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绝缘材料之聚四氟乙烯简介
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 513天前 | 244 次浏览 | 分享到:

聚四氟乙烯Polytetrafluoroethylene(英文缩写为Teflon或[PTFE,F4])被称"塑料王",氟树脂之父罗伊﹒普朗克特1936年在美国杜邦公司开始研究氟利昂的代用品,他们收集了部分四氟乙烯储存于钢瓶中,准备第二天进行下一步的实验,可是当第二天打开钢瓶减压阀后,却没有气体溢出,他们以为是漏气,可是将钢瓶称量时,发现钢瓶并没有减重。他们锯开了钢瓶,发现大量的白色粉末,这是聚四氟乙烯。
他们研究发现聚四氟乙烯性质优良,可以用于原子弹、炮弹等的防熔密封垫圈,因此美国军方将该技术在二战期间一直保密。直到二战结束后,才解密,并于1946年实现工业化生聚四氟乙烯。
中文商品名"特氟龙"、"特氟隆"(teflon)、"特氟龙"、"特富隆"、"泰氟龙"等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,其结构简式为-[-CF2-CF2-]n-,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性,是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一,除熔融金属钠和液氟外,能耐其他一切化学药品,在王水中煮沸也不起变化,广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。有密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力、耐温优异(能在+250℃至-180℃的温度下长期工作)
使用温度-190~250℃,允许骤冷骤热,或冷热交替操作。


化学成分及基本介绍
CAS No.:9002-84-0
EINECS号:204-126-9
分子式:(C2F4)n
分子量:100.015612
熔点:327℃[1]
沸点:400℃
折射率:1.35 聚四氟乙烯  

英文名称: poly(tetrafluoroethylene);
TETRAFLUOROETHYLENE OLIGOMER;TETRAFLUOROETHYLENE RESIN; TEFLON; TEFLON 7A; TEFLON(TM) 30B; TEFLON(TM) 6; TEFLON(TM) 7A; PTFE[2]

使用优点
耐高温——使用工作温度达250℃。
耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃,也可保持5%的伸长率。
耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。
耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。
高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。
不粘附——是固体材料中最小的表面张力,不粘附任何物质。
无毒害——具有生理惰性,作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。

聚四氟乙烯相对分子质量较大,低的为数十万,高的达一千万以上,一般为数百万(聚合度在104数量级,而聚乙烯仅在103)。一般结晶度为90~95%,熔融温度为327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列,由于氟原子半径较氢稍大,所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向,而是形成一个螺旋状的扭曲链,氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19℃时,形成13/6螺旋;在19℃发生相变,分子稍微解开,形成15/7螺旋。
虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高温裂解时,聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率(%)每小时分别为1×10-4.4×10-3和9×10-2。可见,聚四氟乙烯可在 260℃长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等,所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。

化学性质
耐大气老化性:耐辐照性能和较低的渗透性:长期暴露于大气中,表面及性能保持不变。
不燃性:限氧指数在90以下。
耐酸碱性:不溶于强酸、强碱和有机溶剂(包括魔酸,即氟锑磺酸)。
抗氧化性:能耐强氧化剂的腐蚀。
酸碱性:呈中性。
原料性能
密度:2.1–2.3 g/cm3;
聚四氟乙烯的机械性质较软。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列优良的使用性能:耐高温—长期使用温度200~260度,耐低温—在-100度时仍柔软;耐腐蚀—能耐王水和一切有机溶剂;耐气候—塑料中最佳的老化寿命;高润滑—具有塑料中最小的摩擦系数(0.04);不粘性—具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质;无毒害—具有生理惰性;优异的电气性能,是理想的C级绝缘材料,报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压;比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料,广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。产品:聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、车削板材。

力学性能
它的摩擦系数极小,仅为聚乙烯的1/5,这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳链分子间作用力极低,所以聚四氟乙烯具有不粘性。
聚四氟乙烯在-196~260℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能,全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆。

