高分子材料与工程.doc

聚四氟乙烯1 引言聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，英文缩写为PTFE)，商标名Teflon(特氟龙)，俗称塑料王，是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯是由杜邦公司的Roy Plunkett于1938年意外发现：当他尝试制作新的氯氟碳化合物冷媒时，四氟乙烯在高压储存容器中聚合（容器内壁的铁成为聚合反应的催化剂）。杜邦公司在1941年取得其专利，并于1944年以“Teflon”的名称注册商标。聚四氟乙烯具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了不沾锅和水管内层的理想涂料。由于其独特的优良性质，聚四氟乙烯在原子能、国防、航天、电子、电气、化工、机械、仪器、仪表、建筑、纺织、金属表面处理、制药、医疗、纺织、食品、冶金冶炼等工业中被广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料、绝缘材料、防粘涂层等。2 聚四氟乙烯生产工艺与装备聚四氟乙烯的生产工艺有模压成型、液压成型、推压成型、螺旋挤出成型、柱塞挤出成型以及注射成型、二次加工等，如今聚四氟乙烯的较为先进也较为主流的生产工艺是柱塞冲压式挤出，其装备为柱塞冲压式挤出机。柱塞冲压式挤出机采用双工位式,它是由一根曲轴连接两套曲柄连杆机构,它们再分别带动一个柱塞实现往复运动,这样不仅大大提高了生产效率,而且还降低了制品的成本。柱塞冲压式挤出机主要利用“锻造”原理,通过柱塞的往复运动将物料压入机筒内,在剪切生热及外部热源的作用下使其在机筒内不断熔融,并在压力推动下使其向口模方向前进,最终经口模直接挤出成型的加工方法。柱塞冲压式挤出机采用截面积较小的柱塞,间歇性的将物料推入挤出机机筒内,每次加料量较小。同时柱塞采用较高的运动速度和频率,以使物料在机筒内接近连续流动,同时各段预成型品由于树脂间的相互摩擦以及树脂与机筒壁的摩擦产生的阻力,加上预成型品在口模中烧结时体积膨胀产生的阻力,使多段预成型品在口模出口处实现连续的挤出成型,从而使制品的质量比较均匀,无表面缺陷,产量也相应提高。其工艺流程如下所示：原料干燥螺旋喂料挤压熔融烧结挤出3 聚四氟乙烯产品规格与性能聚四氟乙烯分子式：熔点：327沸点：400 折射率：1.35 密度：2.12.3 g/cm 分解温度：415最高使用温度：250脆化温度：-190聚四氟乙烯是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，是一种类似于聚乙烯的透明或不透明的蜡状物。它的化学结构与聚乙烯相似，只是聚乙烯中的全部氢原子都被氟原子所取代。由于C-F键键能高，性能稳定，因而其耐化学腐蚀性极佳，能够承受除了熔融的碱金属、氟化介质以及高于300的氢氧化钠之外的所有强酸（包括王水），以及强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用；聚四氟乙烯分子中F原子对称，C-F键中两种元素以共价键结合，分子中没有游离的电子，使整个分子呈中性，因此它具有优良的介电性能，而且其电绝缘性不受环境及频率的影响。它的介电损耗小，击穿电压高、耐电弧性好，能在250的电气环境下期工作；因聚四氟乙烯分子结构中没有氢键，结构对称，所以它的结晶度很高（一般结晶度为55%75%，有时高达94%），使聚四氟乙烯耐热性能极好，热变形温度（0.46MPa条件下）为120。