聚四氟乙烯（特氟龍）的機(jī)械性能和化學(xué)性能

聚四氟乙烯 [PTFE,F4] 是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，因此得 " 塑料王 " 之美稱(chēng)。它能在任何種類(lèi)化 學(xué)介質(zhì)長(zhǎng)期使用，它的產(chǎn)生解決了我國(guó)化工、石油、制藥等領(lǐng)域的許多問(wèn)題。聚四氟乙烯密封件、墊圈、 墊片 . 聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹(shù)脂模塑加工制成。聚四氟乙烯與 其他塑料相比具有耐化學(xué)腐蝕與耐溫優(yōu)異的特點(diǎn)，它已被廣泛地應(yīng)用作為密封材料和填充材料。 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫(xiě)為 PTFE 。商品名為 “ 特氟隆 ” （ teflon) 。被美譽(yù)為 “ 塑料之王 ” 。 聚四氟乙烯的基本結(jié)構(gòu)為 . - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -. 聚四氟乙烯廣 泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機(jī)溶劑的 , 它本身對(duì)人沒(méi)有 毒性，但是在生產(chǎn)過(guò)程中使用的原料之一全氟辛 酸銨 (PFOA) 被認(rèn)為可能具有致癌作用。 聚四氟乙烯（ Teflon 或 PTFE ） , 俗稱(chēng) “ 塑料王 ” ，中文商品名 “ 鐵氟龍 ” 、 “ 特氟龍 ” 、 “ 特富隆 ” 、 “ 泰氟龍 ” 等。它 是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤(rùn)滑不粘性、 電絕緣性和良好的抗老化耐力。能在 +250 ℃至 -180 ℃的溫度下長(zhǎng)期工作，除熔融金屬鈉和液氟外，能耐其 它一切化學(xué)藥品，在王水中煮沸也不起變化。 用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。一般應(yīng)用于性能要求較高的耐腐蝕的管道、 容器、泵、閥以及制雷達(dá)、高頻通訊器材、無(wú)線(xiàn)電器材等。分散液可用作各種材料的絕緣浸漬液和金屬、 玻璃、陶器表面的防腐圖層等。各種聚四氟圈、聚四氟墊片、聚四氟盤(pán)根等廣泛用于各類(lèi)防腐管道法蘭密 封。此外，也可以用于抽絲，聚四氟乙烯纖維 —— 氟綸（國(guó)外商品名為特氟綸） 。 目前，各類(lèi)聚四氟乙烯制品已在化工、機(jī)械、電子、電器、軍工、航天、環(huán)保和橋梁等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中起 到了舉足輕重的作用。 聚四氟乙烯 (PTFE) 使用條件行業(yè) 化工、石化、煉油、氯堿、制酸、磷肥、制藥、農(nóng)藥、化纖、染化、焦 化、煤氣、有機(jī)合成、有色冶煉、鋼鐵、原子能及高純產(chǎn)品生產(chǎn)（如離子膜電解） ，粘稠物料輸送與操作， 衛(wèi)生要求高度嚴(yán)格的食品、飲料等加工生產(chǎn)部門(mén)。 介質(zhì) 氫氟酸、磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、各種有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、強(qiáng)氧化劑以及其它各種強(qiáng)腐蝕性化學(xué)介 質(zhì)。 溫度 -20 ～ 250 ℃，允許驟冷驟熱，或冷熱交替操作。 -20 ～ 250 ℃（ -4 ～＋ 482° F ） 壓力 -0.1 ～ 6.4Mpa （全負(fù)壓至 64kgf/cm2 ） -0.1 ～ 6.4Mpa （ Full vacuum to 64kgf/cm2 ） 耐高溫 —— 使用工作溫度達(dá) 250 ℃。 耐低溫 —— 具有良好的機(jī)械韌性；即使溫度下降到 -196 ℃，也可保持 5% 的伸長(zhǎng)率。 耐腐蝕 —— 對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑。 耐氣候 —— 有塑料中最佳的老化壽命。 高潤(rùn)滑 —— 是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。 不粘附 —— 是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)。 無(wú)毒害 —— 具有生理惰性，作為人工血管和臟器長(zhǎng)期植入體內(nèi)無(wú)不良反應(yīng)。 聚四氟乙烯相對(duì)分子質(zhì)量較大， 低的為數(shù)十萬(wàn)， 高的達(dá)一千萬(wàn)以上， 一般為數(shù)百萬(wàn) （聚合度在 104 數(shù)量級(jí)， 而聚乙烯僅在 103 ） 。一般結(jié)晶度為 90 ～ 95 ％，熔融溫度為 327 ～ 342 ℃。