聚四氟乙烯Polytetrafluoroethylene(英文縮寫為Teflon或[PTFE,F4])被稱"塑料王",氟樹脂之父羅伊﹒普朗克特1936年在美國杜邦公司開始研究氟利昂的代用品,他們收集了部分四氟乙烯儲存于鋼瓶中,準(zhǔn)備第二天進(jìn)行下一步的實驗,可是當(dāng)?shù)诙齑蜷_鋼瓶減壓閥后,卻沒有氣體溢出,他們以為是漏氣,可是將鋼瓶稱量時,發(fā)現(xiàn)鋼瓶并沒有減重。他們鋸開了鋼瓶,發(fā)現(xiàn)大量的白色粉末,這是聚四氟乙烯。
他們研究發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯性質(zhì)優(yōu)良,可以用于原子彈、炮彈等的防熔密封墊圈,因此美國軍方將該技術(shù)在二戰(zhàn)期間一直保密。直到二戰(zhàn)結(jié)束后,才解密,并于1946年實現(xiàn)工業(yè)化生聚四氟乙烯。
中文商品名"特氟龍"、"特氟隆"(teflon)、"特氟龍"、"特富隆"、"泰氟龍"等。它是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物,其結(jié)構(gòu)簡式為-[-CF2-CF2-]n-,具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性,是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一,除熔融金屬鈉和液氟外,能耐其他一切化學(xué)藥品,在王水中煮沸也不起變化,廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的場合。有密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力、耐溫優(yōu)異(能在+250℃至-180℃的溫度下長期工作)
使用溫度-190~250℃,允許驟冷驟熱,或冷熱交替操作。
化學(xué)成分及基本介紹
CAS No.:9002-84-0
EINECS號:204-126-9
分子式:(C2F4)n
分子量:100.015612
熔點:327℃[1]
沸點:400℃
折射率:1.35 聚四氟乙烯
英文名稱: poly(tetrafluoroethylene);
TETRAFLUOROETHYLENE OLIGOMER;TETRAFLUOROETHYLENE RESIN; TEFLON; TEFLON 7A; TEFLON(TM) 30B; TEFLON(TM) 6; TEFLON(TM) 7A; PTFE[2]
使用優(yōu)點
耐高溫——使用工作溫度達(dá)250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性;即使溫度下降到-196℃,也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑,表現(xiàn)出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。
耐氣候——有塑料中最佳的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。
不粘附——是固體材料中最小的表面張力,不粘附任何物質(zhì)。
無毒害——具有生理惰性,作為人工血管和臟器長期植入體內(nèi)無不良反應(yīng)。
聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達(dá)一千萬以上,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時,聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時的失重速率(%)每小時分別為1×10-4.4×10-3和9×10-2??梢姡鬯姆蚁┛稍?260℃長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等,所以要特別注意安全防護(hù)并防止聚四氟乙烯接觸明火。
化學(xué)性質(zhì)
耐大氣老化性:耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露于大氣中,表面及性能保持不變。
不燃性:限氧指數(shù)在90以下。
耐酸堿性:不溶于強酸、強堿和有機溶劑(包括魔酸,即氟銻磺酸)。
抗氧化性:能耐強氧化劑的腐蝕。
酸堿性:呈中性。
原料性能
密度:2.1–2.3 g/cm3;
聚四氟乙烯的機械性質(zhì)較軟。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能:耐高溫—長期使用溫度200~260度,耐低溫—在-100度時仍柔軟;耐腐蝕—能耐王水和一切有機溶劑;耐氣候—塑料中最佳的老化壽命;高潤滑—具有塑料中最小的摩擦系數(shù)(0.04);不粘性—具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì);無毒害—具有生理惰性;優(yōu)異的電氣性能,是理想的C級絕緣材料,報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓;比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料,廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。產(chǎn)品:聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。