聚四氟乙烯的力学性能良好，其拉伸强度为2128MPa，弯曲强度为1114MPa，伸长率为250%300%，对钢的动静摩擦系数均为0.04，比尼龙、聚甲醛、聚酯塑料的摩擦系数都小。4 聚四氟乙烯产品的应用、改性和最新进展（一）应用聚四氟乙烯是塑料中最重的一种。具有使用温度范围广(-250260)、化学稳定性好、介电性能优良、自润滑性及防粘性等一系列独持的性能，所以它的应用范围极广。 在化工方面能用作防腐材料，可制造各种防腐蚀零部件，如管子、阀门、泵及管件接头等。化工设备方面，可制作反应器、蒸馏塔及防腐设备的衬里和涂层。 机械方面，可用作自润滑轴承、活塞环、油封及密封圈等。自润滑性可减少机件磨损和发热，降低动力消耗。 电子电器方面，主要用于制造各种电线电缆、电池电极、电池隔膜、印刷电路板等。 在医用材料中，利用其耐热、耐水、无毒的特性，可用作各种医疗器械及人工脏器的材料。前者如消毒过滤器、烧杯、人工心肺装置，后者如人造血管、心脏及食道等。 聚四氟乙烯与其他塑料相比具有耐化学腐蚀的特点，它已被广泛地应用作为密封材料和填充材料。 聚四氟乙烯用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。分散液可用作各种材料的绝缘浸渍液和金属、玻璃、陶器表面的防腐图层等。各种聚四氟圈、聚四氟垫片、聚四氟盘根等广泛用于各类防腐管道法兰密封。此外，也可以用于抽丝，聚四氟乙烯纤维氟纶（国外商品名为特氟纶）。 目前，各类聚四氟乙烯制品已在化工、机械、电子、电器、军工、航天、环保和桥梁等国民经济领域中起到了举足轻重的作用。 （二）改性尽管聚四氟乙烯具有良好的物化性能，但是也存在一些缺陷，如其机械性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困难等，使其应用受到一定限制。随着我国聚四氟乙烯产能快速增加，加强聚四氟乙烯改性技术研究与应用，开发新型高效的聚四氟乙烯复合材料，已经成为目前国内聚四氟乙烯的研究与发展方向。可以通过增强、填充、复配和共混等多种手段对聚四氟乙烯进行改性，以弥补自身缺陷，主要方法有表面改性、填充改性和共混改性。 1. 表面改性：聚四氟乙烯极低的表面活性和不粘性限制了其与其他复合材料的复合，因此必须对聚四氟乙烯材料进行一定的表面改性，以提高其表面活性，常用技术有钠-萘络合物化学改性、高温熔融改性、高能辐射接枝改性、准分子激光处理、离子束注入改性、等离子体改性。2. 填充改性：目前填充聚四氟乙烯制品是产量最大的聚四氟乙烯树脂产品，通过在聚四氟乙烯树脂填充无机类、金属类和有机高聚物类等不同填料来改善聚四氟乙烯的耐压性、耐磨性和冷却性。这些填料要求能经受住聚四氟乙烯的烧结温度、不与聚四氟乙烯反应、另外具有一定粒度并能改善聚四氟乙烯的一些物化性能。值得注意的是，在国外，聚四氟乙烯填充技术都是由聚四氟乙烯树脂生产厂家完成，而我国则都是由加工生产企业来完成。 3. 共混改性：利用聚四氟乙烯优异性能对其它工程塑料进行共混改性，可以综合共混各组分的长处，实现了优势互补，使通用工程塑料功能化，从而拓宽了工程塑料的应用领域。然而，聚四氟乙烯的表面能极低，润湿性差，属于高惰性材料，与绝大多数聚合物的相容性都很差，所以，在进行共混改性前必须进行适当的表面处理，或在改性过程中添加适当的特定成份以改善聚四氟乙烯与其它聚合物的相容性。主要应用有：PTFE改性聚甲醛、PTFE改性聚醚醚酮、PTFE改性聚间苯二甲酰间苯二胺、PTFE改性聚苯硫醚、PTFE改性聚酰胺、PTFE改性聚酰亚胺、PTFE改性线型低密度聚乙烯。（3） 最新进展现如今聚四氟乙烯的应用领域仍十分广泛，其价格现阶段比较稳定但与以前相比有所下降。5 总结我最早听说过聚四氟乙烯这种材料