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聚四氟乙烯板
來源:互聯網

聚四氟[fú]乙烯板(又稱鐵氟龍、特氟龍、teflon、特氟隆、F4等),是指用聚四氟乙烯分散沒藥樹,以有機溶劑為助劑,用模壓法成型的或將模壓法、液壓法成型的毛壞再經車削或滾壓加工而制得的一種板材。該板材分為模壓板(SFB-1)和車削板(SFB-2)兩種。

聚四氟乙烯(PTFE)是由羅伊·普倫基特(Roy J. Plunkett)于1938年4月6日發現的;1944年,杜邦創立了PTEE樹脂的商標“TEFLON”;1946年后,該材料開始被大規模運用。該材料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等特點,其已廣泛用于化工、石油、紡織、電子電氣、醫療、機械以及航空航天等各領域。聚四氟乙烯板適合于-180℃~+250℃溫度下,用作各種腐蝕介質中工作的襯墊、密封件和潤滑材料、以及在各種頻率下使用的電絕緣零件。

聚四氟乙烯無毒害,具有生理惰性,作為人工血管和臟器長期植入體內無不良反應。由于高溫裂解時產生劇毒的副產物氟光氣和全氟異丁烯,使用時注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火,不粘炊具必須要在低于260℃溫度時使用。

簡史

源起

聚四氟乙烯是在化學家們研究制冷劑時發現的。1851年,John Gorrie博士取得“在熱帶氣候中的人工制冰裝置”美國專利權,可以認為該發明是現代家用冰箱的先驅。19世紀末,比利時化學家Swartz建立了把氟引入到有機化合物的化學,使氟碳致冷劑工業首次達到了商業化地步。不過,20世紀初使用的這些制冷劑常常因泄漏而排放出可燃、有毒和令人厭惡的氣體;這種背景下,1928年,通用汽車公司冰箱部要求Midgely和Henne尋找一種無色、無臭、無味、無毒和不燃的致冷劑。兩年后,二人在亞特蘭大美國化學學會會議上提出一篇論文,指出某些氯氟碳化合物具有獨特的性能,可用作致冷劑。

發現

1932年,羅伊·普倫基特(Roy J. Plunkett)(F4發現者)從曼徹斯特大學畢業,主修化學專業;同年秋,其進入俄亥俄州州立大學研究院,4年后獲得有機化學哲學博士學位。普倫基特畢業后進入杜邦,在杰克遜實驗室當一名化學研究者,被分配從事氟碳方面的工作,開發CClF2CClF2致冷劑的代用品。1938年4月6日,普倫基特在制備測試CClF2CHF2的過程中,先通過化學反應制備了約100磅的四氟乙烯(TEE),因實驗過程中需要弄清TEE用量及是否用完,他和助手偶然發現了鋼瓶內壁的白色粉末。經過幾周的實驗室試驗,證明了這些白色粉末是TEE按某種方式聚合所得。后來,普倫基特與杜邦公司聯系,該公司表示對聚合物有很大興趣,且其在短時間內開發了PTEE的加工和應用的實驗室工藝技術。

發展

第二次世界大戰時期,曼哈頓計劃的早期階段需要一種改進材料,用在生產和處理UF6裝置中,作為墊片、密封和襯里,PTEE較為符合需要,杜邦對其研究繼續進行,并建立了生產和提純TEE、把TEE聚合成PTEE、把聚合物加工成實用型材的中試工廠,PTEE優異的性能使之在二次世界大戰期間被列為軍需品,最初的用途是火炮炮彈近發引信的錐休包覆材料。由于軍事和其它的政府利益,后來人們才知道1941年2月4日,美國專利及商標局批準了普倫基特的PTEE合成材料專利。1944年,杜邦公司創立了PTEE沒藥樹的商標“TEFLON”。1946年解密后,普倫基特發表了敘述PTEE的化學、生產和加工工藝技術的論文,美國專利局批準了約30項專利。這一年后,又有大量的PTEE論文被發表,且該材料被大規模開發。1950年,西弗吉尼亞洲帕克斯堡的第一個PTEE工業化工廠投產。

