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[材料介绍 ] 不止PTFE,氟塑料家族兄弟全曝光

P: 2020-04-29 20:48:40

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提起氟塑料,大多数人都知道塑料王,PTFE。我们了解氟塑料要从它的源头说起,萤石又称氟石,其化学成分为氟化钙(CaF2),通常为黄、绿、蓝、紫等色,玻璃光泽,硬度4,萤石的熔点较低,为1270-1360℃,它是氟化工的基础资源。


图:萤石


萤石和硫酸反应生成氢氟酸,用无水氢氟酸使三氯甲烷氟化,反应温度在65℃以上,用五氯化锑为催化剂,最后用热裂法制成四氟乙烯。除了四氟乙烯(TFE)之外,类似的办法可以生产六氟丙烯(HFP)、偏氟乙烯(VDF)、三氟氯乙烯(CTFE)等。


氟树脂之父罗伊·普朗克特1936 年在美国杜邦公司开始研究氟利昂的代用品,他们收集了部分四氟乙烯储存于钢瓶中,准备第二天进行下一步的实验,可是当第二天打开钢瓶减压阀后,却没有气体溢出,他们以为是漏气,可是将钢瓶称量时,发现钢瓶并没有减重。他们锯开了钢瓶,发现了大量的白色粉末,这是聚四氟乙烯。含氟的高分子主要有氟树脂、氟橡胶、氟涂料,见下图:



大部分朋友都知道PTFE,Teflon是杜邦(现在为科慕)的商品名,中文名“特氟隆 ”、“特氟龙 ”、“特富隆”、“泰氟龙”。其实Teflon不只是杜邦PTFE商品名,也是杜邦其他氟聚合物商品名,如FEP树脂和PFA。而含氟常见的塑料其实还有:PFA、FEP、ETFE、ECTFE、PVDF、PCTFE等,见下表:



如果我们学习通用塑料结构是从PE(聚乙烯)开始,那么掌握氟塑料的结构要用聚四氟乙烯开始;从结构式来看,PFA侧链结构跟PTFE来比较就是多了侧链,如—OC3F7。FEP则是侧链是CF3,四氟乙烯与六氟丙烯聚合。如果四氟乙烯和乙烯共聚,则是ETFE;如果三氟氯乙烯与乙烯共聚,则是 ECTFE;另外,如果TFE一侧的F被H取代,则是PVDF;如果TFE一个F被Cl取代,则是PCTFE。


下面我们来介绍下常见的氟塑料:

一、 PTFE


特种塑料之一——聚四氟乙烯(塑料王)


聚四氟乙烯(英文缩写为Teflon或[PTFE,F4]),被美誉“塑料王”,中文商品名“铁氟龙”、“特氟隆”(teflon)、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,其结构简式为-[-CF2-CF2-]n-


耐高温——使用工作温度达250℃。


耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃,也可保持5%的伸长率。


耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸、强碱、水和各种有机溶剂。


耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。


高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。


不粘附——是固体材料中最小的表面张力,不粘附任何物质。


无毒害——具有生理惰性,作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。

聚四氟乙烯它本身对人没有毒性,但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。


具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性;是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一,除熔融金属钠和液氟外,能耐其它一切化学药品,在王水中煮沸也不起变化,广泛应用于各种需要抗酸、碱和有机溶剂的器件。


聚四氟乙烯的用途:


用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。



各种聚四氟圈、聚四氟垫片、聚四氟盘根等广泛用于各类防腐管道法兰密封。


此外,也可以用于抽丝,聚四氟乙烯纤维——氟纶(国外商品名为特氟纶)



分散液可用作各种材料的绝缘浸渍液和金属、玻璃、陶器表面的防腐涂层等。



一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。



二、 PFA




1972年,美国杜邦公司开发了四氟乙烯(TFE)和全氟丙基乙烯醚(PPVE)的共聚物,商品名为Teflon PFA,系全氟烷氧基共聚物。此后,日本大金公司(Neoflon PFA)、旭硝子公司(Flon PFA)、欧洲泰良公司(Dyneon PFA)都相继开发了自己的PFA产品,并在市场上占有一定份额。



PFA通常以颗粒或粉末形式存在,它的性能与聚四氟乙烯(PTFE)相近,但它可以采用热塑性树脂的加工方法,所以又被称为可熔融聚四氟乙烯。



PFA塑料为少量全氟丙基全氟乙烯基醚 与聚四氟乙烯 的共聚物。熔融粘结性增强,溶体粘度下降,而性能与聚四氟乙烯相比无变化。此种树脂可以直接采用普通热塑性成型方法加工成制品。适于制作耐腐蚀件,减磨耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件,高温电线、电缆绝缘层,防腐设备、密封材料、泵阀衬套,和化学容器。


为少量全氟丙基全氟乙烯基醚 与聚四氟乙烯的共聚物。熔融粘结性增强,溶体粘度下降,而性能与聚四氟乙烯相比无变化。此种树脂可以直接采用普通热塑性成型方法加工成制品。


长期使用温度-196--260度,有卓越的耐化学腐蚀性,对所有化学品都耐腐蚀,摩擦系数在塑料中最低,还有很好的电性能,其电绝缘性不受温度影响,有“塑料王”之称。


其耐化学药品性与聚四氟乙烯相似,比偏氟乙烯好。


其抗蠕变性和压缩强度均比聚四氟乙烯好,拉伸强度高,伸长率可达100-300%。介电性好,耐辐射性能优异。阻燃性达V0级。


适于制作耐腐蚀件,减磨耐磨件、密封件、绝缘件和医疗器械零件。


高温电线、电缆绝缘层,防腐设备、密封材料、泵阀衬套,和化学容器。

“PTFE”和“PFA”的区别



外观:PFA半透明、PTFE纯白色不透明。


耐温度:PFA  -200度-+260度、PTFE-200度-+250度。


原材料形状:PFA的是料粒状,PTFE是粉状。


三、PVDF


聚氟乙烯是什么材料?聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,英文缩写PVDF),主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物,它兼具氟树脂和通用树脂的特性,其树脂本身具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外,还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能,因此被广泛应用于压电薄膜、太阳能背板膜、锂电池隔膜等高端功能性薄膜。