聚四氟乙烯分子中 CF2 單元按 鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的 CF2 單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個(gè) 螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。 溫度低于 19 ℃時(shí)，形成 13 ／ 6 螺旋；在 19 ℃發(fā)生相變，分子稍微解開(kāi)，形成 15 ／ 7 螺旋。 雖然在全氟碳化合物中碳 - 碳鍵和碳 - 氟鍵的斷裂需要分別吸收能量 346.94 和 484.88kJ ／ mol ，但聚四氟乙 烯解聚生成 1mol 四氟乙烯僅需能量 171.38kJ 。所以在高溫裂解時(shí)，聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚 四氟乙烯在 260 、 370 和 420 ℃時(shí)的失重速率（％）每小時(shí)分別為 1× 10-4 、 4× 10-3 和 9× 10-2 ?？梢?jiàn)，聚四氟乙烯可在 260 ℃長(zhǎng)期使用。由于高溫裂解時(shí)還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等，所以要特別 注意安全防護(hù)并防止聚四氟乙烯接觸明火。 力學(xué)性能 它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的 1 ／ 5 ，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟 - 碳鏈分子間作 用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。 它在 250 ℃的溫度下不熔化，在 -260 ℃的超低溫中不發(fā)脆。聚四氟乙烯光滑異常，連冰都比不過(guò)它；它絕 緣性能特別好，報(bào)紙厚的一層薄膜，便足以抵擋 1500V 的高壓電。 聚四氟乙烯在 -196 ～ 260 ℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能，全氟碳高分子的特點(diǎn)之一是在低溫 不變脆。 耐化學(xué)腐蝕和耐候性 除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、 鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無(wú)變化，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在 300 ℃以上稍溶于全 烷烴（約 0.1g ／ 100g ） 。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，對(duì)氧、紫外線(xiàn)均極穩(wěn)定，所以具有優(yōu)異的耐候性。 電性能 聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低， 而且擊穿電壓、 體積電阻率和耐電弧 性都較高。 耐輻射性能 聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（ 104 拉德） ，受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學(xué) 性能均明顯下降。 聚合 聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。 工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進(jìn)行的， 用以 分散反應(yīng)熱，并便于控制溫度。聚合一般在 40 ～ 80 ℃， 3 ～ 26 千克力／厘米 2 壓力下進(jìn)行，可用無(wú)機(jī)的過(guò) 硫酸鹽、有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時(shí)放熱 171.38kJ 。分 散聚合須添加全氟型的表面活性劑，例如全氟辛酸或其鹽類(lèi)。 應(yīng)用 聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型；也可制成水分散液，用于涂層、浸漬或制成纖維。聚四氟乙 烯在原子能、航天、電子、電氣、化工、機(jī)械、儀器、儀表、建筑、紡織、食品等工業(yè)中廣泛用作耐高低 溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等。 耐大氣老化性：耐輻照性能和較低的滲透性：長(zhǎng)期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。 不燃性：限氧指數(shù)在 90 以下。 耐酸堿性：不溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑。 抗氧化性：能耐強(qiáng)氧化劑的腐蝕。 酸堿性：呈中性。 聚四氟乙烯的機(jī)械性質(zhì)較軟。具有非常低的表面能。 