聚四氟乙烯论文

1、聚四氟乙烯(PTFE)介绍及应用摘要：选择聚四氟乙烯(PTFE)为论述对象，概述了聚四氟乙烯的特性和相关的成型加工技术，综述了目前聚四氟乙烯材料的进展，并简述了聚四氟乙烯材料的应用现状，最后还对聚四氟乙烯材料的发展方向及其应用前景进行了展望。关键词：聚四氟乙烯、加工、改进、应用、发展聚四氟乙烯介绍聚四氟乙烯（英文缩写为Teflon或PTFE,F4）,被美誉为/俗称“HYPERLINK /view/1088061.htm t _blank 塑料王”，中文商品名“HYPERLINK /view/1195810.htm t _blank 铁氟龙”、“HYPERLINK /view/270464.ht

2、m t _blank 特氟隆”（teflon)、“HYPERLINK /view/140542.htm t _blank 特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性(是当今世界上耐HYPERLINK /view/31398.htm t _blank 腐蚀性能最佳材料之一，除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在HYPERLINK /view/8876.htm t _blank 王水中煮沸也不起变化，广泛应用于各种需要抗HYPERLINK /view/2006249.htm t _blank 酸碱和有机溶剂的)、密封性、高润滑

3、不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力、耐温优异（能在+250至-180的温度下长期工作）。聚四氟乙烯它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。 温度 -20250（-4482F），允许骤冷骤热，或冷热交替操作。 压力 -0.16.4Mpa（全负压至64kgf/cm2）（Full vacuum to 64kgf/cm2） 它的产生解决了我国HYPERLINK /view/69802.htm t _blank 化工、HYPERLINK /view/16263.htm t _blank 石油、制药等领域的许多问题。聚四氟乙烯密封件、垫圈、HYPER

4、LINK /view/237494.htm t _blank 垫片. 聚四氟乙烯密封件、垫片、密封垫圈是选用悬浮聚合聚四氟乙烯HYPERLINK /view/13878.htm t _blank 树脂模塑加工制成。聚四氟乙烯与其他塑料相比具有耐化学腐蚀与的特点，它已被广泛地应用作为密封材料和填充材料。 用作工程塑料，可制成HYPERLINK /view/1298051.htm t _blank 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HYPERLINK /view/1457.htm t _blank 雷达、高频通讯器材、无线电器材等。分散液可用

5、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，HYPERLINK /view/1248866.htm t _blank 聚四氟乙烯纤维HYPERLINK /view/447015.htm t _blank 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、HYPERLINK /view/15257.htm t _blank 机械、HYPERLINK /view/3476.htm t _blank 电子、HYPERLINK /view/174975.htm t _blank 电器、

6、HYPERLINK /view/1395936.htm t _blank 军工、HYPERLINK /view/19332.htm t _blank 航天、HYPERLINK /view/13704.htm t _blank 环保和HYPERLINK /view/113819.htm t _blank 桥梁等国民经济领域中起到了举足轻重的作用。 聚四氟乙烯(HYPERLINK /view/683150.htm t _blank PTFE)使用条件行业 化工、石化、炼油、氯碱、制酸、磷肥、制药、农药、化纤、染化、焦化、煤气、有机合成、有色冶炼、钢铁、原子能及高纯产品生产（如离子膜电解），粘稠物料

7、输送与操作，卫生要求高度严格的食品、饮料等加工生产部门。 使用优点耐高温使用工作温度达250。 耐低温具有良好的机械韧性；即使温度下降到-196，也可保持5%的伸长率。 耐腐蚀对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。 耐气候有塑料中最佳的老化寿命。 高润滑是固体材料中摩擦系数最低者。 不粘附是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。 无毒害具有生理惰性，作为HYPERLINK /view/556239.htm t _blank 人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。 聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而

8、聚乙烯仅在103）。一般结晶度为9095，熔融温度为327342。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19时，形成136螺旋；在19发生相变，分子稍微解开，形成157螺旋。 虽然在HYPERLINK /view/963490.htm t _blank 全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJmol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高

