聚四氟乙烯

聚四氟乙烯

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,簡寫為teflon,一般稱作不粘塗層或易清潔物料。這種材料具有抗酸抗鹼、抗各種有機溶劑的特點,幾乎不溶於所有的溶劑。同時,聚四氟乙烯具有耐高溫的特點,它的摩擦係數極低,所以可作潤滑作用之餘,亦成為了易清潔水管內層的理想塗料。它的產生解決了化工、石油、製藥等領域的許多問題。聚四氟乙烯密封件、墊圈、墊片。聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂模塑加工製成。聚四氟乙烯與其他塑膠相比具有耐化學腐蝕的特點,它已被廣泛地套用作為密封材料和填充材料。

基本信息

簡介

聚四氟乙烯聚四氟乙烯
聚四氟乙烯,英文名稱:Polytetrafluoroethylene,簡稱PTFE或F4。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。聚四氟乙烯(Teflon或PTFE),俗稱“塑膠王”,是美國杜邦公司彭勵格(RoyJosephPlunkett)博士於1938年發明的,杜邦公司在1945年註冊了Teflon®(特富龍®)商標並商業化生產。
聚四氟乙烯具有傑出的優良綜合性能,耐高溫,耐腐蝕、不粘、自潤滑、優良的介電性能、很低的摩擦係數。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結溫度的填充劑,它的機械性能可獲得大大的改善。同時,保持PTFE其它優良性能。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、聚醯亞胺、EKONOL等,耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。

分子結構

圖示圖示
聚四氟乙烯的化學結構是把聚乙烯中全部氫原子取代而成。它的分子式如圖示:

PTFE分子中F原子把C-C鍵遮蓋起來而且C-F鍵鍵能高特別穩定,除金屬與氟元素外它不被任何化學藥品侵蝕。

PTFE分子中F原子對稱,C-F中兩種元素共價相結合,分子中沒有游離的電子,整個分子呈中性。使PTFE具有優良的介電性能。由於PTFE分子外有一層惰性的含氟外殼,使它具有突出的不粘性能與低的摩擦係數

物理性質

聚四氟乙烯的機械性質較軟。具有非常低的表面能

聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列優良的使用性能:

耐高溫—長期使用溫度200~260度,耐低溫—在-200度時仍柔軟;

耐腐蝕—能耐王水和一切有機溶劑;耐氣候—塑膠中最佳的老化壽命;

高潤滑—具有塑膠中最小的摩擦係數(0.04),僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特徵;

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;無毒害—具有生理惰性;

優異的電氣性能,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,

聚四氟乙烯相對分子質量較大,低的為數十萬,高的達一千萬以上,一般為數百萬(聚合度在104數量級,而聚乙烯僅在103)。一般結晶度為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,由於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,而是形成一個螺鏇狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結構解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低於19℃時,形成13/6螺鏇;在19℃發生相變,分子稍微解開,形成15/7螺鏇。

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。可見,聚四氟乙烯可在260℃長期使用。由於高溫裂解時還產生劇毒的副產物氟光氣和全氟異丁烯等,所以要特別注意安全防護並防止聚四氟乙烯接觸明火。

