PTFE-聚四氟乙烯簡介
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“塑料王”，是美國杜邦公司的彭勵格（Roy Joseph Plunkett）博士于1938年發(fā)明的，杜邦公司在1945年注冊了Teflon®(特富龍®)商標(biāo)并商業(yè)化生產(chǎn)。
PTFE的分子式
-[CF2 - CF2]n-
PTFE結(jié)構(gòu)式
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(wěn)定，除堿金屬與氟元素外它不被任何化學(xué)藥品侵蝕。
PTFE分子中F原子對稱，C－F中兩種元素共價相結(jié)合，分子中沒有游離的電子，整個分子呈中性。使PTFE具有優(yōu)良的介電性能。由于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系數(shù)。
聚四氟乙烯具有杰出的優(yōu)良綜合性能，耐高溫，耐腐蝕、不粘、自潤滑、優(yōu)良的介電性能、很低的摩擦系數(shù)。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結(jié)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(yōu)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、聚酰亞胺、EKONOL…等，耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)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+250℃至-180℃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(xué)藥品，在王水中煮沸也不起變化。
PTFE工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。一般應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。 分散液可用作各種材料的絕緣浸漬液和金屬、玻璃、陶器表面的防腐圖層等。各種聚四氟圈、聚四氟墊片、聚四氟盤根等廣泛用于各類防腐管道法蘭密封。此外，也 可以用于抽絲，聚四氟乙烯纖維——氟綸（國外商品名為特氟綸）。
聚四氟乙烯已廣泛應(yīng)用于化工、機械、電子、電器、軍工、航天、環(huán)保和橋梁行業(yè)。
PTFE-聚四氟乙烯的特性
耐高溫
使用工作溫度達250℃。
耐低溫
具有良好的機械韌性，即使溫度下降到-196℃，也可保持5%的伸長率。
無毒害
具有生理惰性，作為人工血管和臟器長期植入體內(nèi)無不良反應(yīng)。
力學(xué)性能，不粘附
光滑異常，連冰都比不過它，是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的1／5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。
絕緣性能優(yōu)異
報紙厚的一層薄膜，便足以抵擋1500V的高壓電。
耐化學(xué)腐蝕和耐候性
除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。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，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在300℃以上稍溶于全烷烴（約0.1g／100g）。
優(yōu)異的耐候性
不吸潮，不燃，對氧、紫外線均極穩(wěn)定，有塑料中最佳的老化壽命。
電性能
聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)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），受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學(xué)性能均明顯下降。
PTFE-聚四氟乙烯的應(yīng)用
化工防腐
