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聚四氟乙烯的性能及用途

        聚四氟乙烯(PTFE)以其優異的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,已在化工、石油、紡織、電子電氣、醫療、機械等領域獲得了廣泛應用。

        在氟塑料中聚四氟乙烯(PTFE)的消耗量最大,用途最廣,是氟塑料中的一個重要品種。PTFE具有優異的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,有“塑料王”之美稱。該材料開始是為國防和尖端技術需要而開發的,而后逐漸推廣到民用,其用途涉及航空航天和民用的許多方面,目前在其應用領域已成為不可或缺的材料。

        PTFE的性能特點
        PTFE是由四氟乙烯單體聚合而成的聚合物,是一種類似于PE的透明或不透明的蠟狀物,其密度為2.2g/cm3,吸水率小于0.01%。它的化學結構與PE相似,只是聚乙烯中的全部氫原子都被氟原子所取代。由于C-F鍵鍵能高,性能穩定,因而其耐化學腐蝕性好,能夠承受除了熔融的堿金屬、氟化介質以及高于300℃的氫氧化鈉之外的強酸(包括王水),以及強氧化劑、還原劑和各種有機溶劑的作用;PTFE分子中F原子對稱,C-F鍵中兩種元素以共價鍵結合,分子中沒有游離的電子,使整個分子呈中性,因此它具有優良的介電性能,而且其電絕緣性不受環境及頻率的影響。它的體積電阻大于1017健m,介電損耗小,擊穿電壓高、耐電弧性好,能在250℃的電氣環境下長期工作;因PTFE分子結構中沒有氫鍵,結構對稱,所以它的結晶度很高(一般結晶度為55%~75%,有時高達94%),使PTFE 耐熱性能極好,其熔融溫度為324℃,分解溫度為415℃,最高使用溫度為250℃,脆化溫度為-190℃,熱變形溫度(0.46MPa條件下)為120℃。PTFE的力學性能良好,其拉伸強度為21~28MPa,彎曲強度為11~14MPa,伸長率為250%~300%,對鋼的動靜摩擦系數均為0.04,比尼龍、聚甲醛、聚酯塑料的摩擦系數都小,具體數值見表1。

 純PTFE強度低、耐磨性差以及耐蠕變性不好,通常要在PTFE聚合物中添加一些無機顆粒,如石墨、二硫化鉬、三氧化二鋁、玻纖、碳纖維等來提高其力學性能;也可利用與其他聚合物如聚苯酯(PHB)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚全氟(乙烯/丙烯)共聚物(PFEP)等共混的方法來擴展其阻尼溫度范圍,提高其耐蠕變性。

        PTFE的用途
        PTFE獨特的性能使其在化工、石油、紡織、食品、造紙、醫學、電子和機械等工業和海洋作業領域都有著廣泛的應用。
        1、防腐蝕性能的應用
        由于橡膠、玻璃、金屬合金等材料在耐腐蝕方面存在缺陷,難以滿足條件苛刻的溫度、壓力和化學介質共存的環境,由此造成的損失相當驚人。而PTFE材料以其卓越的耐腐蝕性能,業已成為石油、化工、紡織等行業的主要耐腐蝕材料。其具體應用包括:輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管,軋鋼機高壓油管,飛機液壓系統和冷壓系統的高中低壓管道,精餾塔、熱交換器,釜、塔、槽的襯里,閥門等化工設備。

        密封件的性能好壞對整個機器設備的效率與性能都有很大的影響。PTFE材料具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦系數及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性使其非常適合應用于制造耐腐蝕要求高,使用溫度高于100℃的密封件。如機器、熱交換器、高壓容器、大直徑容器、閥門、泵的槽形法蘭的密封件,玻璃反應鍋、平面法蘭、大直徑法蘭的密封件,軸、活塞桿、閥門桿、蝸輪泵、拉桿的密封件等等。

 2、低摩擦性能在載荷方面的應用
        由于有的設備的摩擦部分不宜加油潤滑,比如在潤滑油脂會被溶劑溶解而失效的場合或者造紙、制藥、食品、紡織等工業領域的產品需要避免潤滑油沾污,這就使填充PTFE材料成為機械設備零件無油潤滑(直接承受載荷)的最理想材料。這是因為該材料的摩擦系數是已知固體材料中最低的。其具體用途包括用于化工設備、造紙機械、農業機械的軸承,用作活塞環、機床導軌、導向環;在土木建筑工程廣泛用作橋梁、隧道、鋼結構屋架、大型化工管道、貯槽的支承滑塊,以及用作橋梁支座和架橋轉體等。

        3、在電子電氣方面的應用
        PTFE材料固有的低損耗與小介電常數使其可做成漆包線,以用于微型電機、熱電偶、控制裝置等;PTFE薄膜是制造電容器、無線電絕緣襯墊、絕緣電纜、馬達及變壓器的理想絕緣材料,也是航空航天等工業電子部件不可缺少的材料之一;利用氟塑料薄膜對氧氣透過性大,而對水蒸汽的透過性小的這種選擇透過性,可制造氧氣傳感器;利用氟塑料在高溫、高壓下發生極向電荷偏離現象的特性,可制造麥克風、揚聲器、機器人上的零件等;利用其低折射率的特性,可制造光導纖維。

        4、在醫療醫藥方面的應用
        膨體PTFE材料是純惰性的,具有非常強的生物適應性,不會引起機體的排斥,對人體無生理副作用,可用任何方法消毒,且具有多微孔結構,從而可用于多種康復解決方案,包括用于軟組織再生的人造血管和補片以及用于血管、心臟、普通外科和整形外科的手術縫合。

 5、防粘性能的應
        PTFE材料具有固體材料中極小的表面張力,不粘附任何物質,同時還具有耐高低溫優良的特性,從而使其在諸如制造不粘鍋的防粘方面的應用非常廣泛。其防粘工藝主要包括兩種:把PTFE部件或薄片安裝在基體上,以及把PTFE涂層或與玻璃復合的漆布經過熱收縮而套在基材上。

        隨著材料應用技術的不斷發展,PTFE材料的三大缺點:冷流性、難焊接性、難熔融加工性正在逐漸被克服,從而使它在光學、電子、醫學、石油化工輸油防滲等多種領域的應用前景更加廣闊。

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