力學(xué)性能
它的摩擦系數(shù)極小,僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低,所以聚四氟乙烯具有不粘性。
聚四氟乙烯在-196~260℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能,全氟碳高分子的特點之一是在低溫不變脆。
耐化學(xué)和耐候性
聚四氟乙烯具有極高的耐化學(xué)腐蝕性能,例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均無變化,也幾乎不溶于絕大多數(shù)的溶劑,只在300℃以上稍溶于全烷烴(約0.1g/100g)。聚四氟乙烯不吸潮,不燃,對氧、紫外線均極穩(wěn)定,所以具有優(yōu)異的耐候性。
電性能
聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
耐輻射性能
聚四氟乙烯的耐輻射性能較差(104拉德),受高能輻射后引起降解,高分子的電性能和力學(xué)性能均明顯下降。
聚合
聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進(jìn)行的,用以分散反應(yīng)熱,并便于控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2壓力下進(jìn)行,可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發(fā)劑,也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑,例如全氟辛酸或其鹽類。
膨脹系數(shù)
(25~250℃)10~12×10-5/℃
聚四氟乙烯燒結(jié)工藝
成型收縮率:3.1-5.0%
成型溫度:330-380℃
燒結(jié)條件:最好溫度不要超過385度,不然分子會壞死,影響質(zhì)量。
燒結(jié)工藝:純PTFE 材料的臨界壓力在27.5 MPa 左右, PTFE材料的壓縮強度隨壓制壓力的升高而減小; 壓縮模量隨所壓制壓力的升高而增加。最后確定PTFE 的成型壓力為27.5 MPa 。確定的燒結(jié) 工藝為: 燒結(jié)溫度380℃, 保溫時間4 h , 升溫速度200 ℃下80 ℃/ h , 200℃以上60 ℃/ h , 冷卻速度為隨爐冷卻。
物料性能
1.長期使用溫度-200--260度,有卓越的耐化學(xué)腐蝕性,對所有化學(xué)品都耐腐蝕,摩擦系數(shù)在塑料中最低,還有很好的電性能,其電絕緣性不受溫度影響,有"塑料王"之稱。
2.呈透明或半透明狀態(tài),結(jié)晶度越高,透明性越差。原料多為粉狀樹脂或濃縮分散液,具有極高的分子量,為高結(jié)晶度的熱塑性聚合物。
3.適于制作耐腐蝕件,減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫(yī)療器械零件1 K)
成型性能
1. 結(jié)晶料,吸濕小。
2.流動性差,極易分解,分解時產(chǎn)生腐蝕氣體。宜嚴(yán)格控制成型溫度,模具應(yīng)加熱,澆注系統(tǒng)對料流阻力聚四氟乙烯乙烯制管材應(yīng)小。
3.粉狀樹脂常采用粉末粉末冶金法成型,使用燒結(jié)方法。燒結(jié)溫度360-375度,不可超過410度。乳液樹脂通常用冷擠出再燒結(jié)的工藝加工,可在物品表面形成防腐層。如需要求制品透明性,韌性好,應(yīng)采取快速冷卻。也可采取擠壓成型,可以擠出管、棒、型材。
4.PTFE熔體粘度很高,容體粘度隨剪切應(yīng)力的增大而減小,顯示其非牛頓流體的特性。
5.二次加工,可以熱壓復(fù)合、焊接、粘結(jié)、增強、機械加工等,以制得最終產(chǎn)品。
6.最好用曲線燒結(jié)
第一步在120度進(jìn)行干燥
第二步如填充石墨或二硫化墨在250度要進(jìn)行溫度處理。
第三步在345度處理一次
第四步在375度進(jìn)行處理
第五步降溫不要太快
聚四氟乙烯應(yīng)用
聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型;也可制成水分散液,用于涂層、浸漬或制成纖維。
聚四氟乙烯在原子能、國防、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理、制藥、醫(yī)療、紡織、食品、冶金冶煉等工業(yè)中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料,絕緣材料,防粘涂層等,,使之成為不可取代的產(chǎn)品。
