用丁苯乳皎、酸甲基纖維素、聚醋酸乙烯等粘性非常強的爲漿料時，會發(fā)生嚴重的粘輥
現象，此時需要清除粘包才能(néng)進(jìn)行繼續生産，這(zhè)不僅增加了勞動量，生産效率低，并且影響産品質量，采用PTFE粘包輥筒後(hòu)，防粘作用效果顯
著，同理它還(hái)可以應用于各種(zhǒng)塑料包裝封口機械。
3.4電氣方面(miàn)的應用
PTFE固有的低損耗與介電常數使其成(chéng)爲電線和電纜的理想絕緣材料。PTFE用作電線包覆層的理由：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
随着國(guó)内外經(jīng)濟的發(fā)展，許多文化娛樂設施在建造中紛紛把它作爲頂蓬材料，這(zhè)在國(guó)外早已大量采用，采用這(zhè)種(zhǒng)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：上海八萬人體育場、虹口體育場的頂蓬，東方明珠塔，北京奧運鳥巢等。PTFE作爲建築用
膜材料耐用年數在20年以上(現在通用的高裝飾性、高耐候性的丙烯酸聚氨酯塗料、丙烯酸有機矽塗料和有機矽塗料，其耐用年數一般在5～10
年，有機矽聚酯塗料最高也隻有10～15年)；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，可降低塗裝清掃費用，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
近代醫療方面(miàn)廣泛使用各種(zhǒng)各樣的聚合物制品，大大排擠和替代了金屬及其他材料在醫療領域的應用。這(zhè)些制品不僅用于人體及與人體内組織相
接觸，也用于醫療領域的各種(zhǒng)設備。近年來聚合物PTFE具有良好(hǎo)的柔韌性和生物相容性，正逐漸成(chéng)爲生物功能(néng)材料的重要組成(chéng)部分。
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，由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。還(hái)可用于整形、骨組織替代、促進(jìn)骨折愈合，皮膚或器官移
植、牙周組織再生等。
3.7其他方面(miàn)的應用
PTFE還(hái)具有很多方面(miàn)的應用，如利用其膜具有多孔性，作爲過(guò)濾材料可以有選擇地透過(guò)氣體或液體，用于氣液分離、氣氣分離及液液分離的過(guò)濾
膜；在其中加入導電炭黑壓還(hái)可制作發(fā)熱體，如電熱毯的中間發(fā)熱層等。
4、結語
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。
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