特氟龙管(聚四氟乙烯(PTFE)论文)

Posted 2023-06-02

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特氟龙管(聚四氟乙烯(PTFE)论文)

1、聚四氟乙烯的定义及性质

聚四氟乙烯（英文缩写为Teflon或[PTFE,F4]）,被美誉为/俗称“塑料王”，中文商品名“铁氟龙”、“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，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，能耐其它一切化学药品，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)、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力、耐温优异（能在+250℃至-180℃的温度下长期工作）。聚四氟乙烯它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。

1.1 化学性质
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。
抗氧化性：能耐强氧化剂的腐蚀。
酸碱性：呈中性。

1.2 物理性质
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。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。

1.3 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。

1.4 耐化学腐蚀和耐候性
除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。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，也几乎不溶于所有的溶剂，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。

1.5 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。

1.6 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。

图一：聚四氟乙烯管来源：丹凯

2、聚四氟乙烯分类及其填充产品

2.1 通用材料
各种棒、管、板膜、带、绳、盘根、垫片,及用石墨、二硫化钼、三氧化二铝、玻纤、碳纤维作为填充物,来提高纯聚四氟乙烯力学性能。

2.2 防腐类
管道及配件：纯聚四氟乙烯管；聚四氟乙烯内衬管；外缠玻钢钢管；钢复合法兰；
化工容器内衬：聚四氟乙烯内衬釜；

聚四氟乙烯内衬槽；

聚四氟乙烯内衬塔；

热交换器；

波纹伸缩管；

阀门及泵的主要部件；

钢丝增强满压软管；

过滤材料。

聚四氟乙烯膜经过纵横双向拉伸内大量气孔，是一种新材料，将它与其他织物复合，即可制成烟尘固相防腐过滤袋或良好的防水透气、防风得暖的雨具运动服、防寒服、特种防护服和轻便帐篷，制药用空气压缩空气、各种溶剂的无菌过滤及电子工业中高纯气体的过滤。

2.3 密封类
1.静密封：夹层垫片；坐料带；弹性密封带；
2.动密封（编制盘根、环形密封件）：V型密封体——用于轴、活塞杆、阀门；涡轮泵内密封件；聚四氟乙烯与橡胶的复合密封环；带波纹管可伸缩的机械密封。

2.4 承荷类
1.填充聚四氟乙烯轴承，用于食品化工造纸、纺织机械；
2.多孔铜浸渍氟塑料金属轴承，可在高温高压干摩擦、真空条件下正常使用；
3.聚四氟乙烯纤维轴承的聚四氟乙烯纤维与玻纤或其他纤维混纺的复合织物制成的轴承内衬，用于低速高负荷；
4.填充聚四氟乙烯活塞环，导向环，机床导轨和桥梁滑块；

2.5 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；

2.6 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；

图二：聚四氟乙烯管来源：丹凯

3、聚四氟乙烯的合成方法
目前化工行业最新型的工程塑料, 有“塑料王”的美称。PTFE由四氟乙烯经自由基聚合而生成。其聚合方法包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合( 亦称分散聚合) 等, 工业生产中主要采用悬浮聚合和乳液聚合。聚合一般在40～80℃,3～26kgf ／ cm2 压力下,采用无机的过硫酸盐、有机过氧化物作为引发剂进行。

4、聚四氟乙烯的应用性能

因为聚四氟乙烯在多方面的优异性能，所以它在化工、机械、电子、医学、纺织等工业中被广泛用作耐高低温材料、耐腐蚀材料、绝缘材料、医用材料、防粘涂层等。

4.1 用作防腐材料
PTFE 材料克服了普通塑料、金属等耐腐蚀能力较差的缺点, 以其卓越的耐高低温和耐腐蚀性能, 已经成为石油、化工、纺织等行业的主要耐腐蚀材料。例如, 用于制造输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管以及作为高压容器、阀门、泵的密封件等。

4.2 用作无油润滑材料
因为PTFE 材料的摩擦系数是已知固体材料中最低的, 所以这就使填充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。例如造纸、食品、纺织等工业领域的设备加润滑油容易使产品受到沾污, 所以使用PTFE 材料就解决了这一难题。

4.3 用作电子设备的高级介质材料
PTFE 固有的低损耗与介电常数使其成为电线和电缆的理想绝缘材料: 其独特的多孔结构可以使损耗和失真降至最低并使信号以近光速的速度进行传输, 并且具有热稳定性和机械柔韧性。同时, 聚四氟乙烯还可以降低总体互连的尺寸和重量, 是一种良好的填充介质材料。所以聚四氟乙烯制品被广泛应用于电信、计算机、测试与测量、国防、航空与航天市场等诸多高性能、高挑战性的领域。

4.4 用作医学材料
由于膨体PTFE 材料优良的机械性能、耐久性、稳定性和生物适应性, 不会引起机体的排斥, 对人体无生理副作用, 而且具有多微孔结构等特点, 从2 0 世纪70 年代开始首先被制成人造血管应用于临床, 现在,由于其优异的性能, PTFE 在医学上的应用越来越广泛。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等。例如, 比较常见的整容手术隆鼻和整形下颌就是采用PTFE 作为填充材料。

4.5 用作防粘材料
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、无毒的优良特性, 所以 PTFE 作为涂料常用作餐具的防粘内衬, 主要用于不粘锅和微波炉的内胆。

图三：聚四氟乙烯管来源：丹凯

5、聚四氟乙烯的国内外生产状况，市场状况

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、分散树脂和浓缩分散液分别占消费量人50%-60%、20%-35%、10%-20%。悬浮法聚四氟乙烯主要与密封圈、垫片、化工泵、阀、管备件和设备衬里，电绝缘零件，薄膜等；分散法聚四氟乙烯主要用于耐腐蚀、耐高温、耐高压电电线电缆，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、造纸等领域中人防粘涂层及浸渍玻璃布、石棉等。

