聚四氟乙烯现状与前景

铂管

约700℃ 1.前言

聚四氟乙烯缩写代号为PTFE ，简称F4，在氟塑料中产量最大，应用最广，约占氟塑料总产量的60%～80%，重要性居于首位。聚四氟乙烯具有极优的耐化学试剂性和耐溶剂性，被称为“塑料之王”。它的分子链是完全线型结构，主链骨架上所有碳原子都与氟原子连接，F-C 键具有较高键能，一个碳原子上对称连着两个氟原子，使F-C 键缩短，键能进一步增大。氟原子对骨架碳原子有屏蔽作用，加之分子链的规整与对称，又使聚四氟乙烯具有结晶结构。F-C 键对称排列，又使聚合物无极性。所有这些组成与结构特点，使聚四氟乙烯几乎可以耐一切化学试剂和有机溶剂。

2.制备方法

2.1单体制备

聚四氟乙烯的单体四氟乙烯是以氟石（CaF 2）为原料，经下面几步反应而得到。

CaF 2+H 2SO 4 CaSO 4+2HF

2HF+CHCl 3 CHClF 2+2HCl

2CHClF 2 CF 2=CF 2+2HCl 四氟乙烯常压下是气体，无色无臭，-76.3℃可变为液体，易爆，易自聚，储存时应避免与氧接触，并应加入阻聚剂。

2.2聚合

工业上采用悬浮聚合和乳液聚合两种方法。

2.2.1悬浮聚合

悬浮聚合PTFE 的加工方法基本步骤包括预成型、烧结和冷却三部分。预成型是将粉末状PTFE 树脂压成具有一定形状的预成品；烧结是将预成品加热至树脂熔点使树脂粒子密集为均相结构；冷却是在一定的冷却速度下降温以获取一定形状的聚四氟乙烯材料。

2.2.2乳液聚合

分散PTFE 是PTFE 分散粒子经凝聚后形成的次级粒子，直径为500μm，粉状，比表面积大，吸收有机溶剂后，经剪切力的作用形成

糊膏状，通常采用挤压成型工艺，故称糊膏挤压成型。

3.应用现状

聚四氟乙烯是氟塑料的主要品种, 目前供应市场的三大产品是

悬浮树脂、分散树脂和深缩分散液, 分别占消费量的50%~ 60%、20%~ 35%和10%~ 20%。悬浮法聚四氟乙烯主要用于密封圈、垫片, 化工泵、阀、管配件和设备衬里, 电绝缘零件和薄膜等。分散法聚四氟乙烯主要用于耐腐蚀、耐高温、高介电电线电缆, 化工管道衬里等。聚四氟乙烯浓缩分散液主要用于食品、纺织、造纸等领域中的防粘涂层及浸渍玻璃布、石棉等。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。

3.1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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

3.5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。

4.发展方向

改性PTFE 材料是一类很有前途的PTFE新品种,应大力发展, 并使其商品化, 品种系列化。另外, 利用国内丰富的稀土自然资源及纳米材料发展稀土填充PTFE及纳米改性PTFE新品种是今后我国科研工

作者的一个重要研究方向。

4.1表面改性

由于PTFE 极低的表面活性和不粘性限制了它与其他复合材料的

复合, 特别是PTFE 薄膜与其他骨架材料的粘结, 因此必须对PTFE

材料进行一定的表面改性, 以提高其表面活性。PTFE常用的表面改性技术有化学处理法、高温熔融法、辐射接枝法、等离子体处理法以及激光辐射改性法等。这些方法的基本设计思路或是引入极性基团, 增强界面的结合力; 或是消除弱界面层, 形成强化表面层; 或是调整

表面粗糙度, 赋予抛锚效果。

4.2填充改性

填充改性是在PTFE中加入填充剂, 从而改善和克服PTFE 的缺陷, 在保持其原有优点的基础上,利用复合效应, 改善其综合性能。在PTFE中加入不同的填料, 可以显著提高其机械强度、硬度以及耐磨性等性能, 可以使耐磨性提高1 000倍左右; 耐蠕变性常温提高1. 5~ 4. 5倍, 高温提高1. 5 倍; 弯曲弹性模量增加2 ~ 3 倍; 硬度增加10% ~ 30%; 导热率最高增加2倍; 线膨胀系数减少约1 /2。用于PTFE 的填料, 必须能经受PTFE 的烧结温度, 能改PTFE 的耐磨性、机械强度或提高导热性、降低线膨胀系数等, 不与PTFE 反应, 在使用时不会与

其他接触的金属或流体发生作用。目前常用的填料有无机填料、金属氧化物及硫化物填料、纳米填料以及有机填料等。

4.3共混改性

共混改性主要是利用PTFE的优异特点对一些树脂进行合金化处理, 使通用工程塑料功能化, 从而拓宽工程塑料的应用范围。目前研究与应用前景看好的产品主要有PTFE /PA、PTFE /POM、PTFE /PC、PTFE /PI、PTFE /PPO、PTFE /PEEK、PTFE /PPS、PTFE/PES等。5.国内市场

我国是一个萤石资源非常丰富的国家,萤石储量约占世界总储量

的1/ 8, 全年开采量在1200kt 以上。但是中国氟化工起步较晚,四

十年代末开始研制, 基本上是依靠自己的力量从小到大, 从土到洋, 逐步发展起来的,特别是八十年代以来得到了较快的发展。现在已开

始形成经济规模的生产装置, 单体生产技术上了新台阶。1991 年总

装置能力为3040t/a, 产量为2529t; 1992 年装置能力为4540t/ a,