聚四氟乙烯生产工艺及应用研究

聚四氟乙烯纤维是以PTFE为原料，经纺丝或制成薄膜后切 割或原纤化而制得的一种合成纤维。 PTFE被称作“塑料王”。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种 有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟 乙烯具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐气候、低摩擦、高 润滑、自清洁、无毒害等特点。
发展简史
19841953 80年 至今
性，PTFE纤维在用于对焚烧炉排出的热气
体进行过滤中，到目前为止无任何其他材
PTFE纤维的链构象
料可以取代。
PTFE纤维特性
(2)耐热性。PTFE能经受280℃的高温，短时间可达300℃。 这些性能说明它是可在恶劣的环境中用于过滤的理想材
料。
(3)耐低温。具有良好的机械韧性；即使温度下降到零下 196℃，也可保持5％的伸长率。 (4)阻燃性。PTFE的限氧指数(LOI)可高达95％。这就是 说它需要95％的氧才能点燃和保持火焰。
采用PTFE纤维或PTFE纤维同其他耐高温纤维混合， 可制成高温复合过滤毡，该滤料具有很好的耐腐 蚀、耐高温、耐摩擦等性能，适用于高温、高湿、 高黏性粉尘行业或带有酸碱性、腐蚀性化学气体
的工业烟尘净化，是其他过滤材料所无法比拟的。
PTFE纤维的应用
医学材料
近年来，PTFE纤维在医学上的应用越来越广泛， 如可用于人造血管，人工心脏瓣膜和人工心脏辅 助装置，人造韧带和人造食道等，PTFE纤维还可
Beijing National Aquatics Center 水立方
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PTFE简介与发展史 PTFE纤维研究现状 PTFE纤维特性 PTFE纤维生产工艺 PTFE纤维的应用
PTFE简介
定义 聚四氟乙烯是四氟乙烯的均聚物。 英文名是Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE。其化 学分子式为
于针刺毡。
熔体纺丝法
熔体纺丝法是将四氟乙烯质量分数为4％-5％的全氟 乙烯、全氟丙基醚的共聚物混合作为纺丝熔体，经螺 杆挤压机由纺丝泵定量压出喷丝孔，使其成细流状射 入空气中，并在纺丝甬道中冷却成丝。此方法得到的 PTFE纤维强度较高，但由于熔融后PTFE超分子结构发 生改变。导致其延展性消失以及分子链定向伸展受阻，
加之PTFE的高黏度和明显的弹性，PTFE熔体通过螺杆
挤出机直接制备纤维比较困难，难以实现工业化。
PTFE纺丝方法的优缺点
纺丝方法 载体纺丝 优点 湿法纺丝 纤维具有确切的线密度， 可以得到较小的纤维。 缺点 工艺繁琐，成本高， 污染环境，凝固槽 较长，制造效率低。
干法纺丝 工序简单，成本低，无污 染，纤维质量好，无需水 洗，可得到线密度较小的 纤维。 糊料挤出纺丝 纤维断裂强度较高
烧结过程耗时耗能， 且PVA的高温碳化 产物会使纤维的断 裂强度降低。 原料采用膨胀PTFE 粉末，成本高，纤 维没有确定的线密 度。 工艺复杂，设备要 求高，成本较高， 纤维较粗。 制备纤维困难
膜裂纺丝
纤维断裂强度较高
熔体纺丝
纤维断裂强度较高
PTFE纤维的应用
过滤材料
PTFE纤维在高温烟气过滤方面有着重要的作用。
糊料挤出纺丝法
糊料挤出纺丝通常是将PTFE粉末与易挥发的质量分数
16％～25％润滑剂充分混合。调成糊状物，制成一定
形状的预制胚，并在一定的压力下通过一个具有狭长 模孔的喷丝头挤压纺丝，再经干燥，烧结，高温下高 度拉伸，得到非均匀的白色带条纱。此外，也可在挤 出装置中挤出薄膜或细条，再经压轧工序去除助剂，
不匀。除此之外，俄罗斯在研发多种PTFE纤维方面也取
得了较大的成效。
PTFE纤维特性
(1)耐化学性。“C-F”键具有极高的键能，
不易被拆开，PTFE大分子间的堆砌密度大， 使各种试剂难于透入其间。氟原子的取代 使PTFE形成螺旋结构型，这惰性的螺旋形 全氟“外壳”加之聚合物的非极性和结晶 结构，使得PTFE纤维具有极优异的耐化学
优良性能。
PTFE纤维成型工艺
1
载体纺丝法 糊料挤出纺丝法 膜裂纺丝法 熔体纺丝法
2
3
4
载体纺丝法
载体纺丝也称作乳液纺丝，包括干法纺丝、湿法纺丝等。 通常是将PTFE乳液与基质聚合物(如PVA)载体混合，制
成纺丝液纺丝，制备出PTFE／PVA初生纤维后，再在
320-400℃的高温下进行烧结，除去基质聚合物载体， 得到PTFE超细纤维。这些纤维和纱因制造过程中混有载 体的碳化物，因而强度较低，呈深棕色，要得到白色的 PTFE机织纱或缝纫线需进行漂白。
聚四氟乙
代
1957
聚四氟乙
烯纤维的
世界总产 能力达到 1.2kt
烯纤维首
先由美国 杜邦公司 开发使用
可溶性聚 四氟乙烯 开始实现 工业化生 产 纤维投入
生产，主
要是单丝
研究现状
1
国内研究现状
目前，我国生产的PTFE纤维产量已占全球总量的
50%以上，出口到亚洲日、韩，美洲，欧洲，以及中 东等国家和地区，且部分性能超过国际同类产品。我 国已形成100%PTFE滤料的工业化生产，将PTFE纤维用 于长纤维编织基布，短纤维覆盖基布表面经加工制成
针刺毡，但由于PTFE纤维易产生静电，摩擦系数低，
目前还存在梳理，成网困难等问题。
研究现状
2
国外研究现状
国外PTFE纤维的工业化生产始于1954年，由美国杜邦
公司研发，是最早工业化的特种合成纤维。其品种有单 丝、复丝、短纤维以及膜裂纤维。 奥地利Lenzing公司则于20世纪70年代开发成功PTFE的膜 裂纤维。该方法生产效率极高，但是生产的纤维线密度
PTFE纤维特性
(5)耐大气中的老化。对紫外是100％的稳定，不会老
化，在室外暴露15年机械性能也无明显的变化。
(6)拒水和耐水洗。PTFE不吸水，且容易洗涤，可以在 高温下使用强洗涤剂。其表面排斥水、灰尘和其它污 染物，因此它也是一种极好的的防污材料。 除此之外，PTFE纤维还有本身无毒、绝缘、抗辐射的
然后经过纵向切割加工、拉伸和蓬松加工，得到PTFE
纤维。
膜裂纺丝法
切割膜裂法由奥地利Lenzing公司于20世纪70年代
初开发并工业化，在制备PTFE纤维时需先将PTFE粉 末熔结成圆柱形PTFE型坯，再把它切削成一定厚度 的薄膜，然后通过锯齿状刀具割裂成丝，在熔点 (327℃)以上烧结，再经拉伸和热处理最终得到 PTFE纤维。此方法得到的纤维具有微孔结构，且强 度较高。复丝可用作密封填充材料，短纤维则可用