目前在国内上海三爱富聚四氟乙烯分散树脂价格在64000 -66000元/吨，价格平稳；山东东岳聚四氟乙烯分散树脂价格60000 -66000元/吨；中昊晨光聚四氟乙烯分散树脂商家报价为65000 -66000元/吨；浙江巨圣氟化学分散树脂厂家报价62000-65000元/吨。用于加工普通模压制品的悬浮聚四氟乙烯，近期价格波动不大，四川地区价格基本在55000元/吨-56000元/吨，交易一以维持前期订单为主，散户交易量不大，聚四氟乙烯分散乳液近期交易平稳，预计短期内仍保持在42000元/吨。

2010年4月10日，石油和化学工业规划院精细化工处处长张方说：“含氟聚合物是有机氟行业的一类重要产品，但国内企业除了聚四氟乙烯外，其他含氟聚合物几乎不会做。在国内，聚四氟乙烯占了含氟聚合物总量的90%左右;而在国外这个比例是50%左右。即便是聚四氟乙烯，国内也只能生产一部分低端产品，用于出口，高端产品却需从国外进口，且进口单价是出口单价的2倍以上。”事实上，高性能聚四氟乙烯、氟橡胶、聚全氟乙丙烯都值得国内企业关注。因此，聚四氟乙烯前景很可观。

6、聚四氟乙烯应用领域研究进展

6.1聚四氟乙烯在表面改性的研究进展

聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的耐高低温性能和耐化学腐蚀性能，可广泛用于航空、航天、电子和机械等诸多领域。但是，PTFE的表面能较低、比表面积较小、与其他材料之间的粘接性能较差等缺点已直接影响其在粘接、印染和生物相容等方面的应用。近年来，国内外研究人员通过表面改性处理方法(如钠一萘络合物化学改性、高温熔融改性、高能辐射接枝改性、准分子激光处理、离子束注入改性及低温等离子体改性等)解决了PTFE的粘接问题，并取得了良好的效果。

6.2 聚四氟乙烯在防腐蚀涂层的研究进展

目前，金属及其合金仍然是很重要的结构材料,其应用遍及国民经济的各个领域。金属腐蚀现象是普遍的，并给国民经济带来巨大损失。金属防腐蚀方法很多,其中有机涂层防腐蚀是最普遍和最重要的手段之一,其施工简单，维修方便,成本低廉,适应性广。随着社会经济的发展、人们生活水平的提高和对环境保护意识的增强,对涂层和涂敷方法提出了更高的要求。有机氟聚合物具有优异的耐化学药品性能、耐热性能、耐候性能、不粘性能和润滑性能等,越来越受到人们重视，被广泛应用于重防腐、高档装饰、防粘和润滑处理等方面。

在所有有机氟聚合物中,聚四氟乙烯( PTFE)的防腐蚀性能最好、应用最广。PTFE具有非常优良的耐蚀性和耐热性能,除熔融于碱金属锂、钠、钾、三氟化氯,高温下的三氟化氧,高流速的液氟外,它几乎可以抵抗所有化学介质(包括浓硝酸和王水) 的侵蚀。它可以长期在-180～260℃下工作,并具有优良的电绝缘性、抗粘性,且摩擦因数低。但是,由于PTFE的一些固有缺陷,特别是其冷流性能较大和加工性能较差,使它的应用受到一定的限制。因此,深入研究PTFE的性质、改善其加工性能,开发新型PTFE复合材料。

6.3 聚四氟乙烯在纤维的研究进展

世界上只有屈指可数的公司有能力将聚四氟乙烯材料加工成纤维及单丝，用其生产出的纤维具有低摩擦性、难燃烧性及良好的绝缘和隔热性。由于PTFE耐强氧化物的氧化腐蚀及根本不会发生水解反应的特性，可广泛应用于垃圾焚烧除尘中，未来也会大量运用在燃烧高硫煤除尘工矿中。良好的清灰性能使PTFE滤材使用寿命比其它材质的滤料提高1～3倍以上(如国外记载用100％PTFE纤维制成的滤料已使用7～10年)，具有很高的性价比。

6.4 聚四氟乙烯在机械应用领域的研究进展

填充改性PTFE在滑动导轨、摩擦零件、密封件、防腐部件、建筑材料、农业机械材料等方面的应用，从材料性能和结构两个方面同时考虑，PTFE在汽车工业、常规兵器、船舶、宇航和原子能、医药、环保等机械领域有广阔的前景。

6.5 聚四氟乙烯在整形美容中的应用

Gore—Tex膨体聚四氟乙烯(ePTFE)是一种高分子软组织填充材料，上世纪70年开始ePTFE的人造血管首先应于临床。由于ePTFE的组织相容性良好，在80年代初期一些发达国家已经应用于整形美容外科，尤其以隆鼻术、面部凹陷畸形的整复、唇线增高、唇加厚、鼻唇沟过深的整形美容术。鞍鼻畸形或鼻梁过低的患者，凡是适合硅橡胶假体植入的均可选择eFFFE隆鼻；因硅橡胶假体植入而发生组织反应，造成植入物取出，也可植入ePTFE鼻模型。唇线增高、唇加厚、鼻唇沟过深、额部凹陷等，采用eFFFE补片植入或模型植入效果最佳。

小结

聚四氟乙烯特殊的性质意味着更广阔的前景。虽然我国PTFE的生产和应用已具有一定基础，但与国外的差距尚大，所以应深入研究PTFE在各个方面的应用。

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