9、温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420时的失重速率（）每小时分别为110-4、410-3和910-2。可见，聚四氟乙烯可在 260长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。 化学性质耐大气老化性：耐辐照性能和较低的渗透性：长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。 不燃性：限氧指数在90以下。 耐酸碱性：不溶于强酸、强碱和有机溶剂。 抗氧化性：能耐强氧化剂的腐蚀。 酸碱性：呈中性。 物理性质密度：2.12.3 g/cm 聚四氟乙烯的机械性质较软。具有非常低的表面能。 聚四氟乙烯(F4,PTFE

10、)具有一系列优良的使用性能:耐高温长期使用温度200260度，耐低温在-100度时仍柔软；耐腐蚀能耐王水和一切有机溶剂；耐气候塑料中最佳的老化寿命；高润滑具有塑料中最小的摩擦系数（0.04）；不粘性具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料。聚四氟乙烯材料，广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。力学性能它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的15，这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。 聚四氟乙烯在-196260的较广温度范围内均保持优良的力学性能，全氟碳高分子的特

11、点之一是在低温不变脆。 耐化学腐蚀和耐候性除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300以上稍溶于全烷烃（约0.1g100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。 电性能聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。 耐辐射性能聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。 聚合聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅

12、拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度。聚合一般在4080，326千克力厘米2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。 膨胀系数（25250）101210-5/ 聚四氟乙烯制品成型方法汇总1、HYPERLINK /view/446120.htm t _blank 模压法 HYPERLINK /image/d35a10f496c39e2cddc474fd t _blank o 查看图片 聚四氟乙烯力学性 2、推压法 3、皮囊法 4、喷涂法 5、编织法 6、缠

13、绕法 7、滚压法 8、挤压法 9、粘接法 10、焊接法 11、热定型法 12、机加工法 聚四氟乙烯烧结工艺成型收缩率:3.1-5.0% 成型温度：330-380 烧结条件：最好温度不要超过385度，不然分子会坏死，影响质量。 物料性能1、长期使用温度-200-260度，有卓越的耐化学腐蚀性，对所有化学品都耐腐蚀，摩擦系数在塑料中最低， HYPERLINK /image/504ec7f9d03f531b252df2fc t _blank o 查看图片 聚四氟乙烯耐气候 2、还有很好的电性能，其电绝缘性不受温度影响，有“塑料王”之称。 3、呈透明或半透明状态，结晶度越高，透明性越差。原料多为粉状树

14、脂或浓缩分散液，具有极高的分子量，为高结晶度的热塑性聚合物。 4、适于制作耐腐蚀件，减磨耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件1 K) 成型性能1. 结晶料,吸湿小. 2.流动性差，极易分解，分解时产生腐蚀气体。宜严格控制成型温度，模具应加热，浇注系统对料流阻力 HYPERLINK /image/b3f6cea225e702efcbefd0f2 t _blank o 查看图片 聚四氟乙烯乙烯制管材应小。 3.粉状树脂常采用粉末粉末冶金法成型，使用烧结方法。烧结温度360-375度，不可超过410度。 乳液树脂通常用冷挤出再烧结的工艺加工，可在物品表面形成防腐层。如需要求制品透明性，韧性好，应采取

15、快速冷却。也可采取挤压成型，可以挤出管、棒、型材。 4、PTFE熔体粘度很高，容体粘度随剪切应力的增大而减小，显示其非牛顿流体的特性。 5、二次加工，可以热压复合、焊接、粘结、增强、机械加工等，以制得最终产品。 6、最好用曲线烧结第一步在120度进行干燥 第二步如填充石墨或二流化墨在250度要进行温度处理。 3、第三步在345度处理一次 4、第四步在375度进行处理 5、第五步降温不要太快 聚四氟乙烯应用氧化丙烯橡胶与聚四氟乙烯的共混胶氧化丙烯橡胶(SKPO)为氧化丙烯与烷基甘油酯(2% 5%)的共聚物。它优异的耐寒性(Tg= 74 )、高强度、耐臭氧及耐热性使其特别适用于严寒地区的石油部门。