耐化学和耐候性
聚四氟乙烯具有极高的耐化学腐蚀性能,例如在浓硫酸、硝酸、盐酸,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均无变化,也几乎不溶于绝大多数的溶剂,只在300℃以上稍溶于全烷烃(约0.1g/100g)。聚四氟乙烯不吸潮,不燃,对氧、紫外线均极稳定,所以具有优异的耐候性。

电性能
聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低,而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。

耐辐射性能
聚四氟乙烯的耐辐射性能较差(104拉德),受高能辐射后引起降解,高分子的电性能和力学性能均明显下降。

聚合
聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的,用以分散反应热,并便于控制温度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2压力下进行,可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂,也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂,例如全氟辛酸或其盐类。

膨胀系数
(25~250℃)10~12×10-5/℃
聚四氟乙烯烧结工艺
成型收缩率:3.1-5.0%
成型温度:330-380℃
烧结条件:最好温度不要超过385度,不然分子会坏死,影响质量。
烧结工艺:纯PTFE 材料的临界压力在27.5 MPa 左右, PTFE材料的压缩强度随压制压力的升高而减小; 压缩模量随所压制压力的升高而增加。最后确定PTFE 的成型压力为27.5 MPa 。确定的烧结 工艺为: 烧结温度380℃, 保温时间4 h , 升温速度200 ℃下80 ℃/ h , 200℃以上60 ℃/ h , 冷却速度为随炉冷却。

物料性能
1.长期使用温度-200--260度,有卓越的耐化学腐蚀性,对所有化学品都耐腐蚀,摩擦系数在塑料中最低,还有很好的电性能,其电绝缘性不受温度影响,有"塑料王"之称。
2.呈透明或半透明状态,结晶度越高,透明性越差。原料多为粉状树脂或浓缩分散液,具有极高的分子量,为高结晶度的热塑性聚合物。
3.适于制作耐腐蚀件,减磨耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件1 K)

成型性能
1. 结晶料,吸湿小。
2.流动性差,极易分解,分解时产生腐蚀气体。宜严格控制成型温度,模具应加热,浇注系统对料流阻力聚四氟乙烯乙烯制管材应小。
3.粉状树脂常采用粉末粉末冶金法成型,使用烧结方法。烧结温度360-375度,不可超过410度。乳液树脂通常用冷挤出再烧结的工艺加工,可在物品表面形成防腐层。如需要求制品透明性,韧性好,应采取快速冷却。也可采取挤压成型,可以挤出管、棒、型材。
4.PTFE熔体粘度很高,容体粘度随剪切应力的增大而减小,显示其非牛顿流体的特性。
5.二次加工,可以热压复合、焊接、粘结、增强、机械加工等,以制得最终产品。
6.最好用曲线烧结
第一步在120度进行干燥
第二步如填充石墨或二硫化墨在250度要进行温度处理。
第三步在345度处理一次
第四步在375度进行处理
第五步降温不要太快
聚四氟乙烯应用
聚四氟乙烯可采用压缩或挤出加工成型;也可制成水分散液,用于涂层、浸渍或制成纤维。
聚四氟乙烯在原子能、国防、航天、电子、电气、化工、机械、仪器、仪表、建筑、纺织、金属表面处理、制药、医疗、纺织、食品、冶金冶炼等工业中广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料,绝缘材料,防粘涂层等,,使之成为不可取代的产品。
聚四氟乙烯具有杰出的优良综合性能,耐高温,耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等,一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。在PTFE中加入任何可以承受PTFE烧结温度的填充剂,机械性能可获得大大的改善,同时保持PTFE其它优良性能。填充的品种有玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤纤、聚酰亚胺、EKONOL…等,耐磨耗、极限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯管材选用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂经柱塞挤压加工制成。在已知塑料中聚四氟乙烯具有最好的耐化学腐蚀性能及介电性能。聚四氟乙烯编织盘根是一种良好的动密封材料,是由膨体聚四氯乙烯带条编织而成,具有低摩擦系数、耐磨、耐化学腐蚀、密封性良好、不水解、不变硬等优良性能。用于各种介质中工作的衬垫密封件和润滑材料,以及在各种频率下使用的电绝缘件、电容器介质、导线绝缘、电器仪表绝缘等。聚四氟乙烯薄膜适用于作电容器介质、特种电缆的绝缘层、导线绝缘、电器仪表绝缘及密封衬垫,还可做不粘带、密封带、脱模、密封圈等。 此外,生活中用的不粘锅的内衬也使用聚四氟乙烯制作的,就是利用了聚四氟乙烯耐高温,不粘的特点。