利用其耐藥品性：氟塑料在耐藥品性方面的應(yīng)用早已不局限于制造密封圈、襯墊、管件，在其他需要耐腐蝕的部件(如管道)上的使用也日益增加。隨著原料和加工技術(shù)的進步，氟塑料的成型方式又?jǐn)U大廠選擇幅度：如采用注射成型可大幅度提高生產(chǎn)效率，小批量生產(chǎn)時可采用切削加工工藝，聚四氟乙烯粘接和焊接技術(shù)的開發(fā)使制造大型貯槽和設(shè)備襯里有了可能，F(xiàn)EP粉末噴涂工藝使加工更加靈活、方便。半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中防腐蝕、防污染已更多地采用氟塑料。
機械工業(yè)
聚四氟乙烯的的摩擦系數(shù)小，其靜摩擦系數(shù)低于動摩擦系數(shù)，可用于低速高負荷領(lǐng)域，如在土建、化工、橋梁等結(jié)構(gòu)件中可解決熱膨脹和震動引起的伸縮問題。具體應(yīng)用有：
· 防污染機械(如紡織、造紙、制藥、食品機械)的軸承軸套；
· 輸送堿、溶劑等非潤滑液體的機械(如攪拌機、染色機、泵)；
· 在酸、堿等腐蝕性環(huán)境(如電鍍浴槽化工設(shè)備)下工作的軸套；
· 禁油潤滑(如制氧設(shè)備)；
· 元油潤滑(如超低溫冷凍機、液體燃料泵)；
· 油潤滑效果不良的環(huán)境下(加高溫干燥機、爐內(nèi)臺午、爐內(nèi)傳送帶)工作的滑動部件；
· 低速高負荷狀態(tài)下的滑動部件〔可動支承)。
電子電氣
氟塑料是難燃材料，臨界氧指數(shù)高又耐腐蝕，可作電線的絕緣層。
ETFE、PVDF的絕緣電阻、絕緣強度都高，機械強度也優(yōu)，可用于計算機、通信機電纜。利用其耐候性、耐輻照等特性可用于油井及核反應(yīng)堆小的電纜。利用其高頻下相對介電常數(shù)與介電損耗均低的特點可用于通信設(shè)備、高頻電了儀器，將PTFE與炭黑、碳纖維這類導(dǎo)電物質(zhì)混合可作為防靜電材料和發(fā)熱元件材料。PVDF也可制成壓電元件用于無線電行業(yè)及儀器儀表行業(yè)。
醫(yī)療器械
· 人體代用動脈、靜脈血管、心臟膜；
· 內(nèi)窺鏡、鉗導(dǎo)管，氣管；
· 其他管、瓶、濾布等醫(yī)療器材。
不粘性產(chǎn)品
利用氟塑料的不粘性可以制造廚房設(shè)備(如不粘鍋、點心模具)、高級建筑物的外墻涂層、泡沫塑料成型模具、復(fù)印機輥筒等。此外在人造血管、心臟瓣片等醫(yī)學(xué)土物工程材料、氣體分離膜、防水透氣復(fù)合織物等方面的用途也日益廣泛。
國內(nèi)外PTFE聚四氟乙烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與改性前景
氟樹脂由于其獨特性能，全球產(chǎn)量與消費量快速增加，目前全球氟樹脂的消費量約為12萬噸，其中70%左右為聚四氟乙烯 （PTFE）。我國PTFE生產(chǎn)與研究起步較早，但是由于多種因素制約，生產(chǎn)規(guī)模和工藝技術(shù)整體水平比較低。
我國PTFE產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有上海三愛富股份有限公司、上海氯堿化工股份公司電化廠、濟南化工廠、晨光化工研究院二分廠、阜新化工廠等，年生產(chǎn)能力約為 7000噸。我國生產(chǎn)PTFE的基礎(chǔ)原料氟石資源豐富，近年來國內(nèi)部分企業(yè)計劃引進技術(shù)，建設(shè)規(guī)模裝置，國外多家跨國公司也在或計劃在中國建設(shè)氟樹脂項目，如浙江巨化引進俄羅斯技術(shù)合資建設(shè)年產(chǎn)能數(shù)千噸的聚四氟乙烯裝置、常熟國際氟化工園建成后，阿托菲納公司將進駐投資生產(chǎn)氟樹脂、日本大金公司投資 13.3億元在園區(qū)內(nèi)投資建設(shè)聚四氟乙烯裝置已經(jīng)于2002年投產(chǎn)，其它一些公司也紛紛提出入駐的意向，可以預(yù)計未來我國PTFE工業(yè)將迎來快速發(fā)展階段。
PTFE加工與應(yīng)用
PTFE的熔點高、熔融粘度很大，且對于無定形狀態(tài)下的剪切很敏感，容易產(chǎn)生熔體破裂，因此不能采用熔融擠壓、注射成型等常規(guī)的熱塑性塑料成型工藝，只能采用類似粉末冶金的方法進行燒結(jié)成型。