原料性能

密度:2.1–2.3g/cm3;
聚四氟乙烯的機械性質較軟。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列優良的使用性能: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—塑膠中最佳的老化壽命;高潤滑—具有塑膠中最小的摩擦係數(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;無毒害—具有生理惰性;優異的電氣性能,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,廣泛套用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學工業等重要部門。產品:聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結構式為:CF3(CF2CF2)nCF3。20世紀30年代末期發現,40年代投入工業生產。性質聚四氟乙烯相對分子質量較大,低的為數十萬,高的達一千萬以上。
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。可見,聚四氟乙烯可在260℃長期使用。由於高溫裂解時還產生劇毒的副產物氟光氣和全氟異丁烯等,所以要特別注意安全防護並防止聚四氟乙烯接觸明火。
力學性能
它的摩擦係數極小,僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特徵。又由於氟-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℃的較廣溫度範圍內均保持優良的力學性能,全氟碳高分子的特點之一是在低溫不變脆。
PTFE密度較大,為2.14一2.20g/cm3,幾乎不吸水,平衡吸水率小於0.01%。
聚四氟乙烯是典型的軟而弱聚合物,大分子間的相互引力較小,剛度、硬度、強度都較小,在應力長期作用下會變形。
聚四氟乙烯受載時容易出現蠕變現象,是典型的具有冷流性的塑膠。PTFE的蠕變隨壓縮應力、溫度和結晶度的不同而異,溫度越高則蠕變越大。PTFE的結晶度在55%一80%之間,蠕變數不超過2%;當結晶度在55%以下和80%以上時,蠕變數迅速增大。
聚四氟乙烯力學性能方面優異的特性是摩擦因數小,在0.01一0.10之間,在現有塑膠材料,乃至所有工程材料中最小。
PTFE的摩擦因數隨滑動速率的增大而增大,當線速度達到0.5一1.0m/s以上時趨於穩定;而且靜摩擦因數小於動摩擦因數,將這種特性用於軸承製造,可減小其起動阻力,使之從起動到運轉都十分平穩。PTFE的摩擦因數隨隨載荷增加而減小,當載荷達到0.8MPa以上時趨於恆定。在高速、高載荷下,PTFE的摩擦因數低於0.01。從超低溫到PTFE熔點,
其摩擦因數幾乎不變,只有在表面溫度高於熔點時,摩擦因數為才急劇增大。
由於分子間引力小,PTFE的硬度低,易被其他材料磨損。但是,只要對磨材料表面粗糙度合適,可在相當程度上降低PTEF的磨損量。
耐候性
聚四氟乙烯具有極高的耐化學腐蝕性能,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,也幾乎不溶於絕大多數的溶劑,只在300℃以上稍溶於全烷烴(約0.1g/100g)。聚四氟乙烯不吸潮,不燃,對氧、紫外線均極穩定,所以具有優異的耐候性。
值得注意的是,聚四氟乙烯不能耐受極強的還原氛圍
熔融的鹼金屬,氨鹼溶液(鹼金屬溶於液氨),某些氟化物(如TFA),萘鈉鹽等均可以迅速腐蝕聚四氟乙烯製品
電性能
聚四氟乙烯在較寬頻率範圍內的介電常數和介電損耗都很低,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),受高能輻射後引起降解,高分子的電性能和力學性能均明顯下降。
聚合
聚四氟乙烯由四氟乙烯經自由基聚合而生成。工業上的聚合反應是在大量水存在下攪拌進行的,用以分散反應熱,並便於控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2壓力下進行,可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發劑,也可以用氧化還原引發體系。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。
膨脹係數
(25~250℃)10~12×10-5/℃

用途

用途一:可用於棒、管、板、電纜料、生料帶等材料的製作,經二次加工還可製成薄板、薄膜及各種異型製品,還可用作潤滑劑、稠化劑。
用途二:可作為塑膠、橡膠塗料、油墨、潤滑油、潤滑脂等的添加劑。
用途三:可推壓成型製成薄壁管、細棒材、異型棒材、電線電纜絕緣層、滾壓成薄帶作管道絲扣密封材料。
用途四:用於機械、電子、化工等工業,用於噴塗、浸漬等。
用途五:用於制浸漬塗料。
用途六:可製成棒、板、管材、薄膜及各種異型製品,用於航天、化工、電子、機械、醫藥等領域。
用途七:可製成高絕緣性電器零件、耐高頻電線電纜包皮、耐腐蝕化學器皿、耐高寒輸油管、人工器官等
用途八:用於電池、纖維布等。
用途九:可制薄膜、管板棒、軸承、墊圈、閥門及化工管道、管件、設備容器襯裡等,用於電器、化工航空、機械等領域。
用途十:主要用於電氣工業,在航天、航空、電子、儀表、計算機等工業中用作電源和信號線的絕緣層、耐腐。