16、在俄罗斯已批量生产的 SKPO 是一种新型橡胶，故对它进行研究有一定的现实意义。为了拓宽丁腈橡胶的使用温度范围，曾将 SK-PO 生胶与丁腈橡胶 SKN-40 共混。结果表明，用 25 份 SKPO 代替 SKN-40 会使橡胶强度降低20% 、伸长率及撕裂强度下降 40% 50% ，耐溶胀性能下降 2/3，但耐热老化性能显著提高，并能提高高丙烯腈含量的丁腈橡胶的耐寒性。但总的说来，这种橡胶的耐寒性能并不高(T脆= 27)，因而不能用于生产严寒地区所需的橡胶制品。到目前为止，尚未制造出丁腈橡胶与 SKPO 并用的既耐寒又耐烷烃介质的橡胶。该研究将 SKPO 与聚四氟乙烯进行了并用。聚四氟乙烯(

17、-4)具有优异的耐腐蚀性能，同时又具有高耐热性、低摩擦系数及高摩擦技术特性。聚四氟乙烯为结晶聚合物，晶粒融点为 327，无定形区段的玻璃化温度为 100 到 120。它甚至在液氦温度 269. 3 下也不变脆。在 196 + 250 温度范围内能正常工作。聚四氟乙烯优异的性能是由于其结构特点所决定的。此种全氟聚合物具有螺旋形状，其中的氟原子将碳-碳键屏蔽，从而使聚四氟乙烯在任何有机及无机溶剂中都很稳定。将聚四氟乙烯与 SKPO 橡胶共混可以在共混物表面生成聚四氟乙烯富集的微区，从而改变了橡胶的表面性能(如耐油性及耐磨性等)。将品牌号为-4的聚四氟乙烯加入 SKPO胶料中，用量为 5 20 份，

18、胶料在 Braberder PL-2200-3 塑炼机上制备。按标准方法的规定测定了橡胶的技术特性，用动态力学分析仪 Pyris Diamond DMA(Seiko Instruments Inc. ) 及扫描电子显微镜Philips XL 30 研究了所得橡胶的结构。表 1 列出了试样的力学性能。从表中可看出，随氟塑料含量的增加，100%定伸应力增大。例如，SKPO 橡胶中加 20 份聚四氟乙烯的并用胶，该指标与原始 SKPO 相比，要高出 0. 6 倍。拉伸强度则变化不大。添加 20 份氟塑料的并用胶效果最好，此时，溶胀度降低了 14%，压缩永久变形都小于 SKPO。含聚四氟乙烯的 SKP

19、O 并用胶的耐磨性随聚四氟乙烯量的增加而显著提高(见图 1)。在聚四氟乙烯含量为 20 份时，磨耗最低，比原始试样要低 50%。看来，由于聚四氟乙烯与SKPO橡胶是热力学非互溶体系，它的低表面张力和低表面能使其分布在试样的整体和表面，且很大部分集中在表面。氟塑料的低摩擦系数可使共混胶的耐磨性大大提高。把聚四氟乙烯加入 SKPO 中，使胶料的高弹性降低，橡胶变硬。含聚四氟乙烯的 SKPO橡胶的低温性能虽低于原橡胶，但仍能满足密封制品的要求，在 50 及 20 时的耐寒系数分别为 0. 38 及 0. 63(见表 1)。而常用于制造密封制品的丁腈橡胶NS-18(B-14)的耐寒系数低于 0. 3，

20、在烷烃介质中，由于增塑剂被抽出，则降至为 0。动态性能研究表明，SKPO 橡胶的关系曲线图上只有一个最大值(见图 2)，而聚四氟乙烯与 SKPO 共混胶的谱图上有两个最大值(见图 3)，其中一个(在温度为负值时)与 SKPO 有关;另一个(在 +27. 5 +30. 3)则与氟塑料的相转变有关。众所周知，当温度高于相转变温度时，聚四氟乙烯的三斜晶排列转变为低有序的六方形排列。一般说来，在 tg T 损耗曲线上的两个最大峰值与聚合物的两相体系有关，峰值大小则与聚合物在胶料中的含量有关，因此，随胶料中聚四氟乙烯含量的增加，聚四氟乙烯峰值的大小及峰的面积将增加，而 tg 值则会减小(见表 2，图 3

