聚四氟乙烯的性能及用途

作者：洛阳轴承研究所 张素娥

欢迎访问e展厅 展厅 1 工程塑料展厅 聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ... 聚四氟乙烯(PTFE)以其优异的耐高低温性能和化学稳定性、很好的电绝缘性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自润滑性，已在化工、石油、纺织、电子电气、医疗、机械等领域获得了广泛应用。 在氟塑料中聚四氟乙烯（PTFE）的消耗量最大，用途最广，是氟塑料中的一个重要品种。PTFE具有优异的耐高低温性能和化学稳定性、很好的电绝缘性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自润滑性，有“塑料王”之美称。该材料最早是为国防和尖端技术需要而开发的，而后逐渐推广到民用，其用途涉及航空航天和民用的许多方面，目前在其应用领域已成为不可或缺的材料。 PTFE的性能特点 PTFE是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，是一种类似于PE的透明或不透明的蜡状物，其密度为2.2g/cm3,吸水率小于0.01%。它的化学结构与PE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；PTFE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。它的体积电阻大于1017健m，介电损耗小，击穿电压高、耐电弧性好，能在250℃的电气环境下长期工作；因PTFE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PTFE 耐热性能极好，其熔融温度为324℃，分解温度为415℃，最高使用温度为250℃，脆化温度为-190℃，热变形温度（0.46MPa条件下）为120℃。PTFE的力学性能良好，其拉伸强度为21~28MPa，弯曲强度为11~14MPa，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，具体数值见表1。 纯PTFE强度低、耐磨性差以及耐蠕变性不好,通常要在PTFE聚合物中添加一些无机颗粒，如石墨、二硫化钼、三氧化二铝、玻纤、碳纤维等来提高其力学性能；也可利用与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)等共混的方法来扩展其阻尼温度范围，提高其耐蠕变性。 PTFE的用途 PTFE独特的性能使其在化工、石油、纺织、食品、造纸、医学、电子和机械等工业和海洋作业领域都有着广泛的应用。 1、防腐蚀性能的应用 由于橡胶、玻璃、金属合金等材料在耐腐蚀方面存在缺陷，难以满足条件苛刻的温度、压力和化学介质共存的环境，由此造成的损失相当惊人。而PTFE材料以其卓越的耐腐蚀性能，业已成为石油、化工、纺织等行业的主要耐腐蚀材料。其具体应用包括：输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管，轧钢机高压油管，飞机液压系统和冷压系统的高中低压管道，精馏塔、热交换器，釜、塔、槽的衬里，阀门等化工设备。 密封件的性能好坏对整个机器设备的效率与性能都有很大的影响。PTFE材料具有的耐腐蚀、耐老化、低摩擦系数及不粘性、耐温范围广、弹性好的特性使其非常适合应用于制造耐腐蚀要求高，使用温度高于100℃的密封件。如机器、热交换器、高压容器、大直径容器、阀门、泵的槽形法兰的密封件，玻璃反应锅、平面法兰、大直径法兰的密封件，轴、活塞杆、阀门杆、蜗轮泵、拉杆的密封件等等。 2、低摩擦性能在载荷方面的应用 由于有的设备的摩擦部分不宜加油润滑，比如在润滑油脂会被溶剂溶解而失效的场合或者造纸、制药、食品、纺织等工业领域的产品需要避免润滑油沾污，这就使填充PTFE材料成为机械设备零件无油润滑（直接承受载荷）的最理想材料。这是因为该材料的摩擦系数是已知固体材料中最低的。其具体用途包括用于化工设备、造纸机械、农业机械的轴承，用作活塞环、机床导轨、导向环；在土木建筑工程广泛用作桥梁、隧道、钢结构屋架、大型化工管道、贮槽的支承滑块，以及用作桥梁支座和架桥转体等。 3、在电子电气方面的应用 PTFE材料固有的低损耗与小介电常数使其可做成漆包线，以用于微型电机、热电偶、控制装置等；PTFE薄膜是制造电容器、无线电绝缘衬垫、绝缘电缆、马达及变压器的理想绝缘材料，也是航空航天等工业电子部件不可缺少的材料之一；利用氟塑料薄膜对氧气透过性大，而对水蒸汽的透过性小的这种选择透过性，可制造氧气传感器；利用氟塑料在高温、高压下发生极向电荷偏离现象的特性，可制造麦克风、扬声器、机器人上的零件等；利用其低折射率的特性，可制造光导纤维。 4、在医疗医药方面的应用 膨体PTFE材料是纯惰性的，具有非常强的生物适应性，不会引起机体的排斥，对人体无生理副作用，可用任何方法消毒，且具有多微孔结构，从而可用于多种康复解决方案，包括用于软组织再生的人造血管和补片以及用于血管、心脏、普通外科和整形外科的手术缝合。 5、防粘性能的应用 PTFE材料具有固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质，同时还具有耐高低温优良的特性，从而使其在诸如制造不粘锅的防粘方面的应用非常广泛。其防粘工艺主要包括两种：把PTFE部件或薄片安装在基体上，以及把PTFE涂层或与玻璃复合的漆布经过热收缩而套在基材上。 随着材料应用技术的不断发展，PTFE材料的三大缺点：冷流性、难焊接性、难熔融加工性正在逐渐被克服，从而使它在光学、电子、医学、石油化工输油防渗等多种领域的应用前景更加广阔。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/15/2006)