聚四氟乙烯(PTFE)是目前應(yīng)用最廣泛的一種氟聚合物,是塑料中最耐化學(xué)腐蝕、具有最佳介電性能和寬廣工作溫度范圍的品種,被人們稱為“塑料王”。
PTFE具有耐高溫(可長期在200~260℃的溫度范圍內(nèi)使用)、耐低溫(可在-100℃以下長期使用)、耐腐蝕(具有極高的化學(xué)惰性)、耐氣候(極高的耐大氣老化性能)、高潤滑(具有極小的摩擦系數(shù))、不粘附(表面張力極低,不易粘附)、人體相容性好(具有很好的生理惰性,無毒)、電絕緣性好(絕緣性高,且不受溫度、濕度的影響)等一系列的使用優(yōu)點,PTFE的這些特性,均與其分子構(gòu)型有著密切的關(guān)聯(lián)。
PTFE的分子結(jié)構(gòu)與聚乙烯類似,是一種對稱且沒有支鏈的線型高分子,故分子不顯極性,如下圖所示:
由于分子間未成鍵氟原子之間互相排斥力很大,使得PTFE的碳鏈發(fā)生扭轉(zhuǎn),成為螺旋形結(jié)構(gòu),而氟原子正好把碳原子主鏈完全覆蓋,很好地阻止了碳原子與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。此外,氟碳鍵具有很高的鍵能,為466KJ/mol,是所有化學(xué)單鍵中鍵能最高的,因此PTFE的穩(wěn)定性非常高。
然而,PTFE也存在自身的不足,主要表現(xiàn)為具有冷流性,線性膨脹系數(shù)大,導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蠕變性差以及具有突出的表面不粘性等,PTFE 的這些缺陷使其應(yīng)用在一定程度上受到了限制。
我國是研究和生產(chǎn)PTFE較早的國家之一,但以往主要是以應(yīng)用外國技術(shù)進(jìn)行一些簡單加工為主,深入研究較少,整體生產(chǎn)水平和工藝技術(shù)不高。隨著多年的積累和發(fā)展,尤其是最近的十多年來,我國氟化工行業(yè)技術(shù)水平有了飛速的發(fā)展。國內(nèi)目前有東岳、晨光、三愛富、巨化、梅蘭等14家企業(yè)生產(chǎn)PTFE,生產(chǎn)能力在萬噸以上的有5家。既然PTFE的性能如此特殊,那么它通常運用在哪些領(lǐng)域呢?
化學(xué)領(lǐng)域
PTFE在已知的任何一種液體中,既不溶解也不溶脹,所以PTFE制件在任何腐蝕介質(zhì)中,無論使用多久,尺寸均無變化。PTFE制造的大型薄壁容器廣泛應(yīng)用于使用腐蝕性液體的實驗室及工廠的實際操作中,此外,它還被廣泛地應(yīng)用于密封件、管道內(nèi)襯、泵、閥等。
機械領(lǐng)域
無論何種機械設(shè)備,在運轉(zhuǎn)時互相滑動面都需要潤滑來降低摩擦因數(shù),減少機件的磨損和發(fā)熱,以保證機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)能力、精度和動力消耗。PTFE的低摩擦系數(shù)和自潤滑性,使它大量用于制造軸承、活塞環(huán)、機床導(dǎo)軌和密封材料,但由于其造價較為昂貴,通常被用在精密儀器或者需要耐酸堿的環(huán)境中。
電氣領(lǐng)域
PTFE具有實際上既不取決于溫度和頻率影響的卓越介電性質(zhì),同時又具有極高的熱穩(wěn)定性,所以成為了一種無法替代的電絕緣材料,特別是在高頻高溫以及在潮濕環(huán)境中。
如今多種形式的PTFE材料在電子電氣絕緣領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了重要作用。PTFE玻璃漆布與玻璃布用于制作高溫高頻的絕緣材料,可用在衛(wèi)星通訊及計算機等方面;PTFE薄膜用于制作電容器,作為儀器間的絕緣層、襯墊、電纜等;不同口徑的PTFE薄壁管分別用于引出線套管、熱收縮管及螺旋管、發(fā)電機的絕緣引水管等。
建筑領(lǐng)域
PTFE膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式,它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué)·計算機技術(shù)等為一體,具有很高技術(shù)含量。
通過在超細(xì)玻璃纖維織物上涂PTFE樹脂,PTFE膜材重量輕、強度高、防火難燃、自潔性好,不受紫外線影響、抗疲勞、耐扭曲、耐老化、使用壽命長,具有高透光率,熱吸收量很少的特點。正是因為這種跨時代的膜材料的發(fā)明,使膜結(jié)構(gòu)建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑。
當(dāng)前國外對這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟,生產(chǎn)廠家也很多,如德國Mehler公司、Verseidag公司,日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。
醫(yī)療領(lǐng)域
PTFE具有耐水性、生理惰性以及不粘性,因此在許多組織修復(fù)材料和人工臟器材料中用到,比如人工血管、心臟修補膜等。而且,PTFE最大的優(yōu)點是能用任何方法消毒,用高壓加熱或用各種消毒劑處理均不會變性,因此在縫合線、消毒墊、注射針等醫(yī)療器械中均有廣泛運用。