填充的PTFE的制造與PTFE的成型一樣，可以采用預(yù)成型、自由燒結(jié)加工，也可以采用柱塞擠出法成型，上述加工工藝一般適合于一定壁厚的產(chǎn)品，而不適應(yīng)于PTFE薄膜的加工。
PTFE的改性研究
盡管PTFE具有良好的物化性能，但是也存在一些缺陷，如其機械性能較差、線膨脹系數(shù)較大、耐蠕變性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困難等，使其應(yīng)用受到一定限制。隨著我國PTFE產(chǎn)能快速增加，加強PTFE改性技術(shù)研究與應(yīng)用，開發(fā)新型高效的PTFE復(fù)合材料，已經(jīng)成為目前國內(nèi)PTFE的研究與發(fā) 展方向�？梢酝ㄟ^增強、填充、復(fù)配和共混等多種手段對PTFE進行改性，以彌補自身缺陷，主要方法有表面改性、填充改性和共混改性。
一、表面改性
PTFE極低的表面活性和不粘性限制了其與其他復(fù)合材料的復(fù)合，因此必須對PTFE材料進行一定的表面改性，以提高其表面活性。常用技術(shù)有（a），表面活 化技術(shù)：可以采用高能射線的輻射使其表面脫氟，在一定裝置和條件下與其他材料氟化接枝；用一些惰性氣體的低溫等離子處理PTFE材料，發(fā)生碳-氟或碳-碳 鍵的斷裂，生成大量自由基以增加PTFE的表面自由能，改善其潤濕性和粘接性；將PTFE浸入熔融的醋酸鉀中，在適宜溫度下處理形成具有一定活性的活化 層；PTFE在一定配比的氫氧化鈉、二丙烯基三聚氰胺混合液中加熱處理，可以提高其表面活性；PTFE經(jīng)過一定強度和時間的電暈處理，可以形成可膠接的活 化層。（b），化學(xué)腐蝕改性：將PTFE經(jīng)過一定化學(xué)試劑處理可以提高其表面活性，這些化學(xué)試劑可以是金屬鈉的氨溶液、萘鈉四氫呋喃溶液、堿金屬汞齊、五 羰基鐵溶液等。（c），表面沉積改性：將PTFE浸漬在某些金屬氫氧化物的膠體溶液中，使得膠體粒子沉積在PTFE表面，從而增大其濕潤性，改善其表面活 性，而易于與其他材料復(fù)合。上述表面改性方法主要適應(yīng)于PTFE薄膜，改性后的薄膜廣泛應(yīng)用于化工防腐襯里、密封制品及潤滑裝置的設(shè)計與制造中。
二、填充改性
目前填充PTFE制品是產(chǎn)量最大的PTFE樹脂產(chǎn)品，通過在PTFE樹脂填充無機類、金屬類和有機高聚物類等不同填料來改善PTFE的耐壓性、耐磨性和冷 卻性。這些填料要求能經(jīng)受住PTFE的燒結(jié)溫度、不與PTFE反應(yīng)、另外具有一定粒度并能改善PTFE的一些物化性能。值得注意的是，在國外，PTFE填 充技術(shù)都是由PTFE樹脂生產(chǎn)廠家完成，而我國則都是由加工生產(chǎn)企業(yè)來完成。
填充材料主要有：無機填充材料，主要有玻璃纖維、石墨、二硫化鉬和碳纖維等；金屬填充材料，通常采用鐵、銅、鉛、鉬、鎢、銀等金屬及其氧化物來填充PTFE，尤其是銅及其合金最為常用；有機填充材料主要是有機纖維和高分子聚合物。
三、共混改性
共混改性主要是利用PTFE的優(yōu)異特點對一些樹脂進行合金化處理，目前研究與應(yīng)用前景看好，如PTFE/PA、PTFE/POM、PTFE/PC、PTFE/PI、PTFE/PPO、PTFE/PEEK、PTFE/PPS、PTFE/PES等合金產(chǎn)品層出不窮。
PTFE改性聚甲醛（POM）
POM具有極好的力學(xué)、化學(xué)和電性能，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、精密機械和建材。國內(nèi)采用冷壓-熱燒結(jié)工藝研制出一系列不同 PTFE含量的的POM/PTFE的共混物，可以明顯改善摩擦磨損性能、韌性、抗蠕變性和外觀；還有通過高速混合PTFE和增韌增容改性后的POM擠出造 粒制得合金粒料，使改性后POM的摩擦磨損性能得到現(xiàn)狀改善，其改善機理在于PTFE轉(zhuǎn)移膜的形成；國外通過機械共混方法制備多種POM/PTFE共混 物，即POM分別與PTFE、涂覆偶聯(lián)劑PTFE、經(jīng)過化學(xué)處理的PTFE等數(shù)種PTFE共混，結(jié)果表明經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)處理的、加偶聯(lián)劑的PTFE與POM 之間產(chǎn)生很強的粘附作用，具有非常優(yōu)異的性能。
