聚四氟乙烯PTFE的综合指南

　　

　　

　　

　　聚四氟乙烯或 PTFE 是常用的多功能、高性能含氟聚合物，由碳和氟原子组成。这种聚合物的常见应用之一是厨房炊具（平底锅、烤盘等）的不粘涂层，因此，您可以在厨房中轻松找到它。

　　除了用于厨房外，PTFE 还被用作石油和天然气、化学加工、工业、电气/电子和建筑行业等行业的经济高效的解决方案。

　　PTFE 的基本特性 使其成为具有高商业价值的有趣材料：

　　异常的耐化学性

　　良好的耐热性和耐低温性

　　在湿热环境中具有良好的电绝缘能力

　　良好的耐光、耐紫外线和耐候性

　　低摩擦系数

　　低介电常数/耗散因数

　　强大的抗粘附性能

　　灵活性

　　低应力下良好的抗疲劳性

　　食品、医疗和高纯度等级的可用性

　　低吸水率

　　PTFE 是四氟乙烯 (TFE) 的线性聚合物。它是通过 TFE 在间歇过程中的加成聚合，在水性介质中通过自由基聚合机制制造的。PTFE [CF 2 -CF 2 ] n

　　的 化学结构与聚乙烯（PE）相似，只是其中的氢原子被氟完全取代（故称全氟聚合物）。然而，值得注意的是，实际上 PTFE 和 PE 的制备和使用方式完全不同。

　　

　　聚四氟乙烯的分子结构

　　它是氟原子的大小，在碳-碳键周围形成均匀且连续的鞘，因此赋予分子良好的耐化学性和稳定性。这种均匀的氟鞘还为分子提供了电惰性。

　　聚四氟乙烯的含氟量理论上为76%，结晶度为95%。

　　PTFE 于 1938 年由杜邦公司的 Plunkett 博士首次“意外”发现。之后，聚四氟乙烯于 1947 年从 Chemours以商标“Teflon?”上市销售。正是 PTFE 的发现加速了其他含氟聚合物的开发。

　　PTFE 有颗粒状、细粉状和水基分散体形式。

　　颗粒状PTFE 树脂是在水性介质中通过悬浮聚合生产的，几乎没有或没有分散剂。粒状 PTFE 树脂主要用于成型（压缩和等静压）和柱塞挤出。

　　聚四氟乙烯细粉采用可控乳液聚合法制备，产品为白色细小颗粒。细聚四氟乙烯粉末可以通过糊状挤出加工成薄片或用作添加剂以增加其他材料的耐磨性或摩擦性能。

　　PTFE 分散体是通过在搅拌下使用更多分散剂进行水相聚合制备的。分散体用于涂料和薄膜流延。

　　如上所述，PTFE 具有优异的性能，例如化学惰性、耐热性（高温和低温）、电绝缘性能、低摩擦系数（静态 0.08 和动态 0.01）以及在很宽的温度范围（260 至 260 °C) - 因此适用于广泛的应用。

　　聚四氟乙烯（PTFE）的应用

　　

　　它具有2.1 - 2.3 g/cm 3范围内的密度和每秒 1 -10 GPa 范围内的熔体粘度

　　PTFE 是最耐化学腐蚀的聚合物之一。例外情况包括熔融碱金属、高温高压下的气态氟以及一些有机卤化物，例如三氟化氯 (ClF 3 ) 和二氟化氧 (OF 2 )...查看具有良好耐化学性的 PTFE 等级