21、)。含少量聚四氟乙烯的橡胶 SKPO 相的 Tg明显向低温区转移。看来，这与组分有不同的热膨胀系数及大分子松散排列有关，当聚四氟乙烯含量由 10份增至 20 份时，热塑性相的作用增加，使 SKPO 大分子的活动性降低，而使橡胶的玻璃化温度 Tg增高(见表2)。 图 4 为填充炭黑的 SKPO 橡胶的电镜照片，含 SKPO 胶与氟塑料(20 份)的炭黑填充胶的电镜照片中，能明显观察到聚四氟乙烯颗粒(见图 5)。工业生产中聚四氟乙烯系使用水乳液聚合。未干的聚四氟乙烯(粉末状)的结晶度为 95% 98%，将聚四氟乙烯加工成制品的温度为 370(最大结晶速率在 310 315)，而胶料的硫化温度不高于

22、 150，故聚四氟乙烯的原来的粒径为 50 100 m 的结构在SK-PO 与其并用的橡胶中仍然保持原状。颗粒状规整并均匀地分布于 SKPO 橡胶基体中。两相即弹性体相及聚四氟乙烯相彼此独立存在。相间作用微弱使它们在整体及表面上都分离开来，从而使磨耗性能及耐油性能得到根本改善。综上所述，若调整加入 SKPO 橡胶中聚四氟乙烯的用量，是可在一定范围内改善所制得的共混胶的使用性能。在所研究的弹性体材料中，含 20 份聚四氟乙烯的橡胶具有最好的综合性能指标。所制得的此种复合材料可用于生产在严酷气候条件下使用的耐寒耐油及耐磨的密封件。2、聚酰亚胺/聚四氟乙烯复合滤料的发泡涂层聚酰亚胺(P84)纤维 /

23、聚四氟乙烯(PTFE)纤维复合滤料是一种新型的过滤材料，广泛应用于高温烟气过滤领域，但由于聚酰亚胺纤维耐酸、耐碱性较差，限制了 P84 /PTFE 复合滤料的应用领域，如何提 高 其 耐 腐 蚀 性 已 成 为 研 究 人 员 关 注 的课题。涂层织物是在织物表面覆盖一层高分子涂层剂或其他材料制成的复合材料，这种材料不仅具有织物原有的性能，而且增加了涂层的性能与功能。泡沫涂层法在民用纺织品的加工中应用非常广泛，但在产业用非织造布上的应用鲜见报道。以聚四氟乙烯乳液为涂层剂主要原料，并添加一定比例的增稠剂、发泡剂，通过泡沫法将涂层剂均匀涂敷在P84 / PTFE 复合滤料表面，有效改善了滤料的耐化

24、学性能及高温尺寸稳定性。该复合滤料可广泛应用于燃煤电厂烟气过滤、垃圾焚烧尾气治理及高温烟气治理相关领域，具有显著的经济、社会效益和环保性。实验部分1.1 主要原料聚酰亚胺纤维(INSPEC FIBRES GMBH);聚四氟乙烯纤维(常州中澳兴诚高分子材料有限公司);聚四氟乙烯乳液(中昊晨光化工研究院);发泡剂 SBL FORMER(拓纳化学公司);增稠剂 XTP(拓纳化学公司)。1.2 主要仪器XPert Pro MPD 型 X 射线粉末衍射仪 ( XRD，荷兰帕纳科公司);STA449C 型热分析系统 同步热分析仪(德国 NETZSCH);DXS-10ACRT 型环境扫描电镜(ESEM，上海

