標籤:聚四氟乙烯

氟塑料是部分或全部氫被氟取代的鏈烷烴聚合物,它們有聚四氟乙烯(PTFE)、全氟(乙烯丙烯)(FEP)共聚物、聚全氟烷氧基(PFA)樹脂、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、乙烯一三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯一四氟乙烯(ETFE)共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)。

1種類

聚四氟乙烯
商品名「鐵氟龍」、「特氟龍」、「特富隆」、「泰氟龍」 、"4F"等,PTFE是由四氟乙烯自由基聚合而製得的一種全氟聚合物,它具有一CF2=CF2一重複單元線性分子結構,是結晶性聚合物,熔點大約為631℃, 密度為2.13—2.19g/CC(克/立方厘米)。 PTFE具有優異的耐化學品性,其介電常數為2.1,損耗因數低,在很寬的溫度和頻率範圍內是穩定的。它從低溫到550V的機械性能都很好。
PTFE抗沖強度高,但拉伸強度、耐磨性、抗蠕變性比其它工程塑料差。有時加入玻璃纖維、青銅、碳和石墨來改善其特殊的機械性能。它的摩擦係數幾乎比任何其它材料都低,具有很高的氧指數。
PTFE可製成粒料、凝結的細粉(0.2微米)和水分散液。粒狀樹脂用於壓塑和柱塞擠塑;細粉可以糊狀擠塑成薄壁材料;分散液可用作塗料和浸漬多孔材料。在美國市場經銷的純的PTEE產品有 Auimont USA公司的 AI-goflo牌、DU POut公司的Teflon牌、ICI AInericas Inc的 FI牌、HOechstCelanese公司的HOSaflon牌。
PTFE具有非常高的熔體粘度,這妨礙了慣用的熔融擠塑或模塑技術的採用。粒狀PTFE的模塑和擠塑方法與粉狀金屬和陶瓷用的方法相似——先壓縮再高溫燒結;細粉需與加工輔料混合(如石腦油)形成糊狀,然後在高壓下擠成薄壁材料,再加熱除掉揮發性的加工助劑,最後燒結。
聚全氟乙丙烯
FEP是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的。
FEP結晶熔化點為580 ℉ ,密度為2.15g/CC(克/立方厘米),它是一種軟性塑料,其拉伸強度、耐磨性、抗蠕變性低於許多工程塑料。它是化學惰性的,在很寬的溫度和頻率範圍內具有較低的介電常數(2.1)。該材料不引燃,可阻止火焰的擴散。它具有優良的耐候性,摩擦係數較低,從低溫到392 ℉ 均可使用。該材料可製成用於擠塑和模塑的粒狀產品,用作流化床和靜電塗飾的粉末,也可製成水分散液。半成品有膜、板。棒和單纖維。美國市場經銷的FEP有DUIPont公司的 Teflon牌、Daikin公司的Neoflo牌、Hoechst Celanese公司的IHoustaflow牌。其主要的用途是用於製作管和化學設備的內村、滾筒的面層及各種電線和電纜,如飛機掛鉤線、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。FEP膜已見用作太陽能收集器的薄塗層。
可溶性聚四氟乙烯
PFA是聚四氟乙烯改性 溫度可以達到260度,全氟烷氧基樹脂
PFA樹脂相對來說是比較新的可熔融加工的氟塑料。
PFA的熔點大約為580 ℉ ,密度為2.13— 2.16g/cc(克/立方厘米)。PFA與 PTFE和FEP相似,但在302℃以上時,機械性能略優於FEP,且可在高達500 ℉ 下的溫度下使用,它的耐化學品性與PTEF相當。PFA的產品形式有用於模塑和擠塑的粒狀產品,用於旋轉模塑和塗料的粉狀產品;其半成品有膜、板、棒和管材。美國市場經銷的PFA樹脂有DUPOut公司的Teflon牌、Daikin公司的Neoflon牌、Ansimont公司的Hthen牌、HOechst Celanese公司的 Hostafl牌。PFA的用途與FEP類似。
聚三氟氯乙烯
PCTFE是三氟氯乙烯自由基引發聚合的帶有主要是重複一CF(cl)—CF單元線性主鏈的產物。