用途十一:用於電氣工業,在航天、航空、電子、儀表、計算機等工業中用作電源和信號線的絕緣層、耐腐、耐磨材料可制薄膜、管板棒、軸承、墊圈、閥門及化工管道、管件、設備容器襯裡等

成型方法

1.模壓法 

2.推壓法

3.皮囊

4.噴塗法

5.編織

6.纏繞法

7.滾壓法

8.擠壓法

9.粘接法

10.焊接

11.熱定型法

12.機加工法

聚四氟乙烯燒結工藝成型收縮率:3.1-5.0%
成型溫度:330-380℃
燒結條件:最好溫度不要超過385度,不然分子會壞死,影響質量。
物料性能
長期使用溫度-200--260度,有卓越的耐化學腐蝕性,對所有化學品都耐腐蝕,摩擦係數在塑膠中最低。

化學性質

聚四氟乙烯聚四氟乙烯抗氧化性

絕緣性:不受環境及頻率的影響,體積電阻可達1018歐姆•厘米,介質損耗小,擊穿電壓高。
耐高低溫性:對溫度的影響變化不大,溫域範圍廣,可使用溫度-190~260℃。
自潤滑性:具有塑膠中最小的摩擦係數,是理想的無油潤滑材料。
表面不粘性:已知的固體材料都不能粘附在表面上,是一種表面能最小的固體材料。
耐大氣老化性,耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露於大氣中,表面及性能保持不變。

不燃性:限氧指數在90以下。

儲運方法

聚四氟乙烯性質穩定,但也應注意杜絕高溫,特別是避免接觸明火,因其在400℃以上會分解出有毒氣體。

填充產品

通用材料

各種棒、管、板膜、帶、繩、盤根、墊片,及用石墨二硫化鉬三氧化二鋁、玻纖、碳纖維作為填充物,來提高純聚四氟乙烯力學性能。

防腐類

1.管道及配件:純聚四氟乙烯管;聚四氟乙烯內襯管;外纏玻鋼鋼管;鋼複合法蘭 

2.化工容器內襯:聚四氟乙烯內襯釜;聚四氟乙烯內襯槽;聚四氟乙烯內襯塔;

3.熱交換器

4.波紋伸縮管

5.閥門及泵的主要部件

6.鋼絲增強滿壓軟管

7.過濾材料。

聚四氟乙烯膜經過縱橫雙向拉伸內大量氣孔,是一種新材料,將它與其他織物複合,即可製成煙塵固相防腐過濾袋或良好的防水透氣、防風得暖的雨具運動服、防寒服、特種防護服和輕便帳篷,製藥用空氣壓縮空氣、各種溶劑的無菌過濾及電子工業中高純氣體的過濾。

密封類

1.靜密封:夾層墊片;坐料帶;彈性密封帶;

2.動密封(編制盤根、環形密封件):V型密封體——用於軸、活塞桿、閥門;渦輪泵內密封件;聚四氟乙烯與橡膠的複合密封環;帶波紋管可伸縮的機械密封。

承荷類

1.填充聚四氟乙烯軸承,用於食品化工造紙、紡織機械 

2.多孔銅浸漬氟塑膠金屬軸承,可在高溫高壓乾摩擦、真空條件下正常使用;聚四氟乙烯抗氧化性

3.聚四氟乙烯纖維軸承的聚四氟乙烯纖維與玻纖或其他纖維混紡的複合織物製成的軸承內襯,用於低速高負荷;

4.填充聚四氟乙烯活塞環,導向環,工具機導軌和橋樑滑塊

絕緣類

1.電線電纜的C級絕緣材料;

2.雙水內冷汽輪發電機定子和轉子引水管和熱電偶的護套;

3.高頻、超高頻通訊設備和雷達的微波絕緣材料;

4.印刷線路基板及馬達、變壓器(含氣體變壓器)絕緣材料;