聚四氟乙烯 (F4,PTFE) 具有一系列優(yōu)良的使用性能 : 耐高溫 — 長(zhǎng)期使用溫度 200~260 度，耐低溫 — 在 -100 度時(shí)仍柔軟；耐腐蝕 — 能耐王水和一切有機(jī)溶劑；耐氣候 — 塑料中最佳的老化壽命；高潤(rùn)滑 — 具有塑料中 最小的摩擦系數(shù)（ 0.04 ） ；不粘性 — 具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)；無(wú)毒害 — 具有生理 惰性；優(yōu)異的電氣性能，是理想的 C 級(jí)絕緣材料。聚四氟乙烯材料，廣泛應(yīng)用在國(guó)防軍工、原子能、石油、 無(wú)線(xiàn)電、電力機(jī)械、化學(xué)工業(yè)等重要部門(mén)。 產(chǎn)品：聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車(chē)削板材。 聚四氟 乙烯是四氟乙烯的聚合物。 英文縮寫(xiě)為 PTFE 。結(jié)構(gòu)式為 。 20 世紀(jì) 30 年代末期發(fā)現(xiàn)， 40 年代投入工業(yè)生 產(chǎn)。性質(zhì) 聚四氟乙烯相對(duì)分子質(zhì)量較大，低的為數(shù)十萬(wàn)，高的達(dá)一千萬(wàn)以上，一般為數(shù)百萬(wàn)（聚合度在 104 數(shù)量級(jí)，而聚乙烯僅在 103 ） 。一般結(jié)晶度為 90 ～ 95 ％，熔融溫度為 327 ～ 342 ℃。聚四氟乙烯分子中 CF2 單元按鋸齒形狀排列， 由于氟原子半徑較氫稍大， 所以相鄰的 CF2 單元不能完全按反式交叉取向， 而 是形成一個(gè)螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的 各種性能。溫度低于 19 ℃時(shí)，形成 13 ／ 6 螺旋；在 19 ℃發(fā)生相變，分子稍微解開(kāi)，形成 15 ／ 7 螺旋。 雖然在全氟碳化合物中碳 - 碳鍵和碳 - 氟鍵的斷裂需要分別吸收能量 346.94 和 484.88kJ ／ mol ，但聚四氟乙 烯解聚生成 1mol 四氟乙烯僅需能量 171.38kJ 。所以在高溫裂解時(shí)，聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚 四氟乙烯在 260 、 370 和 420 ℃時(shí)的失重速率（％）每小時(shí)分別為 1× 10-4 、 4× 10-3 和 9× 10-2 ?？梢?jiàn)，聚 四氟乙烯可在 260 ℃長(zhǎng)期使用。由于高溫裂解時(shí)還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等，所以要特別 注意安全防護(hù)并防止聚四氟乙烯接觸明火。 力學(xué)性能 它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的 1 ／ 5 ，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟 - 碳鏈分子間作 用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。 聚四氟乙烯在 -196 ～ 260 ℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能，全氟碳高分子的特點(diǎn)之一是在低溫 不變脆。 耐化學(xué)腐蝕和耐候性 除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、 鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無(wú)變化，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在 300 ℃以上稍溶于全 烷烴（約 0.1g ／ 100g ） 。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，對(duì)氧、紫外線(xiàn)均極穩(wěn)定，所以具有優(yōu)異的耐候性。 電性能 聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低， 而且擊穿電壓、 體積電阻率和耐電弧 性都較高。 耐輻射性能 聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（ 104 拉德） ，受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學(xué) 性能均明顯下降。 聚合 聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。 工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進(jìn)行的， 用以 分散反應(yīng)熱，并便于控制溫度。聚合一般在 40 ～ 80 ℃， 3 ～ 26 千克力／厘米 2 壓力下進(jìn)行，可用無(wú)機(jī)的過(guò) 硫酸鹽、有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時(shí)放熱 171.38kJ 。分 散聚合須添加全氟型的表面活性劑，例如全氟辛酸或其鹽類(lèi)。 膨脹系數(shù)（ 25 ～ 250 ℃） 10 ～ 12× 10-5/ ℃