绝缘类
1.电线电缆的C级绝缘材料;
2.双水内冷汽轮发电机定子和转子引水管和热电偶的护套;
3.高频、超高频通讯设备和雷达的微波绝缘材料;
4.印刷线路基板及马达、变压器(含气体变压器)绝缘材料;
5.空调、电子炉、各种加热器及六氟化硫断路器的绝缘材料

防粘类
1.浆纱机热辊上的聚四氟乙烯玻璃布包覆层——可免除化学浆料形成的粘辊现象,大大提高生产速率和坯布质量;
2.食品工业的微波干燥输送带——较之其他材料的输送带有不吸收微波能量,不粘物因之有节电、清洁优点
3.聚乙烯袋装封口的热合套防粘材料;
4.防粘涂层——用于厨房用锅、烘面包的烤模、冷冻食品储存托盘、电熨斗托底、复印机夹辊

耐温类
1.微波炉的驱动传动装置,如微波炉的连轴器、滚轮;
2.各种制冷机、空调、制氧机、压缩机的耐温配件
3.应用于硅原料清洗后烘干时的烘箱托盘,用该材料铺垫在托盘表面可以避免硅原料与金属接触,还能起到耐高温、防酸碱的效果

聚四氟乙烯微孔膜的类别及应用
1.聚四氟乙烯空气过滤膜:厚度在0.01mm左右,透气量60-80L/m2.s,具有表面光滑、耐化学物质、透气不透水、透气量大、阻燃、耐高温、抗强酸碱、无毒等特性,广泛用于化工、钢铁、冶金、炭黑、发电、水泥、垃圾焚烧等各种工业熔炉的烟气除尘过滤;
2.聚四氟乙烯净化过滤膜:厚度在0.02-0.03mm,泡点≥1kg/cm2 ( 5.3m/s 127Pa),广泛应用于制药、生化、微电子和实验室耗材等领域;无尘车间、实验室、通风设备、净化设备、医疗电子等行业的空气净化
3.聚四氟乙烯服装膜:厚度0.03-0.05mm左右,透湿量≥10000g/m2.24h,静水压≧150kPa,广泛应用于运动服装,防寒服装,消防、公安、医护、防生化等特种服装;鞋帽、手套以及睡袋、帐篷等。
4.聚四氟乙烯复合膜:将溶剂型PU以我司独有工艺淋膜到PTFE微孔膜表面,形成一种具有亲水拒油功能的微孔薄膜。具有耐腐蚀、耐高温、耐老化、高精度、超微滤等特性。广泛应用于服装面料、消烟除尘、净化除菌等领域

国家标准
GB 5477-1985聚四氟乙烯材料命名
GB 7136-1986通用型模压用聚四氟乙烯树脂
GB 8329-1987聚四氟乙烯树脂细粒模压粉
GB/T 11990-1989糊状挤塑用聚四氟乙烯树脂
GB/T 8329-1987 聚四氟乙烯树脂细粒模压粉
GB/T 10904-1989 填充聚四氟乙烯导轨软带
GB/T 10905-2008填充聚四氟乙烯导轨软带技术条件
GB/T 13404-2008管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片
GB/T 15700-1995聚四氟乙烯波纹补偿器通用技术条件
GB/T 17737.2-2000 射频电缆 第2部分:聚四氟乙烯(PTFE)绝缘半硬射频同轴电缆分规范
GB 33001-1985聚四氟乙烯管材
GB 33002-1985 聚四氟乙烯板材