PCTFE是結晶性的高分子,熔點為425 ℉ ,密度為2.13g/cc(克/立方厘米)。
PCTFE在室溫下對大多數活潑的化學品呈惰性,而在212T以上可被少數幾種溶劑溶解,也可被一些溶劑溶脹,尤其是氯化過的溶劑。PCTFE具有優異的阻隔氣體的能力,其膜產品的水蒸汽透過性在所有透明塑料膜中是最低的。其電性能與其它全氟聚合物相似,但介電常數(2.3—2.刀和損耗因數稍高,尤其是在高頻時。PCTFE可製作厚的(1/8英寸)光學透明製件。
PCTFE雖可用熔融加工,但由於熔體粘度高,有降解趨勢導致加工品的性能變壞,故加工困難。
PCTFE樹脂可製成用於模塑和擠塑的粒料。膜厚度為 0.001—0.010英寸,亦可製成棒和管。美國市場上經銷的PCTFE樹脂有3M公司的Kel—FI牌、Daikin公司的Daiflon牌、AlliedlSignal公司的Acfon牌。
乙烯三氟氯乙烯共聚物
ECTFE樹脂是乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物,熔點為464 ℉ ,密度為1.68g/cc(克/立方厘米)。
此材料從低溫到 330T的性能良好,其強度、耐磨性、抗蠕變性大大高於PTEE、FEP和PFA。它在室溫和高溫下耐大多數腐蝕性化學品和有機溶劑。它的介電常數(2.6)低,在很寬的溫度和頻率範圍內性能穩定。ECTFE不著火,可防止火焰擴散,當暴露在火焰中時,將分解成硬質的碳。
ECTFE可製成用於模塑和擠塑的粒料及用於旋轉模塑、流化床塗飾、靜電塗飾的粉狀產品。可在傳統擠塑設備用化學發泡法加工成泡沫狀產品,待別適用於計算機用電線的領域。半成品有膜、板、管和單纖維。 Ausimont USA公司銷售的ECTFE產品牌號為Halar。
在電線和電纜領域,最重要的應用是用於增壓電纜、公共交通車用電纜。火警電纜、陽極保護電纜。注塑產品有塔填料、問和泵零件、接插件、電線接線柱、過濾機殼。ECTFE管的應用有光導纖維的套管、非支撐管、鋼管和增強塑料管的內襯。
ECTFE塗料和內村可防止金屬被環境侵蝕。膜的應用有理電池和隔離方面的應用。單纖維的應用有消油霧器、編織套管、過濾織物。寬幅(48in)以玻璃纖維作背村的ECTFE片材,可用作耐化學品和強度要求高的槽罐的內襯。
乙烯—四氟乙烯共聚物
ETFE是乙烯和四氟乙烯1:1交替共聚物。ETFE熔點為518F,密度為1.70g/CC。 ETFE是一種從低溫到356F具有高抗沖性和機械性能好的堅韌的材料。耐化學品性能、電性能和耐候性與 ECTFE相似,與全氟聚合物相近。該聚合物暴露在火焰中會熔化和分解。 ETFE可製成用於擠塑和模塑的粒料,及用於旋轉模塑、流化床和靜電塗飾的粉末。半成品有膜、棒、管和單纖維。美國市場銷售的ETFE有Du Poutl公司的Tefzel牌、Ansimont USA公司的Hyflon牌、Daikin公司的Neoflon牌。在電線和電纜的應用有飛機用掛釣線、公共交通車和計算機上的背板。注塑產品有泵、間和其它化工設備的部件,包裝物,塔填料,電器零件。
聚偏氟乙烯
PVDF是偏二氟乙烯高分子量的聚合物,它屬於結晶性材料,熔點為338F,密度為 1.78g/CC。其強度、耐磨性和抗蠕變性比 PTFE、FEP和 PFA高得多;耐大多數化學品和溶劑,以及氧化劑如液體溴和溴鹽溶液;具有良好的耐候性,在空氣中不燃燒;與其它氟塑料相比具有很高的介電常數(8—9)和損耗因 數;在 148~302F溫度範圍具有的性能良好。 PVDF可製成粉狀、粒料和分散體系(鄰苯二甲酸二甲酯和二異丁基甲酮中含44%的樹脂)。它可用擠塑、注射模塑、傳遞模塑,也可通過乾粉或分散體噴塗技術用作塗料,半成品有膜、板、棒和單纖維。美國市場銷售的PVDE有 AtOChem Inc的 Kpor牌、Sovay公司的 Soef牌, Daikin公司的Neoflon牌及 Ansimont公司的 Hylar牌。
聚氟乙烯
PVF是高結晶性材料,只能製成膜狀,它很堅韌而富於彈性,具有傑出的耐候性,在-94—230F溫度範圍內性能良好,它具有良好耐磨和耐沾污性,可與膠合板、乙烯基塑料和增強的聚酯及金屬箔層合。