5.空調、電子爐、各種加熱器及六氟化硫斷路器的絕緣材料

防粘類

不溶於強酸、強鹼和有機溶劑不溶於強酸、強鹼和有機溶劑
1.漿紗機熱輥上的聚四氟乙烯玻璃布包覆層——可免除化學漿料形成的粘輥現象,大大提高生產速率和坯不溶於強酸、強鹼和有機溶劑
2.食品工業的微波乾燥輸送帶——較之其他材料的輸送帶有不吸收微波能量,不粘物因之有節電、清潔優點

3.聚乙烯袋裝封口的熱合套防粘材料;

4.防粘塗層——用於廚房用鍋、烘麵包的烤模、冷凍食品儲存托盤、電熨斗托底、複印機夾輥

耐溫類

1.微波爐的驅動傳動裝置,如微波爐的連軸器、滾輪;

2.各種制冷機、空調、制氧機、壓縮機的耐溫配件

3.套用於矽原料清洗後烘乾時的烘箱托盤,用該材料鋪墊在托盤表面可以避免矽原料與金屬接觸,還能起到耐高溫、防酸鹼的效果

其他類

1.人體代用動脈靜脈血管、心臟膜

2.內窺鏡、鉗導管,氣管;

3.其他管、瓶、濾布等醫療器材。

聚四氟乙烯微孔膜的類別及套用

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、耐化學物質、透氣不透水、透氣量大、阻燃、耐高溫、抗強酸鹼、無毒等特性,廣泛用於化工、鋼鐵、冶金、炭黑、發電、水泥、垃圾焚燒等各種工業熔爐的煙氣除塵過濾;

2.聚四氟乙烯淨化過濾膜:厚度在0.02-0.03mm,泡點≥1kg/cm2(5.3m/s127Pa),廣泛套用於製藥、生化、微電子和實驗室耗材等領域;無塵車間、實驗室、通風設備、淨化設備、醫療電子等行業的空氣淨化;

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,廣泛套用於運動服裝,防寒服裝,消防、公安、醫護、防生化等特種服裝;鞋帽、手套以及睡袋、帳篷等。

4.聚四氟乙烯複合膜: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。廣泛套用於服裝面料、消煙除塵、淨化除菌等領域。

套用

聚四氟乙烯聚四氟乙烯乙烯制管材

PTFE獨特的性能使其在化工、石油、紡織、食品、造紙、醫學、電子和機械等工業和海洋作業領域都有著廣泛的套用。

1、防腐蝕性能的套用

由於橡膠、玻璃、金屬合金等材料在耐腐蝕方面存在缺陷,難以滿足條件苛刻的溫度、壓力和化學介質共存的環境,由此造成的損失相當驚人。而PTFE材料以其卓越的耐腐蝕性能,業已成為石油、化工、紡織等行業的主要耐腐蝕材料。其具體套用包括:輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管,軋鋼機高壓油管,飛機液壓系統和冷壓系統的高中低壓管道,精餾塔、熱交換器,釜、塔、槽的襯裡,閥門等化工設備。

密封件的性能好壞對整個機器設備的效率與性能都有很大的影響。PTFE材料具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦係數及不粘性、耐溫範圍廣、彈性好的特性使其非常適合套用於製造耐腐蝕要求高,使用溫度高於100℃的密封件。如機器、熱交換器、高壓容器、大直徑容器、閥門、泵的槽形法蘭的密封件,玻璃反應鍋、平面法蘭、大直徑法蘭的密封件,軸、活塞桿、閥門桿、蝸輪泵、拉桿的密封件等等。

2、低摩擦性能在載荷方面的套用

由於有的設備的摩擦部分不宜加油潤滑,比如在潤滑油脂會被溶劑溶解而失效的場合或者造紙、製藥、食品、紡織等工業領域的產品需要避免潤滑油沾污,這就使填充PTFE材料成為機械設備零件無油潤滑(直接承受載荷)的最理想材料。這是因為該材料的摩擦係數是已知固體材料中最低的。其具體用途包括用於化工設備、造紙機械、農業機械的軸承,用作活塞環、工具機導軌、導向環;在土木建築工程廣泛用作橋樑、隧道、鋼結構屋架、大型化工管道、貯槽的支承滑塊,以及用作橋樑支座和架橋轉體等。