　　聚四氟乙烯的机械性能在室温下一般不如工程塑料。与填料复合一直是克服这种短缺的策略。PTFE 在其使用温度范围内具有有用的机械性能。

　　PTFE 的机械性能还受到加工变量的影响，例如预制件压力、烧结温度、冷却速率等。聚合物变量，例如摩尔质量、粒度、粒度分布对机械性能有重大影响。

　　聚四氟乙烯具有绝缘电阻高、介电常数低等优异的电气性能。由于大分子的高度对称结构，具有极低的介电常数 (2.0)。

　　PTFE 表现出高热稳定性，在 440 °C 以下没有明显降解

　　PTFE材料可在260℃以下连续使用。

　　PTFE 会受到辐射的攻击，在空气中的降解在 0.02 Mrad 的剂量下开始。

　　这些性能来源于氟原子特殊的电子结构、稳定的碳氟共价键以及含氟聚合物链段与主链之间独特的分子内和分子间相互作用。

　　

　　传统的聚四氟乙烯在其应用中有一些局限性，例如：

　　无法使用传统的熔融状态加工方法以及合适的具体方法的难度和成本

　　对蠕变和磨损的敏感性

　　玻璃化转变温度(19°C) 附近的显着尺寸变化

　　加盟难度

　　具有腐蚀性且容易产生有毒烟雾

　　耐辐射性低

　　添加填料 可以提高 PTFE 的机械性能，特别是蠕变和磨损率。玻璃纤维、青铜、钢、碳、碳纤维、石墨等是常用的填料。

　　玻璃纤维通过降低其低温和高温对 PTFE 的蠕变性能产生积极影响。玻璃填充化合物在氧化环境中表现良好。此外，PTFE 的磨损特性得到改善。

　　碳减少蠕变，增加硬度提高聚四氟乙烯的导热性。当与石墨结合使用时，可以进一步提高碳填充化合物的耐磨性。这些化合物非常适合非润滑应用，例如压缩机气缸中的活塞环。此外，石墨赋予 PTFE 优异的耐磨性能，而石墨填充的 PTFE 具有极低的摩擦系数。

　　碳纤维可降低蠕变、增加挠曲和压缩模量并提高硬度。与玻璃纤维不同，碳纤维对氢氟酸和强碱呈惰性。碳纤维聚四氟乙烯化合物具有较低的热膨胀系数和较高的导热性。这些部件是减震器、水泵等汽车部件的理想选择。

　　青铜填充 PTFE 化合物具有高导热性和导电性，这反过来又使这些化合物非常适合零件在极端温度下承受负载的应用。

　　加入 PTFE 以生产特种化合物的其他填料包括氟化钙、氧化铝、云母、聚合物填料。

　　一般来说：

　　填料使 PTFE 在低温和高温下具有优异的性能。

　　填料/添加剂会增加 PTFE 化合物的孔隙率，从而影响电气性能——介电强度降低，而介电常数和耗散因数增加

　　化学性质很大程度上取决于所用填料的类型。一般来说，填充聚四氟乙烯化合物的化学性能不如未填充树脂。

　　填料改变 PTFE 的导电性和导热性

　　最多可将 40% 的填料添加到 PTFE 中，而不会完全损失物理性能低于 5% 的填料的影响很小。

　　由于刚性聚合物链结构，PTFE 具有非常高的熔体粘度和高熔化温度，这使得常规的挤出和注塑成型方法难以加工。与传统塑料加工相比，加工技术更类似于粉末冶金。

　　在专用机器上对预烧结粉末进行烧结、压制、冲压或糊状挤压、压缩成型或等规成型、机加工、热冲压和挤压。

　　在模制预成型件之前，将 PTFE 与碳氢化合物混合的糊状挤出用于连续将 PTFE 制造成管、带和电线绝缘层。碳氢化合物在零件烧结之前蒸发

　　分散——金属涂层、涂料、粉碎、浸渍、薄膜流延和纤维纺丝。

　　[工作范围 (-270°C) -200°C 至 260°C (280°C)]

　　PTFE 产品的性能在很大程度上取决于加工程序，例如聚合物粒径、烧结温度和加工压力。因此，对于 PTFE 不完全适用的某些特定应用，仍需要其他含氟聚合物。

　　这导致寻找可熔融加工的含氟聚合物并开发了该家族的其他成员。

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