2加工技術

氟塑料模壓成型
氟塑料模壓成型可加工板、棒、套筒、膠帶、密封環、隔膜及帶有金屬嵌件的零件等。
模壓成型分預成型、燒結和冷卻三個步驟。預成型是將PTFE粉末均勻加入模具內,在常溫下加壓成密實的預成型品(即毛坯);燒結是將預成型品加熱到熔點以上,冷卻是從燒結溫度降到室溫的過程。
有些氟塑料是在熔點溫度以上一次加壓而成,這種成型模具,叫做熱壓模,與此對應的PTFE的模具叫冷壓模。
模壓時應注意壓縮比(一殷PTFE為4-6)和成型收縮率(一般PTFE為2.6-4.5%)對製品的影響。
原料最好用懸浮法聚合樹脂,粒徑為20-500微米的鬆軟細粉末最好。壓制過程中必須「放氣」,預成型壓力為17-35兆帕,保壓時間根據毛坯厚度而定,如100毫米厚的毛坯,應保壓15分鐘。
燒結時應注意:升溫速度可採用20-120℃/小時,製品越大,升溫速度越慢,懸浮法樹脂燒結溫度高些,為370-380℃,而分散法樹脂燒結溫度低些,360-370℃,燒結溫度高,收縮率和氣孔率隨之增大,燒結時間應適當控制。
冷卻,一般情況用慢速降溫,速度為15-25℃/小時,在特殊情況時,如少數厚度小於5毫米的薄板或推壓成型的薄壁管時,才用快速冷卻。
有時製品在100-120℃溫度下,作4-6小時的退火處理。
氟塑料滾壓成型
PTFE膜片是滾壓成型的,滾壓成型可分為單向滾壓和多向滾壓兩種工藝,經過滾壓處理,PTFE膜片由原來的不透明自色,變成半透明水晶色。
單向滾壓是將重新加熱到透明狀的膜片,迅速地通過壓延機的兩個相同旋轉著的輥進行加工的。壓延倍率控制在1.5-2.5範圍內,一般輥筒轉速20轉/分。
多向滾壓是將經過燒結淬火處理的膜片,放在壓延機上,進行多方向的壓延,逐漸減小膜厚的成型加工方法。其中壓延比為2-2.5範圍。滾筒的溫度應控制在150-200℃,蒸汽加熱時,蒸氣壓力在0.5-0.9兆帕。壓延比是一個重要參效, 過大和過小對製品均不好。有時要反覆進行多次滾壓,才能壓好一個產品。
氟塑料注射成型
PFA(四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物),即可熔性PTFE,可以注射成型。其加工溫度較寬,最高可達425℃,其分解溫度在450℃以上,一般控制加工溫度範圍為330-410℃。
PFA的吸濕性很小,為0.03%,所以不用乾燥,注射前,嵌件應預熱到140℃左右,注射料筒三段溫度為:200-210、300-310、350-410℃,,噴嘴溫度略低於料筒最高溫度,模具溫度為140-230℃,注射壓力40-90兆帕,注射速度應稍慢一些,保壓時間不宜太長。冷卻時間為40-150秒。
氟塑料二次加工技術
