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材料介紹之——聚四氟乙烯

2021-09-22 00:00

 1、簡介

聚四氟乙烯是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物。英文縮寫為PTFE。中文商品名為“特氟隆”(Teflon)、“特富隆”、“泰氟龍”、“鐵氟龍”等。被美譽為“塑料之王”。聚四氟乙烯的基本結構為: - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -,具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。能在-180℃至+250℃的溫度下長期工作,除熔融金屬鈉和液氟外,能耐其它一切化學藥品,在王水中煮沸也不起變化。聚四氟乙烯廣泛應用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的環境當中,它本身對人沒有毒性,但是在生產過程中使用的原料之一的“全氟辛酸銨(PFOA)”被認為可能具有致癌風險,聚四氟乙烯塑料受高熱分解出四氟乙烯、六氟丙烯、八氟異丁烯,吸入后引起化學性肺炎或肺水腫。

聚四氟乙烯以其優異的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,已在化工、石油、紡織、電子電氣、醫療、機械等優先域獲得了廣泛應用。

 

在氟塑料中聚四氟乙烯(PTFE)的消耗量最大,用途最廣,塑料中的一個重要品種。PTFE具有優異的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,有“塑料王”之美稱。該材料比較早是為國防和尖端技術需要而開發的,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,目前在其應用優先域已成為不可或缺的材料。

2、性能

聚四氟乙烯是一種類似于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%。它的化學結構與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,性能穩定,因而其耐化學腐蝕性極佳,能夠承受除了熔融的堿金屬、氟化介質以及高于300℃的氫氧化鈉之外的所有強酸(包括王水),以及強氧化劑、還原劑和各種有機溶劑的作用;聚四氟乙烯不吸水、不受氧氣、紫外線作用、耐候性好,在戶外暴露3年,抗拉強度幾乎保持不變,僅伸長率有所下降。聚四氟乙烯薄膜與涂層由于有細孔,故能透過水和氣體;PTFE分子中F原子對稱,C-F鍵中兩種元素以共價鍵結合,分子中沒有游離的電子,使整個分子呈中性,因此它具有優良的介電性能,而且其電絕緣性不受環境及頻率的影響。它的介電損耗小,擊穿電壓高、耐電弧性好,能在250℃的電氣環境下長期工作;因PTFE分子結構中沒有氫鍵,結構對稱,所以它的結晶度很高(一般結晶度為55%~75%,有時高達94%),使PTFE 耐熱性能極好,其熔融溫度為324℃,分解溫度為415℃,比較高使用溫度為250℃,脆化溫度為-190℃,熱變形溫度(0.46MPa條件下)為120℃。PTFE的力學性能良好,其拉伸強度為21~28MPa,彎曲強度為11~14MPa,伸長率為250%~300%,對鋼的動靜摩擦系數均為0.04,比尼龍、聚甲醛、聚酯塑料的摩擦系數都小

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,由于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,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,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。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。

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??梢?,聚四氟乙烯可在 260℃長期使用。由于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并防止聚四氟乙烯接觸明火。

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