国外:PVDF主要生产企业有阿科玛、索尔维、Dyneon、吴羽、大金等。2017年,国外PVDF总产能约为3.67万吨/年。2018年,阿科玛美国扩能20%。全球PVDF在石油化工和建筑涂料领域需求稳定增长,而用于锂电池和半导体工业的柔性管道方面将快速增长,年需求增长率超过20%。



国内:PVDF从2014年开始快速增长,截止2017年底全国总产能已达8.1万吨/年。主要生产企业为浙江巨化、三爱富、阿科玛等。



四、FEP




聚全氟乙丙烯(FEP)树脂是四氟乙烯(TFE)与六氟丙烯(HFP)的共聚物,六氟丙烯的含量约16%左右,是聚四氟乙烯的改性材料。


FEP树脂具有类似聚四氟乙烯(PTFE)的优良性能,同时具有热塑成型的特点。


FEP 熔点温度为260±5℃,相对密度为2.12-2.17,具有化学惰性耐酸耐碱,优良的耐候性(使用温度区间-80~200℃),在很宽的温度和频率范围内具有较低的介电常数,以及不燃、磨擦系数低等性能。


FEP树脂根据加工需要分为粒料、分散液和粉料三种。其中,粒料按其熔融指数的不同可分为模压、挤出和注塑成型用;分散液供浸渍烧结用;粉料供静电喷涂、模压等用。



FEP树脂可通过模塑、挤塑加工为管材和化学设备的内村、滚筒的面层及各种电线和电缆,如飞机挂钩线、增压电缆、报警电缆、扁形电缆和油井测井电缆。


在5G通讯时代,FEP薄膜也被广泛研究应用于FCCL绝缘层。


1、结晶度


FEP树脂是一种结晶性高聚物,其结晶度低于PTFE。当熔融的FEP树脂缓慢冷却到晶体熔点以下温度时,结晶度较大,在 50%~60%之间;当熔体以淬火方式迅速冷却时,结晶度较小,在 40%~50%之间。FEP树脂为球晶结构,其结构会因树脂的加工温度、热处理方式而存在一定的差异。


2、力学性能 


FEP树脂的硬度及抗拉强度与聚四氟乙烯相比,略有提高,摩擦系数也比聚四氟乙烯略大。常温条件下,FEP树脂具有较好的耐蠕变性能;但温度高于 100℃后,FEP树脂的耐蠕变性能反而不及聚四氟乙烯。


3、电绝缘性能 


FEP树脂的电绝缘性能和聚四氟乙烯十分相近。介电系数在很宽的温度和频率范围(-80~200℃,50~1010Hz)内基本保持不变;介质损耗角正切随频率的变化而变化,但受温度影响变化不大。


FEP树脂的体积电阻率很高,一般大于1015Ω.m,且随温度变化甚微,也不受水和潮气的影响。耐电弧大于165s。


FEP树脂的击穿场强随厚度的减少而提高,当厚度大于1mm 时,击穿场强在 30KV/mm以上,但不随温度的变化而变化。


4、耐化学稳定性


FEP树脂具有优异的耐化学稳定性,其耐化学稳定性与聚四氟乙烯相似。除与高温下的氟元素、熔融的碱金属和三氟化氯等发生反应外,与其他化学药品接触时均不被腐蚀。


5、热稳定性


FEP树脂的耐热性能低于聚四氟乙烯,可在-80~200℃的温度范围内连续使用。即使在-200℃和260℃的极限情况下,其性能也不会恶化,可以短时间使用。


FEP树脂的热分解温度高于熔点温度,在 400℃以上才会发生显著的热分解。但由于FEP树脂中存在微量的不稳定端基在熔点以上温度时也会分解,因此300℃以上进行加工时也必须注意适当的通风。


五、ETFE


乙烯-四氟乙烯共聚物是一种化学物质,ETFE 是最强韧的氟塑料,它在保持了PTFE 良好的耐热、耐化学性能和电绝缘性能的同时,耐辐射和机械性能有很大程度的改善,拉伸强度可达到50MPa,接近聚四氟乙烯的2倍。


ETFE(F-40)氟塑料来源于美国杜邦公司、日本旭硝子、日本大金公司,主要应用于防腐蚀衬里。该材料具有聚四氟乙烯的耐腐蚀特性,同时又有对金属特有的较强粘着特性,克服了聚四氟乙烯对金属的不粘合性缺陷,加之其平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数,使ETFE(F-40)成为和金属的理想复合材料,具有极优良的耐负压特性。



电线被覆不仅在大范围温度下具有绝缘性与稳定的电气特性,而且具有机械强度、反复折曲耐性,是最适合的电线被覆材料



软管/硬管:利用成形表面的平滑性获得非粘着性,可作为高粘度液体运输管使用,十分经济。



各种内衬/表面镀膜产品:几乎不会受到酸、碱、溶剂等任何化学品的侵蚀,不仅在低温及高温状态下,在加减压状况下依然维持优异的性能。



帖 子 奖 罚
songfeiX 奖励 10 金币,5 声望,于 2020-04-30 07:24:15 原因:奖罚

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P: 2020-04-30 09:04:58

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很好

catenary - catenarian 点赞(0) 投诉

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