聚四氟乙烯的性能及用途

聚四氟乙烯(PTFE)以其優(yōu)異的耐高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤(rùn)滑性，已在化工、石油、紡織、電子電氣、醫(yī)療、機(jī)械等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

在氟塑料中聚四氟乙烯（PTFE）的消耗量*大，用途*廣，是氟塑料中的一個(gè)重要品種。PTFE具有優(yōu)異的耐高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤(rùn)滑性，有“塑料王”之美稱。該材料*早是為國(guó)防和**技術(shù)需要而開(kāi)發(fā)的，而后逐漸推廣到民用，其用途涉及航空航天和民用的許多方面，目前在其應(yīng)用領(lǐng)域已成為不可或缺的材料。

PTFE的性能特點(diǎn)

PTFE是由四氟乙烯單體聚合而成的聚合物，是一種類似于PE的透明或不透明的蠟狀物，其密度為2.2g/cm3,吸水率小于0.01%。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)與PE相似，只是聚乙烯中的全部氫原子都被氟原子所取代。由于C-F鍵鍵能高，性能穩(wěn)定，因而其耐化學(xué)腐蝕性**，能夠承受除了熔融的堿金屬、氟化介質(zhì)以及高于300℃的氫氧化鈉之外的所有強(qiáng)酸（包括王水），以及強(qiáng)氧化劑、還原劑和各種有機(jī)溶劑的作用；PTFE分子中F原子對(duì)稱，C-F鍵中兩種元素以共價(jià)鍵結(jié)合，分子中沒(méi)有游離的電子，使整個(gè)分子呈中性，因此它具有優(yōu)良的介電性能，而且其電絕緣性不受環(huán)境及頻率的影響。它的體積電阻大于1017健m，介電損耗小，擊穿電壓高、耐電弧性好，能在250℃的電氣環(huán)境下長(zhǎng)期工作；因PTFE分子結(jié)構(gòu)中沒(méi)有氫鍵，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以它的結(jié)晶度很高（一般結(jié)晶度為55%~75%，有時(shí)高達(dá)94%），使PTFE耐熱性能極好，其熔融溫度為324℃，分解溫度為415℃，*高使用溫度為250℃，脆化溫度為-190℃，熱變形溫度（0.46MPa條件下）為120℃。PTFE的力學(xué)性能良好，其拉伸強(qiáng)度為21~28MPa，彎曲強(qiáng)度為11~14MPa，伸長(zhǎng)率為250%~300%，對(duì)鋼的動(dòng)靜摩擦系數(shù)均為0.04,比尼龍、聚甲醛、聚酯塑料的摩擦系數(shù)都小，具體數(shù)值見(jiàn)表1。

純PTFE強(qiáng)度低、耐磨性差以及耐蠕變性不好,通常要在PTFE聚合物中添加一些無(wú)機(jī)顆粒，如石墨、二硫化鉬、三氧化二鋁、玻纖、碳纖維等來(lái)提高其力學(xué)性能；也可利用與其他聚合物如聚苯酯(PHB)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚全氟（乙烯/丙烯）共聚物(PFEP)等共混的方法來(lái)擴(kuò)展其阻尼溫度范圍，提高其耐蠕變性。

PTFE的用途

PTFE獨(dú)特的性能使其在化工、石油、紡織、食品、造紙、醫(yī)學(xué)、電子和機(jī)械等工業(yè)和海洋作業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

1、防腐蝕性能的應(yīng)用

由于橡膠、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(xué)介質(zhì)共存的環(huán)境，由此造成的損失相當(dāng)驚人。而PTFE材料以其**的耐腐蝕性能，業(yè)已成為石油、化工、紡織等行業(yè)的主要耐腐蝕材料。其具體應(yīng)用包括：輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管，軋鋼機(jī)高壓油管，飛機(jī)液壓系統(tǒng)和冷壓系統(tǒng)的高中低壓管道，精餾塔、熱交換器，釜、塔、槽的襯里，閥門等化工設(shè)備。

密封件的性能好壞對(duì)整個(gè)機(jī)器設(shè)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、低摩擦系數(shù)及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性使其非常適合應(yīng)用于制造耐腐蝕要求高，使用溫度高于100℃的密封件。如機(jī)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(yīng)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應(yīng)用

由于有的設(shè)備的摩擦部分不宜加油潤(rùn)滑，比如在潤(rùn)滑油脂會(huì)被溶劑溶解而失效的場(chǎng)合或者造紙、制藥、食品、紡織等工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品需要避免潤(rùn)滑油沾污，這就使填充PTFE材料成為機(jī)械設(shè)備零件無(wú)油潤(rùn)滑（直接承受載荷）的*理想材料。這是因?yàn)樵摬牧系哪Σ料禂?shù)是已知固體材料中*低的。其具體用途包括用于化工設(shè)備、造紙機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械的軸承，用作活塞環(huán)、機(jī)床導(dǎo)軌、導(dǎo)向環(huán)；在土木建筑工程廣泛用作橋梁、隧道、鋼結(jié)構(gòu)屋架、大型化工管道、貯槽的支承滑塊，以及用作橋梁支座和架橋轉(zhuǎn)體等。

3、在電子電氣方面的應(yīng)用

PTFE材料固有的低損耗與小介電常數(shù)使其可做成漆包線，以用于微型電機(jī)、熱電偶、控制裝置等；PTFE薄膜是制造電容器、無(wú)線電絕緣襯墊、絕緣電纜、馬達(dá)及變壓器的理想絕緣材料，也是航空航天等工業(yè)電子部件不可缺少的材料之一；利用氟塑料薄膜對(duì)氧氣透過(guò)性大，而對(duì)水蒸汽的透過(guò)性小的這種選擇透過(guò)性，可制造氧氣傳感器；利用氟塑料在高溫、高壓下發(fā)生極向電荷偏離現(xiàn)象的特性，可制造麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、機(jī)器人上的零件等；利用其低折射率的特性，可制造光導(dǎo)纖維。

4、在醫(yī)療醫(yī)**面的應(yīng)用

膨體PTFE材料是純惰性的，具有非常強(qiáng)的生物適應(yīng)性，不會(huì)引起機(jī)體的排斥，對(duì)人體無(wú)生理副作用，可用任何方法**，且具有多微孔結(jié)構(gòu)，從而可用于多種康復(fù)解決方案，包括用于軟組織再生的人造血管和補(bǔ)片以及用于血管、心臟、普通外科和整形外科的手術(shù)縫合。

5、防粘性能的應(yīng)用

PTFE材料具有固體材料中*小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)，同時(shí)還具有耐高低溫優(yōu)良的特性，從而使其在諸如制造不粘鍋的防粘方面的應(yīng)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涂層或與玻璃復(fù)合的漆布經(jīng)過(guò)熱收縮而套在基材上。

隨著材料應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，PTFE材料的三大缺點(diǎn)：冷流性、難焊接性、難熔融加工性正在逐漸被克服，從而使它在光學(xué)、電子、醫(yī)學(xué)、石油化工輸油防滲等多種領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。