PTFE改性聚苯硫醚（PPS）
PPS缺點在于耐沖擊性能較差、而且加工成型困難。由于PTFE惰性表面很難與PPS進行粘接，日本從提高表面親和力的觀點出發(fā)，采用增溶劑以降低兩相界面張力，并采用在高剪切速率下進行混煉的技術(shù)，使該非相容體系合金化。
國內(nèi)利用PPS粉與混合劑混磨后，加入PTFE粉制成涂料，使得涂層具有優(yōu)異的摩擦磨損性能、附著性、柔韌性和防粘性，其混合劑一般采用乙醇、水、二氧六 環(huán)十二烷基磺酸鈉的體系。PTFE/PPS合金解決了PPS熔體流動速率高、難以直接模塑成型的問題，在300℃以上仍能保持較高的力學(xué)性能，主要用于耐 腐蝕的泵、閥、墊圈，以及動態(tài)密封、軸套、汽車引擎閥蓋、色譜儀滑動密封件和導(dǎo)向件等。
PTFE改性聚酰胺（PA）
PA添加PTFE主要是提高其滑動性，據(jù)資料介紹，當(dāng)PTFE填充量大于10%時候，PA的減摩耐磨性明顯得到提高，如在 PA體系中同時添加能于、與其部分相容的線型低密度聚乙烯/丙烯-苯乙烯的共聚物5%，PTFE10%，二者協(xié)同效應(yīng)非常好，無論是從提高復(fù)合材料的性 能，還是降低成本方面考慮，都是非常理想的改性方法。
PTFE改性聚酰亞胺（PI）
PI作為一種新型的工程塑料主要用于航空航天工業(yè)，近年來應(yīng)用拓展到電子、汽車等領(lǐng)域。國外由33%PTFE、2%炭黑和 65%可溶性PI組成的復(fù)合材料是摩擦磨損性能十分優(yōu)異的無油潤滑材料，如國外rtp公司采用熱塑性聚酰亞胺與PTFE進行共混或添加其他磨耗劑與填料的 技術(shù)開發(fā)了rtp4200系列產(chǎn)品，可用于汽車發(fā)動機罩下部件、航空航天設(shè)備和辦公電子設(shè)備等。
PTFE改性聚醚醚酮（PEEK）
PEEK復(fù)合材料在航空航天、電子電氣等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。國內(nèi)研究單位利用PEEK的良好力學(xué)性能和高耐熱性、 PTFE的低摩擦系數(shù)，配以助劑改進加工工藝，通過熔融共混制備PEEK/PTFE共混物，并用玻璃纖維/碳纖維混合纖維增強以提高其力學(xué)性能，開發(fā)一種 工藝性能好且能注射成型的無油潤滑、耐高溫、低摩擦的材料，用作高溫發(fā)動機部件。
PTFE改性聚間苯二甲酰間苯二胺(PMIA)
PMIA是一種力學(xué)性能、耐高溫性遠高于其他脂肪族的聚酰胺，為了進一步改善材料的摩擦學(xué)性能，需要采用 潤滑性填料改善摩擦磨損性能。國內(nèi)利用高速混合裝置使PMIA粉末PTFE充分混合，并通過壓縮澆鑄得到樣品，經(jīng)過實驗表明，當(dāng)PTFE含量為20%時候 共混物具有最低的摩擦系數(shù)。
PTFE改性線型低密度聚乙烯(LLDPE)
采用PTFE對LLDPE改性可以有效延長其壽命，如果國外報道利用γ射線輻射粉體PTFE，同時用硅烷偶 聯(lián)劑處理，用表面處理后的PTFE填充改性LLDPE后，不僅可以提高PTFE和LLDPE的粘接性，又可以提高共混物的力學(xué)性能，通過測試LLDPE的 加工性和紫外線穩(wěn)定性得到明顯提高。
另外，PTFE與其他多種工程塑料的共混國內(nèi)外也進行大量研究，如PTFE與無定型高聚物聚醚砜（PES）進行共混，可以明顯提高PES的潤滑性能，英國ICI公司和日本住友化學(xué)相繼開發(fā)出PTFE改性的系列耐磨耗的PES新產(chǎn)品；PTFE與聚苯醚（PPO）共混物特別適合制成整體和大型軸承部件；聚（鄰 苯二甲酸-二酚基丙烷）樹脂是一種非晶性透明聚合物，具有很多優(yōu)異性能，采用PTFE改性后，可明顯提高其耐化學(xué)性和自潤滑性；日本帝人化成開發(fā)的 PTFE與聚碳酸酯共混合金特別適宜生產(chǎn)機械、車輛、電器等設(shè)備的齒輪凸輪和軸承等制品。
在線型PTFE鏈上引入少量非氟基團，進行嵌段接枝以破壞其對稱性，從而得到可熱塑性塑料加工方法加工的改性PTFE，加工性能大為改善，日益受到業(yè)內(nèi)重視，另外如PTFE分散液、PTFE微粉和膨脹型PTFE等因為加工性能優(yōu)異倍受重視。