25、田京电子光学技术有限公司)。1. 3 P84 / PTFE 复合滤料制备以 P84 纤维和 PTFE 纤维为主要原料，经复合、开松、梳理、针刺、热定型、烧毛压光等工艺制备复合滤料。1.4 涂层复合滤料制备采用聚四氟乙烯乳液为主要原料，添加一定比例的增稠剂、发泡剂等助剂，配制成涂层剂。将涂层剂导入泡沫发生器，通过控制系统控制发泡比和泡沫大小，用泡沫施加装置(见图 1)使泡沫均匀地涂敷在复合滤料表面，然后送入高温烘箱进行烘焙，冷却即制得样品。（2）结果与讨论2. 1 复合滤料表面涂层前后 XRD 分析P84 / PTFE 复合滤料涂层前后的 XRD 谱图见图 2。由图可知，与未涂层复合滤料相比，涂

26、层复合滤料在 2 为 21处的衍射峰强度有明显增强，此峰为 PTFE 的结晶特征峰。由此可判定，PTFE 乳液经发泡涂层后已成功附着在滤料表面，表明涂层方得当，为改善滤料的性能奠定了基础。2. 2 复合滤料的耐热性与尺寸稳定性分析2. 2. 1 高温烘焙下的强度保持率表 1 示出 260 时 P84 /PTFE 复合滤料的耐热性能。可知，涂层前后复合滤料的耐热性基本保持不变，且在260 下放置1 200 h，其强力保持率仍达80% 以上，说明本产品具有优异的耐热性能。2. 2. 2 DSC 与 TG 分析为进一步说明涂层处理并未降低原复合滤料的耐热性能，分别将涂层前后的样品进行 DSC 与 T

27、G测试，测试条件为升温速率10 /min，温度范围从室温至 700 ，结果如图 3、4 所示。由图 3、4 可知，复合滤料涂层前后的差热 DSC曲线与 TG 曲线基本重合，进一步表明涂层处理并未降低复合滤料的热稳定性。2. 2. 3 不同温度下的热收缩率图 5 示出不同温度下样品的热收缩性能。结果表明，经聚四氟乙烯发泡涂层处理后复合滤料的热收缩性得到明显改善。这是由于涂层后，纤维之间的缠结与抱合度有所增强，在高温环境下，纤维不易滑动，从而提高滤料的尺寸稳定性。2. 2. 4 复合滤料表面形貌观察P84 / PTFE 复合滤料的扫描电镜图如图 6 所示。复合滤料经聚四氟乙烯发泡涂层处理后，在其表

28、面形成一层均匀的聚四氟乙烯多孔层，有效保护了耐化学性能较差的 P84 纤维，同时改善产品的表面性能，且对滤料表面进行了“微孔化”。2. 2. 5 复合滤料耐化学性能图 7、8 示出复合滤料的耐化学性能。由图可看出，P84 /PTFE 复合滤料经聚四氟乙烯发泡涂层处理后耐化学性能明显提高。耐酸性方面，在90 经质量分数为 80% 的硫酸浸渍24 h后，其强度保持率仍在 80% 以上;耐碱性方面，在90 经质量分数为10% 的 NaOH 浸泡 168 h 后，强度保持率在 75% 以上。说明经发泡涂层处理后，P84 /PTFE 复合滤料的耐酸、耐碱性都有明显提高，达到了预期效果。3 结 论采用泡沫

29、涂层法，对聚酰亚胺纤维 /聚四氟乙烯纤维复合滤料表面进行聚四氟乙烯涂层处理。结果表明，聚四氟乙烯乳液经发泡涂层后均匀附着在复合滤料表面，经涂层处理后的复合滤料仍保持原有的良好耐热性，且其尺寸稳定性、耐酸及耐碱性均有明显的提高，可拓宽该复合滤料的应用领域，值得推广与应用。参考文献：【1】张小良，沈恒根. 高温烟气除尘用纤维滤料研究进展J. 中国安全生产科学技术，2009，5(5): 13 17.ZHANG Xiaoliang，SHEN Henggen. Technologydevelopm ent of filtration fibrous materials in hot gas-solid

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