聚四氟乙烯具有杰出的優(yōu)良綜合性能,耐高溫,耐腐蝕、不粘、自潤滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等,一般應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達(dá)、高頻通訊器材、無線電器材等。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結(jié)溫度的填充劑,機械性能可獲得大大的改善,同時保持PTFE其它優(yōu)良性能。填充的品種有玻璃纖維、金屬、金屬化氧化物、石墨、二硫化鉬、碳纖纖、聚酰亞胺、EKONOL…等,耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯管材選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂經(jīng)柱塞擠壓加工制成。在已知塑料中聚四氟乙烯具有最好的耐化學(xué)腐蝕性能及介電性能。聚四氟乙烯編織盤根是一種良好的動密封材料,是由膨體聚四氯乙烯帶條編織而成,具有低摩擦系數(shù)、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、密封性良好、不水解、不變硬等優(yōu)良性能。用于各種介質(zhì)中工作的襯墊密封件和潤滑材料,以及在各種頻率下使用的電絕緣件、電容器介質(zhì)、導(dǎo)線絕緣、電器儀表絕緣等。聚四氟乙烯薄膜適用于作電容器介質(zhì)、特種電纜的絕緣層、導(dǎo)線絕緣、電器儀表絕緣及密封襯墊,還可做不粘帶、密封帶、脫模、密封圈等。 此外,生活中用的不粘鍋的內(nèi)襯也使用聚四氟乙烯制作的,就是利用了聚四氟乙烯耐高溫,不粘的特點。
絕緣類
1.電線電纜的C級絕緣材料;
2.雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子引水管和熱電偶的護(hù)套;
3.高頻、超高頻通訊設(shè)備和雷達(dá)的微波絕緣材料;
4.印刷線路基板及馬達(dá)、變壓器(含氣體變壓器)絕緣材料;
5.空調(diào)、電子爐、各種加熱器及六氟化硫斷路器的絕緣材料
防粘類
1.漿紗機熱輥上的聚四氟乙烯玻璃布包覆層——可免除化學(xué)漿料形成的粘輥現(xiàn)象,大大提高生產(chǎn)速率和坯布質(zhì)量;
2.食品工業(yè)的微波干燥輸送帶——較之其他材料的輸送帶有不吸收微波能量,不粘物因之有節(jié)電、清潔優(yōu)點
3.聚乙烯袋裝封口的熱合套防粘材料;
4.防粘涂層——用于廚房用鍋、烘面包的烤模、冷凍食品儲存托盤、電熨斗托底、復(fù)印機夾輥
耐溫類
1.微波爐的驅(qū)動傳動裝置,如微波爐的連軸器、滾輪;
2.各種制冷機、空調(diào)、制氧機、壓縮機的耐溫配件
3.應(yīng)用于硅原料清洗后烘干時的烘箱托盤,用該材料鋪墊在托盤表面可以避免硅原料與金屬接觸,還能起到耐高溫、防酸堿的效果
聚四氟乙烯微孔膜的類別及應(yīng)用
1.聚四氟乙烯空氣過濾膜:厚度在0.01mm左右,透氣量60-80L/m2.s,具有表面光滑、耐化學(xué)物質(zhì)、透氣不透水、透氣量大、阻燃、耐高溫、抗強酸堿、無毒等特性,廣泛用于化工、鋼鐵、冶金、炭黑、發(fā)電、水泥、垃圾焚燒等各種工業(yè)熔爐的煙氣除塵過濾;
2.聚四氟乙烯凈化過濾膜:厚度在0.02-0.03mm,泡點≥1kg/cm2 ( 5.3m/s 127Pa),廣泛應(yīng)用于制藥、生化、微電子和實驗室耗材等領(lǐng)域;無塵車間、實驗室、通風(fēng)設(shè)備、凈化設(shè)備、醫(yī)療電子等行業(yè)的空氣凈化
3.聚四氟乙烯服裝膜:厚度0.03-0.05mm左右,透濕量≥10000g/m2.24h,靜水壓≧150kPa,廣泛應(yīng)用于運動服裝,防寒服裝,消防、公安、醫(yī)護(hù)、防生化等特種服裝;鞋帽、手套以及睡袋、帳篷等。
4.聚四氟乙烯復(fù)合膜:將溶劑型PU以我司獨有工藝淋膜到PTFE微孔膜表面,形成一種具有親水拒油功能的微孔薄膜。具有耐腐蝕、耐高溫、耐老化、高精度、超微濾等特性。廣泛應(yīng)用于服裝面料、消煙除塵、凈化除菌等領(lǐng)域
國家標(biāo)準(zhǔn)
GB 5477-1985聚四氟乙烯材料命名
GB 7136-1986通用型模壓用聚四氟乙烯樹脂
GB 8329-1987聚四氟乙烯樹脂細(xì)粒模壓粉
GB/T 11990-1989糊狀擠塑用聚四氟乙烯樹脂
GB/T 8329-1987 聚四氟乙烯樹脂細(xì)粒模壓粉
GB/T 10904-1989 填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶
GB/T 10905-2008填充聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶技術(shù)條件
GB/T 13404-2008管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片
GB/T 15700-1995聚四氟乙烯波紋補償器通用技術(shù)條件
GB/T 17737.2-2000 射頻電纜 第2部分:聚四氟乙烯(PTFE)絕緣半硬射頻同軸電纜分規(guī)范
GB 33001-1985聚四氟乙烯管材
GB 33002-1985 聚四氟乙烯板材