由子氟塑料的加工特性,使一些製品難於一次成型,還必須經過二次加工才能得到可使用的成品。二次加工技術有:切削、焊接、內襯、吹脹等。
切削:類似於金屬的切削方法,設備有車床、鑽床、刨床等。注意在切削之前,必須將毛坯體放置24小時后才可進行。
焊接:分熱壓焊接和熱風焊條焊接兩種。熱壓焊接,要在特製的鉗具中,加熱到327℃以上,同時加壓才能焊接住。
熱風焊條焊接是採用PFA捍條,加熱加壓通過PFA而將兩件連接在一起。
內襯:一般用聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯(有寫成F4和F46)塑料內襯黑色金屬管及管配件,可用於化工防腐耐蝕材料。
吹脹:製品為波紋管和熱收縮管、熱收縮膜等。又分為連續式吹脹和間歇式吹脹。
如F46熱收縮管的管坯採用水冷卻真空定型方法製備,管材拉伸比為3-7,熔融錐體長度控制在10-20毫米,吹脹模溫度80-160℃,吹脹壓力0.1-0.2兆帕,牽引線速度80-500毫米/分。其他還有吹脹F4螺旋管。
如PTFE機床導軌軟帶:用懸浮法PTFE細粒料,搗碎后,過20目篩,青銅粉或鋁粉粒度為200目,對於100毫米高毛坯保壓5分鐘,中間放氣三次,燒結時升溫速度50-60℃/小時,在320℃時保溫1小時,降溫至150℃時出爐。毛坯車削前,應預熱到80℃,保溫一小時后再進行。軟帶應經萘鈉處理,其中萘51克,四氫呋喃100毫升,金屬鈉適量,厚1毫米以下的軟帶在萘鈉處理液中1-3分鐘,然後用90℃熱水沖洗。
如PTFE可共混進聚苯、聚醯亞胺、聚對羥基苯甲酸酯,同時填充石墨、二硫化鉬、青銅粉等可應用在水工閘門上、氟塑料46可用在耐腐蝕球閥上,其模壓溫度320-350℃、模壓壓力3-30兆帕、定型保溫溫度120-150℃。
又玻璃纖維增強PTFE管作為鋼管內襯,可解決管道腐蝕問題,其工藝流程如下:
PTFE樹脂→搗碎過篩→但壓成型→燒結定型→管外圓車削→檢測→表面活化處理→玻璃鋼→裝法蘭→包法蘭→固化→法蘭頭車削→脫芯棒→裝墊片→翻邊→成品
如聚偏氟乙烯密封圈:加1份吸酸劑,混合球磨24小時,在模板溫度為195-250℃壓機中,徐徐加壓至2.5-3.5兆帕,中間放氣1-2次,模溫升至180-190℃時迅速移到冷壓機在14兆帕壓力下冷卻,50℃時取出,修除毛邊,再放進130℃烘箱,熱處理24小時,即可檢驗包裝。
又氟塑料品種發展為:含氟環氧樹脂(用於光通訊系統)、全氟彈性體(用於半導休設備)、熱塑性氟彈性體(用於醫療、電纜塗層)、全氟聚醚(用於耐高低溫的潤滑脂)。還有聚氟乙烯進行無溶劑加工,只須添加9份潤滑劑、4份熱穩定劑、2份其他助劑即可成型加工。

