四氟管-聚四氟乙烯性能

聚四氟乙烯(PTFE)樹(shù)脂是美國(guó)化學(xué)家普倫凱特(Plunket)博士于1938年首先研制出來(lái)的，到20世紀(jì)50年代國(guó)外實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，我國(guó)是在20世紀(jì)60年代正式投產(chǎn)。PTFE俗稱“四氟管”，以其獨(dú)特的性能而被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)方面。它具有耐高溫、不氧化、不溶解、特別好的化學(xué)穩(wěn)定性和極其優(yōu)異的介電性能，使其成為化學(xué)、機(jī)械等工業(yè)為主的幾乎所有產(chǎn)業(yè)部門(mén)不可缺少的重要材料之一。
PTFE樹(shù)脂多為粉末狀或分散液，具有極高的相對(duì)分子質(zhì)量(8.88×106～3.17×107)和高結(jié)晶度(92％--98％)，熔點(diǎn)327℃，由于其分子結(jié)構(gòu)中存在強(qiáng)的F-C鍵，使其具有以下主要性能：①耐化學(xué)藥品性：除了能與熔融的鈉金屬、氟和強(qiáng)的氟化介質(zhì)以及高于300℃的氫氧化鈉反應(yīng)外，幾乎對(duì)所有的常用化學(xué)藥品成惰性；②耐熱性：260℃以下不發(fā)生熱老化現(xiàn)象；③電性能：具有良好的電絕緣性，較高的耐電弧性，體積電阻率大于l×1016Ω.m，且不隨溫度而變化；④潤(rùn)滑性：在較寬的溫度范麗內(nèi)具有低的摩擦系數(shù)；⑤耐輻射性：在真空中，輻照劑量為最大值時(shí)，仍可保持原有拉伸強(qiáng)度的50％；⑥低滲透性：具有較低的滲透性，除了對(duì)其組成相
似的氟碳化合物有較高的滲透率外，對(duì)大部分氣體和液體的滲透性較小；⑦耐候性：不受氣候影響，可在任何氣候下暴露10年以上；⑧不燃性：極限氧指數(shù)在90以上；⑨不黏性：幾乎所有黏性物質(zhì)都不能黏附在它的表面上；⑩耐高低溫性：可在一250～250℃溫度范圍內(nèi)使用。由于PTFE具有以上優(yōu)異性能而被稱為“塑料王”，廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、石油化工、電子、機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域。
二、聚四氟乙烯樹(shù)脂品級(jí)
聚四氟乙烯樹(shù)脂有懸浮樹(shù)脂和分散樹(shù)脂兩種。分散PTFE樹(shù)脂有良好的成纖性，分子呈電中性，粒子間的凝聚力低，分子鏈?zhǔn)艿胶苄〉募羟凶饔镁蜁?huì)沿粒子長(zhǎng)軸方向排列，形成線形結(jié)晶，而且燒結(jié)成型后的分散聚四氟乙烯較懸浮聚四氟乙烯的結(jié)晶度大，在稍高于熔點(diǎn)溫度下如340℃～360℃燒結(jié)就可得到較高的強(qiáng)度。
三、 聚四氟乙烯的優(yōu)點(diǎn)
聚四氟乙烯簡(jiǎn)稱PTFE，它是由單體四氟乙烯經(jīng)自由基聚合得到的全氟化聚合物，其結(jié)構(gòu)式為 。它是1938年由美國(guó)人R．Plunkett發(fā)明。它的分子結(jié)構(gòu)中，碳原子周?chē)?個(gè)氟原子包圍，由于氟原子的共價(jià)半徑(0.064nm)大于氫原子的半徑(0.028nm)，氟原子排列起來(lái)可以把碳鏈包圍住，又由于氟原子互相排斥，使整個(gè)大分子鏈不像碳?xì)浞肿渔溡粯映输忼X形，而是呈螺旋結(jié)構(gòu)如圖1所示，類(lèi)似于人類(lèi)的DNA螺旋，該螺旋構(gòu)象正好包圍在PTFE易受化學(xué)侵襲的碳鏈骨架外，形成了一個(gè)緊密的完全“氟代”的保護(hù)層，使PTFE主鏈不受外界任何試劑的侵襲，使PTFE具有其他材料無(wú)法比擬的耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性以及低的內(nèi)聚能密度。該螺旋結(jié)構(gòu)決定了PTFE的耐化學(xué)性能。
聚四氟乙烯是一種具有優(yōu)異的耐化學(xué)性且耐高低溫的碳氟化學(xué)物，即使暴露在空氣中也不會(huì)變質(zhì)，可在-200~250℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。由于分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子吸電子團(tuán)影響，PTFE表現(xiàn)出高度的化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎耐一切酸堿等化學(xué)物質(zhì)的侵入，突出的不粘性，異常的潤(rùn)滑性以及優(yōu)異的電絕緣性能，耐老化性和抗輻射性，極小的吸水率等特點(diǎn)被稱為“塑料王”。廣泛地應(yīng)用于航空航天、石油化工、機(jī)械、電子、電器、建筑、紡織等諸多領(lǐng)域。正是由于這些特性，它一出現(xiàn)就被秘密應(yīng)用在軍事工業(yè)，直到20世紀(jì)50年代才應(yīng)用到靜態(tài)密封上來(lái)，和一般的螺旋密封件相比，它是一種很好的彈性密封材料。
四、聚四氟乙烯的缺點(diǎn)
盡管聚四氟乙烯材料性能穩(wěn)定，但其缺點(diǎn)也很明顯。
(1)聚四氟乙烯具有“冷流性”。即材料制品在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)載荷作用下發(fā)生的塑性變形(蠕變)，這給它的應(yīng)用帶來(lái)一定的限制。如當(dāng)PTFE用作密封墊時(shí)，為密封嚴(yán)密而把螺栓擰得很緊，以致超過(guò)特定的壓縮應(yīng)力時(shí)，會(huì)使墊圈產(chǎn)生“冷流”(蠕變)而被壓扁。這些缺點(diǎn)可通過(guò)加入適當(dāng)?shù)奶盍霞案倪M(jìn)零件結(jié)構(gòu)等方法來(lái)克服。
(2)聚四氟乙烯的熔體粘度很高，在高溫下也不流動(dòng)。它在熔點(diǎn)(327℃)以上，熔體粘度達(dá)到1 010 Pa.s，即使加熱到分解溫度也不流動(dòng)，這就使它不能采用一般熱塑性塑料的成型方法，而要采用類(lèi)似粉末冶金那樣的燒結(jié)方法成型。
(3)PTFE具有突出的不粘性，限制了其工業(yè)上的應(yīng)用。它是極好的防粘材料，這種性能又使它與其他物件的表面粘合極為困難。
(4)PTFE的導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)熱性能較差，這不僅妨礙它用作軸承材料，而且使得制造厚壁制品時(shí)不能淬火。
(5)PTFE的線膨脹系數(shù)為鋼的10~20倍，比多數(shù)塑料大，其線膨脹系數(shù)隨著溫度的變化而發(fā)生很不規(guī)律的變化。在應(yīng)用PTFE時(shí)，如果對(duì)這方面性能注意不夠，很容易造成損失。
(6)在400℃以上加熱時(shí)，聚四氟乙烯的裂解速度逐漸加快，分解產(chǎn)物主要是四氟乙烯、全氟丙烯和八氟環(huán)丁烷。在475℃ 以上，分解產(chǎn)物有極少量劇毒的全氟異丁烯。注意加熱溫度不能超過(guò)400℃，且實(shí)驗(yàn)室要有良好的通風(fēng)系統(tǒng)，利于排除毒性氣體。