聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列优良的使用性能:耐高温—长期使用温度200~260度,耐低温—在-100度时仍柔软;耐腐蚀—能耐王水和一切**溶剂;耐气候—塑料中较佳的老化寿命;高润滑—具有塑料中较小的摩擦系数(0.04);不粘性—具有固体材料中较小的表面张力而不粘附任何物质;无毒害—具有生理惰性;优异的电气性能,是理想的C级绝缘材料,报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压;比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料,广泛应用在***、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。
聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。结构式为:CF3(CF2CF2)nCF3。20世纪30年代末期发现,40年代投入工业生产。性质 聚四氟乙烯相对分子质量较大,低的为数十万,高的达一千万以上,一般为数百万(聚合度在104数量级,而聚乙烯仅在103)。一般结晶度为90~95%,熔融温度为327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列,由于氟原子半径较氢稍大,所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向,而是形成一个螺旋状的扭曲链,氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19℃时,形成13/6螺旋;在19℃发生相变,分子稍微解开,形成15/7螺旋。
虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高温裂解时,聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率(%)每小时分别为1×10-4.4×10-3和9×10-2。可见,聚四氟乙烯可在 260℃长期使用。由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等,所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。
【PTFE】聚四氟乙烯的缺点和改进
尽管聚四氟乙烯材料性能稳定,特性优异,但是还是存在一些缺点需要改进。
(1)聚四氟乙烯具有“冷流性”。即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形(蠕变),这给它的应用带来一定的限制。如当PTFE用作密封垫时,为密封严密而把螺栓拧得很紧,以致**过特定的压缩应力时,会使垫圈产生“冷流”(蠕变)而被压扁。
这些缺点可通过加入适当的填料及改进零件结构等方法来克服。
(2)聚四氟乙烯的熔体粘度很高,在高温下也不流动。它在熔点(327℃)以上,熔体粘度达到1 010 Pa.s,即使加热到分解温度也不流动。
这就使它不能采用一般热塑性塑料的成型方法,而要采用类似粉末冶金那样的烧结方法成型。
(3)PTFE具有**的不粘性,限制了其工业上的应用。它是较好的防粘材料,这种性能又使它与其他物件的表面粘合较为困难。
在某些需要润滑的工况下可使用四氟材料。或者使用化学钠化的方式,破坏四氟表面能,使其可粘。
(4)PTFE的导热系数低,导热性能较差,这不仅妨碍它用作轴承材料,而且使得制造厚壁制品时不能淬火。
但是这也使其成为很好的隔热材料,在四氟中填充金属或者其他材料可以改善导热性。
(5)PTFE的线膨胀系数为钢的10~20倍,比多数塑料大,其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化。在应用PTFE时,如果对这方面性能注意不够,很容易造成损失。
填充其他材料可以改善线彭系数,不然在使用和加工的时候要严格控制温度这个变量,较好是能得到厂家的专业指导。
(6)在400℃以上加热时,聚四氟乙烯的裂解速度逐渐加快,分解产物主要是四氟乙烯、全氟丙烯和八氟环丁烷。在475℃ 以上,分解产物有较少量剧毒的全氟异丁烯。注意加热温度不能**过400℃,且实验室要有良好的通风系统,利于排除毒性气体。
因此一般四氟的工况不**过260℃,对于有压力的情况下,温度更要适度降低。