3性能表

單位 性能
品名
PTFE
PFA
PVDF
FEP
ETFE
ECTFE


簡稱

F-4
*FA
F-2
F-46
F40
F30


比重
2.13-2.20
2.12-2.17
1.76-1.78
2.12-2.17
1.73-1.75
1.68


成型收縮率
%
3-6
4
2-3
3-6
3-4
2-2.5


硬度
肖氏—D
50-60
64
75
56
75
75


斷裂拉伸強度
kg/cm2
140-455
280-315
315-434
189-217
455
420-480


斷裂伸長率
%
200-450
300
50-300
250-330
100-400
200-300


彎曲強度
kg/cm2
不斷裂
暫缺
602-665
210
385
390


彎曲模量
kgcm2
4900-7700
7000
17500
6300
14000
6000


缺口衝擊強度
kgcm/cm
16.3
不斷裂
21.8
不斷裂
不斷裂
不斷裂


熔點溫度
327
310
171
275
270
241


長期耐熱溫度
288
260
129
204
150-182
160-150


熱變形溫度(18.5kg/cm2)
49
暫缺
87-115
暫缺
71
77


熱變形溫度(4.6kg/cm2)
121
74
132-149
70
104
116


低溫脆性
10mcm/cm℃
-268
暫缺
-62
-73
-201
-101


熱膨脹係數
102周
18
21.6
12.6-25.2
14.4-19.8
10.8
14.4


介電常數
102周
2.1
2.1
7.2-10.0
2.1
2.6
2.5


介質損耗係數
<.0003
0.0002
.015-.019
0.0001
0.0008
.0015-.0030


耐電弧性
>200
暫缺
50-60
>165
72
1.5


水汽滲透性比較
4
5
2
4
3
1


磨擦係數比較
1
2
5
3
4
4


單位體積重量比較
5
4
3
4
2
1



注射成型比較
5
3
4
2
1

成型
線纜成型比較
4
3
3
2
1

加工
液塑成型比較
2
1

性能
浸塑成型比較
2
3
4
1


吹塑成型比較
3
2
1

耐磨性能比較
4
6
2
5
3

1

機加工性能比較
優良
優良
優良
優良
優良

優良

4發展前景

在越來越多的國內含氟塑料製品走出國門的同時,眾多國外知名氟塑料加工企業也已經或正準備落戶中國。中國氟塑料加工專業委員會秘書長陳生分析說,未來5~10年,中國極有可能成為世界氟塑料製品(特別是低端產品)的生產基地,對國內企業而言,當務之急是及時調整經營策略,提高自身優勢以立足市場。
目前國內氟塑料行業的發展是無限商機中有隱憂。據不完全統計,國內擁有氟塑料加工企業近千家,其中部分企業2003年的氟塑料製品產量超過600噸,產值超過5000萬元。經過多年的發展,這些企業在研製、加工和應用等方面取得了長足進步,加工設備和工藝有了很大改進,新品不斷出現。特別是2008年奧運會場館的建設,氟塑料加工行業也將整體受益。
但是,陳生指出,近幾年國外大批與氟塑料製品加工相關的企業相繼進入中國,由於國外先進企業擁有高度自動化的生產設備和高水平的管理機制,使得他們的產品在中國的市場份額將逐步擴大,這勢必會對國內現有的加工企業造成衝擊。
在分析氟塑料行業發展現狀時,陳生認為存在問題不少。表現在聚四氟乙烯半成品偏多,多數企業產品雷同,高技術含量、高附加值產品少。多數企業還延續二十世紀七八十年代的加工工藝,專業技術人員嚴重缺乏,企業對新產品、新工藝的開發缺乏投入。另外,由於知識產權保護不力,造成不合理競爭,大多數氟塑料加工設備只是在舊設備的基礎上翻版改造,很難加工高技術含量的產品。特別與國外企業形成鮮明對比的是,對售後服務認識不足是國內氟塑料加工企業普遍存在的問題。企業沒有技術力量和足夠的資金支持進行售後服務,無法形成良好的信息反饋渠道,很難開發高性能、高附加值的終端產品。為此,陳生提醒國內企業,應該正視存在的問題,儘快彌補不足,從而獲得更大收益。
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