現狀

PTEE制品與人類日常生活密切相關,從燒菜鍋到電線絕緣和汽車墊片,從防污水布到天棚屋頂,從滑雪服、航天服到營救生命的人體器官。具有異常性能和用途的PTEE成為推動現代經濟手段的組成部份,影響著建筑、醫藥、能源、環境保護、防火、宇宙飛船、電子、軍事以及其它各個方面。

分類

聚四氟乙烯板分模壓和車削兩種:模壓板(SFB-1)是由聚四氟乙烯沒藥樹,用模壓法成型,再經燒結冷鄭制成制品。車削板(SFB-2)是由PTFE工程塑料樹脂,經模壓法制成的毛壞,再經車削加工制成制品。

聚四氟乙烯車削板

成型

聚四氟乙烯車削板由聚四氟乙烯樹脂經壓坯、燒結、旋切而成。

產品

聚四氟乙烯車削板用途廣,具有極為優越的綜合性能。用于各種介質中工作的襯墊密封件和潤滑材料,以及在各種頻率下使用的電絕緣件。電容器介質、導線絕緣、電器儀表絕緣等。

規格

寬度50mm~2200mm,厚度0.3mm~8mm以內。

聚四氟乙烯模壓板

聚四氟乙烯模壓板材采用懸浮聚四氟乙烯樹脂模壓加工成型;其板材具有良好的耐腐蝕性,耐老化性,摩擦系數極低,使用范圍廣。

成型

PTFE工程塑料樹脂與添加劑混合后,放入模具中壓實,再通過一定的壓力,模具保持在一定的溫度,經過一定的時間,粉末壓實后聚結在一起形成聚四氟乙烯的坯料后,將坯料取出,放在燒結爐中加熱至熔點,使聚四氟乙烯樹脂的顆粒熔化成一個整體,冷卻后制成半成品或成品。但是這種方法產量很低,而且在燒結的過程中產品的尺寸變化非常大,只適用于大型半成品或簡易產品的加工制作。

產品

適用于各種腐蝕性介質下工作的反應釜、貯槽、閥門和容器的襯里、襯墊等;可作防腐管道的內襯,防腐筒的包覆,機械滑動道軌的無油潤滑和減磨防粘材料;可制成各種頻率下使用的絕緣件等氟塑料中數量最大、用途最廣的品種;建筑業多用做樓梯墊板或導滑塊。

規格

性質

聚四氟乙烯,英文名稱為polytetrafluoroethylene(PTFE),中文別稱為特氟隆,英文別稱為teflon,其分子式:(CF)n,結構式為-[-CF2-CF2-]n-。

物理性質

聚四氟乙烯為白色粉狀或粒狀半透明結晶,結晶度90%~95%。其有兩個相轉變點,第一個相變在約19℃,第二個轉變(包括結晶相)發生在約30℃。熔點327℃,沸點400℃,低溫不變脆,在-196~260℃的較廣溫度范圍內均保持優良的力學性能。折射率1.35,密度2.1~2.3g/cm(固體)。不吸濕,不溶于強酸、強堿和有機溶劑(包括魔酸,即氟梯磺酸)。表面張力非常小,不粘附任何物質,有良好的非粘著性和絕緣性。

化學性質

聚四氟乙烯具有良好的耐熱性、耐候性和耐化學腐蝕性。除熔融和液氟外,能耐其他一切化學藥品,包括強酸、強堿、王水強氧化劑的腐蝕。在水中煮沸也不起變化。不受強酸和強堿影響。耐熱性好,工作溫度250~269℃,加熱至415℃時,即緩緩分解,聚四氟乙烯在500攝氏度左右的完全熱分解產物有四氟乙烯、六氟丙烯和八氟環丁烷,這些產物在高溫時會分解出高腐蝕性的含氟氣體。全氟碳化合物中碳一碳鍵和碳一氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94kJ/mol和484.88kJ/mol,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,聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。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,其電性能和力學性能均明顯下降。

