PTFE

学名:聚四氟乙烯
英文名:Polytetrafluoroethylene
缩写:PTFE
外观:白色

聚四氟乙烯是较柔软的白色结晶型聚合物,表面手感滑腻,密度在2.14~2.30g/cm3之间,是现有作为塑胶材料的聚合物中密度最大的品种,聚四氟乙烯的高度结晶结构使分子链紧密堆切,因此具有比其他聚合物更大的密度。在氟类塑胶中生产量最大,应用最广,约占氟类塑胶总产量的60%~80,其重要性居於首位。

制备方法

一. 单体制备
聚四氟乙烯的单体四氟乙烯的制备是以氟石(CaF2)为原料,经反应而得。四氟乙烯常压下是气体,无色无臭,-76.3℃可变为液体,易爆,易自聚,储存时应避免与氧接触,并应加入阻聚剂。

二. 聚合
纯四氟乙烯在低於室温的温度下就可以猛烈地聚合。由於聚合反应会猛烈放热,一般不宜采用本体聚合,工业上采用悬浮聚合乳液聚合两种方法。

性能特点

聚四氟乙烯有着优异的耐热性和热稳定性,广泛的工作温度 围,优异的电性能,极优异的耐化学腐蚀性和耐溶剂性,突出的天然阻燃性,良好的摩擦性和防粘性,使之在许多应用领域占有重要的地位。

力学性能
聚四氟乙烯是典型的软而弱的聚合物,刚度,硬度强度都较小,拉伸强度一般在10~30MPa,与聚乙烯相当,拉伸模量约400MPa,略低於高密度聚乙烯,冲击强度则不及聚乙烯。聚四氟乙烯受载时容易出现蠕变现象,是典型的具用冷流性的塑胶。聚四氟乙烯力学性能方面优异的特性是摩擦因数小,在0.02~0.10之间,是现有塑胶中最小者。

热性能
聚四氟乙烯具有极优异的耐高低温性,长时工作温度 围很宽,约在-250~260℃之间,即使在-269℃仍具有展性,260℃仍可承受5MPa载荷. 聚四氟乙烯的玻璃化温度约为115℃,结晶较转变温度为327℃,即使超过这一温度,聚合物仍不能流动.分解温度超过400℃,但达到360℃,分子链开始断链. 聚四氟乙烯的热传导率约为0.20~0.24W/(m.k),在塑胶中居中等水准,但线膨胀系数在塑胶中具有较大值,约在(10~15)×10-5m/(m.k)之间,大於钢材10~20倍,其线膨胀系数特点是随温升高有明显增大的现象。

电性能
聚四氟乙烯具有极优异的介电和电绝缘性,且基本上不受电场频率的影响,这是非极性聚合物的共有特点,电性能也可在很宽的温度 围内保持不变,这是聚四氟乙烯所特定的,为聚四氟乙烯作为C级绝缘材料的使用提供了可靠保证. 聚四氟乙烯吸湿性极小,可以在潮湿环境下保持良好的电性能。

性能 数值(Hz) 性能 数值
介电常数 60 <2.1 体积电阻率/M 1015~1016
103 <2.1 介电强度/(KV.mm-1) 18~20
106 <2.1
介质损耗因数 60 (2~3)×10-4
103 (2~3)×10-4
106 (2~3)×10-4

耐化学试剂及耐溶剂性
聚四氟乙烯具有极优异的耐化学腐蚀性,被称之为“塑胶之王”所有强酸、强硷、强氧化剂、盐类对聚四氟乙烯皆无影响,即使在高温下也是如此。对沸腾的王水也很稳定。只是氟元素本身和熔融的硷金属才对它有侵蚀作用,(可以与其中的氟原子作用生成氟化物)。对於有机化合物,除了卤化胺类和芳烃对其有轻微溶胀外,其他所有有机溶剂对聚四氟乙烯都无作用。聚四氟乙烯的溶解度参数极小,仅为12.6(J/cm3)。它具有低能表面,粘附性很差,很难胶接,但可以利用与熔融硷金属的作用使其表面生成氟化物改变粘附性。

其他性能
聚四氟乙烯不能烯烧,它的有限氧指数高达95,这是由於分子链组成中有大量氟原子存在之故。聚四氟乙烯分子中无光敏基团,对光的作用很稳定,也不受臭氧作用,故耐大气老化性突出。聚四氟乙烯对高能射线作用敏感,主要是由於高能射线可以打开碳一氟键和碳一碳键使之破坏。

主要应用

防腐
各种化工设备、化工机械广泛采用聚四氟乙烯零件用於防腐,如阀门、阀座、泵管道系统、隔膜、伸缩接头、多孔的聚四氟乙烯板材、反应器、蒸馏塔、腐蚀性介质的过滤材料、设备衬 、搅拌器等。

电绝缘
PTFE是重要的C级绝缘材料,主要的应用形式之一是电线电缆包覆外层,广泛用於无线电通讯、广播的电子装置,也用在电子设备的连接线路中,在高频、超高频电场作用下具有极小的介电常数和介电损耗。另一重要应用是在印刷线路板中,以覆铜层压板形式应用,具有良好的高温绝缘性和介电性,优异的化学稳定性。绝缘薄膜也是PTFE重要的电绝缘应用形式,主要用於各种电机电器的包绕、电容器绝缘介质和绝缘衬垫。

密封
各种密封圈、密封垫、填料函,特别是各种防腐和耐热装置的密封更是需要PTFE

摩擦磨损
制备各种活塞环、轴承(需添加其他材料)支承滑块导向环等。

防粘
用於塑胶加工及食品工业、家用品(如不粘锅)的防粘层。

医疗
医疗用高温消毒用品、外科手术的代用血管、消毒保护品、贵重药品包装、耐高温蒸的气软管。

加工

聚四氟乙烯由於分子链刚性大和分子量极高,致使熔融粘度极高,超过结晶转变温度327时,仍不会出现熔融状态,即使在升到380,粘度仍高达1010Pa.S,因此实际上仅只能出现凝胶态,而不能出现熔融流动态,这就使聚四氟乙烯不能用一般的热塑性塑胶熔融加工方法加工,而只能采用类似粉末冶金的方法加工,冷压成坯後再进行烧结。

聚四氟乙烯是结晶型聚合物,结晶度大小对制品性能影响大。制品烧结成型在高於结晶转变温度下进行,烧结後的制品需冷却至室温并在冷却过程中结晶,因此冷却速率对制品结晶度有影响,也对制品性能有较大的影响。

聚四氟乙烯热导率较小,烧结时需将冷压的坯料从室温升至较高的烧结温度,加热速率的控制很重要,加热速率过快易造成部份材料过热分解。烧结温度也不可过高,否则也会出现部份分解,分解时会产生有毒体氟。

聚四氟乙烯线膨胀系数大,坯料加热至烧结温度以及热结後的制品冷至室温,尺寸的变化都较大,这是与一般塑胶加工所不同的,结工艺控制带来了特殊的要求。

聚四氟乙烯的烧结可采取模压烧结,用以制备模压制品,也可采用挤压烧结,推压烧结制备管,棒等连续型材。若将模压的毛坯车削成一定厚度的薄片,通过两辊辊压机压延,还可以制备聚四氟乙烯薄膜。 聚四氟乙烯具有良好的切削性,可将烧结後的坯料切削为要求的形状和尺寸。