3、在電子電氣方面的套用

PTFE材料固有的低損耗與小介電常數使其可做成漆包線,以用於微型電機、熱電偶、控制裝置等;PTFE薄膜是製造電容器、無線電絕緣襯墊、絕緣電纜、馬達及變壓器的理想絕緣材料,也是航空航天等工業電子部件不可缺少的材料之一;利用氟塑膠薄膜對氧氣透過性大,而對水蒸汽的透過性小的這種選擇透過性,可製造氧氣感測器;利用氟塑膠在高溫、高壓下發生極向電荷偏離現象的特性,可製造麥克風揚聲器、機器人上的零件等;利用其低折射率的特性,可製造光導纖維。

4、在醫療醫藥方面的套用

膨體PTFE材料是純惰性的,具有非常強的生物適應性,不會引起機體的排斥,對人體無生理副作用,可用任何方法消毒,且具有多微孔結構,從而可用於多種康復解決方案,包括用於軟組織再生的人造血管和補片以及用於血管、心臟、普通外科和整形外科的手術縫合。

5、防粘性能的套用

PTFE材料具有固體材料中最小的表面張力,不粘附任何物質,同時還具有耐高低溫優良的特性,從而使其在諸如製造不粘鍋的防粘方面的套用非常廣泛。其防粘工藝主要包括兩種:把PTFE部件或薄片安裝在基體上,以及把PTFE塗層或與玻璃複合的漆布經過熱收縮而套在基材上。

製備

聚四氟乙烯由四氟乙烯經自由基聚合而生成。工業上的聚合反應是在大量水存在下攪拌進行的,用以分散反應熱,並便於控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26Kgf/cm2壓力下進行,可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發劑,也可以用氧化還原引發體系。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。聚四氟乙烯的聚合方法包括本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合(亦稱分散聚合)等,工業生產中主要採用懸浮聚合和乳液聚合。

國家標準

GB5477-1985聚四氟乙烯材料命名
GB7136-1986通用型模壓用聚四氟乙烯樹脂
GB8329-1987聚四氟乙烯樹脂細粒模壓粉
GB/T11990-1989糊狀擠塑用聚四氟乙烯樹脂
GB/T8329-1987聚四氟乙烯樹脂細粒模壓粉
GB/T10904-1989填充聚四氟乙烯導軌軟帶
GB/T10905-2008填充聚四氟乙烯導軌軟帶技術條件
GB/T13404-2008管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片
GB/T15700-1995聚四氟乙烯波紋補償器通用技術條件
GB/T17737.2-2000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範
GB33001-1985聚四氟乙烯管材
GB33002-1985聚四氟乙烯板材

安全性

危險性

健康危害:本品基本無毒,但聚四氟乙烯的熱解物組分,含量和毒性常隨著加熱溫度的升高而增加和增高。吸入熱分解產物可引起中毒。中毒輕者表現為發熱和“感冒樣”症狀;重者出現呼吸道刺激症狀,出現化學性支氣管炎、肺炎,甚至發生肺水腫及心肌損害等。長期低濃度接觸其熱解產物者,常出現頭痛、頭昏、失眠、惡夢、記憶力減退、乏力、腰酸背痛等。
燃爆危險:本品可燃。

急救措施

吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。

消防措施

危險特性:粉體與空氣可形成爆炸性混合物,當達到一定濃度時,遇火星會發生爆炸。受熱分解放出有毒的氟化物氣體。
有害燃燒產物:一氧化碳二氧化碳氟化氫
滅火方法:儘可能將容器從火場移至空曠處。滅火劑:霧狀水、泡沫、乾粉、二氧化碳、砂土。

泄漏應急處理

隔離泄漏污染區,限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴防塵面具(全面罩),穿一般作業工作服。避免揚塵,小心掃起,置於袋中轉移至安全場所。若大量泄漏,用塑膠布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。

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