理化指標

聚四氟乙烯相對分子質量較大,低的為數十萬,高的達一千萬以上,一般為數百萬(聚合度在104數量級,而一般聚乙烯僅在10)。HG/T2899—1997《聚四氟乙烯材料命名》規定聚四氟乙烯按聚合方法、加工方法、擠出壓力、平均粒徑、體積密度、填料種類等特征進行命名,分為懸浮聚合、分散聚合,有模塑、擠出和其他加工方法,粒度分為<10μm,10~100um,101~300μm,301~700um,>700um等五種規格,體積密度分為600g/L,601~800g/L,V800g/L三種規格。有本色料,帶填料有玻璃纖維、石墨、青銅、二硫化鋁和碳纖維五種。

性能參數

優點

優良的耐高低溫性能

它是發現最早、生產量最大的耐高、低溫塑料,能在250℃下長期使用,在300℃下短期使用,它能長期使用的溫度范圍為-200~250℃。

優良的耐化學腐蝕性

它在強酸王水中、強堿濃氫氧化鈉中,以及原子能工業中的強腐蝕劑五氟化軸中都不被分解,不溶于任何溶劑。

摩擦系數低

它的摩擦系數比兩塊磨得最光滑的不銹鋼的摩擦系數小一半,磨損量只是它的1%。

優異的介電性能

一片0.25mm厚的薄膜,就能耐500V的高壓,比尼龍的介電強度高1倍。

缺點

F4的耐輻射性能較差(104拉德),受高能輻射后引起降解,其電性能和力學性能均明顯下降。聚四氟乙烯板的力學性能低,不能單獨作為結構材料使用,且在無壓力作用下,其連續使用溫度小于260℃。

相關參數

外觀

聚四氟乙烯板外表應平整、質地均勻,不允許有裂紋、泡、分層和機械損傷;允許有輕微云斑狀的松緊現象;允許在10×10(厘米)2的面積上存在直徑小于或等于2.毫米雜質2個。聚四氟乙烯車削板面的刀痕和波紋不得影響性能指標。

應用領域

材料用途

F4的強度較低,但加填料后能提高其機械強度,并且硬度也能增加3倍。由于聚四氟乙烯耐高、低溫,因此可用作輸送液氫管道的墊圈和軟管、宇宙飛行員登月服的防火涂層。用石墨礦填充的聚四氟乙烯,能作壓縮機無油潤滑活塞環,使用壽命可達15000h;用青銅填充的四氟乙烯,可做軸承罩軸瓦、軸承墊、公路和鐵路橋梁的滑動襯墊。另外,由于聚四氟乙烯有優良的耐腐蝕性能,故可用作化工廠的高溫輸送管道、石油化工管件的接頭、丁字彎管接頭、防腐襯墊、元素電解槽的電極隔板,還可做成耐高溫的微小電容器

板材用途

由于F4PTFE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等特點,其已廣泛用于化工、石油、紡織、電子電氣、醫療、機械以及航空航天等各領域,在上述應用領域已成為不可或缺的材料。聚四氟乙烯板適合于-180℃~+250℃溫度下,用作各種腐蝕介質中工作的襯墊、密封件和潤滑材料、以及在各種頻率下使用的電絕緣零件。

毒性與防護

聚四氟乙烯無毒害,具有生理惰性。由于高溫裂解時產生劇毒的副產物氟光氣和八氟異丁烯,使用時注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火,不粘炊具必須要在低于260℃溫度時使用。其生產加工助劑全氟辛酸(PerfluorooctanoicAcid,PFOA,或稱為“C8”)有毒,為2B類致癌物,PFOA會殘留于人體短至四年,長達半生的時間,可以導致腎癌、睪丸癌、潰瘍性結腸炎、高膽固醇、先兆子癇等。

參考資料 >

中國PTFE發展現狀綜述.中國氟硅有機材料工業協會官方網站.2023-12-06

揚中鐵氟龍塑膠有限公司.揚中鐵氟龍塑膠官網.2023-12-13

聚四氟乙烯模壓板的產品介紹.德創PTEE官網.2023-12-13

聚四氟乙烯模壓板.北陽PTEE網站.2023-12-13

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