詳細(xì)內(nèi)容
氟塑料產(chǎn)品功能與應(yīng)用
凡分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子的塑料總稱為氟塑料。氟塑料由含氟單體聚合而成，通過均聚或共聚反應(yīng)制得。其中，聚四氟乙烯塑料是產(chǎn)量和用量最大的產(chǎn)品，由于杰出的化學(xué)穩(wěn)定性而被稱為“塑料王”。
氟塑料分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子，所以其具有許多優(yōu)異的性能，如卓越的阻燃性能、穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性能、機(jī)械性能，高超的耐熱性，突出的耐油性、耐溶劑和耐磨性能，良好的耐濕性和耐低溫性等優(yōu)異性能，在國防軍工、航空航天、電子電 氣、半導(dǎo)體、建筑、醫(yī)療、汽車、機(jī)電、冶金、石油化工等工業(yè)部門常被應(yīng)用于關(guān)鍵部位、惡劣環(huán)境中，是現(xiàn)代科技不可缺少的功能材料，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
一、氟塑料簡史
1934年由德國I.G.Farbenindustrie公司的F.Schloffer與O.Scherer發(fā)明了聚三氟氯乙烯（PCTFE）以后，杜邦公司普蘭科特（Plunkett）博士于1938年發(fā)明聚四氟乙烯（PTFE），開含氟聚合物研究應(yīng)用之先河。1938年，R.J.Plunkett 在研究氟里昂致冷劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種具有極好耐腐蝕性和很廣使用溫度范圍的白色固體，這就是后來有“塑料王”美譽(yù)的聚四氟乙烯。PCTFE與PTFE（聚四氟乙烯）的開發(fā)成功并商品化，標(biāo)志著一個(gè)嶄新的氟聚合物產(chǎn)業(yè)誕生，是氟塑料工業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑。PCTFE是最早開發(fā)的氟塑料之一。第二次世界大戰(zhàn)中（1939年～1945年），美國根據(jù)與原子彈制造相關(guān)的Manhattan計(jì)劃，對其性能作了大量的研究工作， 終于在1946年投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)主要用于分離提取鈾同位素氣體擴(kuò)散材料，1949年產(chǎn)品上市，1957年美國3M公司以“Kel－F”商標(biāo)大量銷售。前蘇聯(lián)從1950年～1951年開始生產(chǎn)PCTFE樹脂。此后，法國產(chǎn)品“Voltalef”、日本“Dai-flon”、德國“Gostaflon”相繼問世。其后，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的增長，各種氟塑料如偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物（VDF－CTFE）（發(fā)明于1955年）、聚氟乙烯（PVF）（1960年前后）、聚偏氟乙烯（PVDF）（1960年）、乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）（發(fā)明于20世紀(jì)60年代）、全氟磺酸樹脂（XR樹脂）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）（發(fā)明于20世紀(jì)70年代），此后四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚（EPE）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）以及其他一些新品種先后實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，逐漸發(fā)展成為新型化工材料。氟塑料的特性使其具有特殊的應(yīng)用，如乙烯-四氟乙烯（ETFE）膜材以其優(yōu)異的性能應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)溫室覆蓋材料等。2001年英國建成的“伊甸園（Eden project）”有“世界第八大奇觀”之美譽(yù)，即使用ETFE作為氣墊材料，而且可回收利用、保溫性能良好，質(zhì)輕，僅為同等玻璃質(zhì)量的1%。
英國伊甸園使用ETFE作為氣墊材料
另外，2008年北京奧運(yùn)會(huì)主場館“鳥巢”和游泳中心“水立方”的外圍材料均使用ETFE膜材料。為世界規(guī)模最大的膜結(jié)構(gòu)工程，也是世界第一個(gè)使用EFTE膜作為墻體的封閉式建筑。
北京水立方使用ETFE膜材料
二、氟塑料性能優(yōu)異
氟塑料具有耐熱、耐候、耐寒、耐藥品性、耐溶劑性，電子絕緣性能和高頻電性能優(yōu)異，還具有不粘性、自潤滑性、低摩擦系數(shù)等優(yōu)良特性。
1.熱性能
氟塑料具有難燃性和優(yōu)異的耐熱性。PTFE和PFA的連續(xù)使用溫度可達(dá)260℃，短期可在300℃下使用。FEP的使用溫度要比它們低60℃。PCTFE的最高可在120℃下使用。氟塑料如長期在高溫下使用會(huì)引起結(jié)晶度變化，在制造設(shè)備襯里時(shí)尤須注意。
2.耐藥品性
氟塑料具有卓越的耐藥品性和耐溶劑性，尤其是PTFE、PFA、FEP等，酸、堿、溶劑對它們均無浸蝕。但熔融堿金屬、氟、三氟氯化烴對它們有不同程度的影響。PCTFE、ETFE、PVDF等在氟塑料中耐藥品性稍差，但比其他塑料的耐腐蝕性還是好得多。
3.電性能
氟塑料的電性能尤其是高頻電性能是其他材料難以匹敵的。PTFE、FEP、PFA分子的極性很低，在很寬的溫度、頻率區(qū)間變化都很小、相對介電常數(shù)穩(wěn)定、介電損耗很低，電絕緣性優(yōu)異。其中PVDF還有特異的壓電性和焦電性，可用來制造壓電材料。
4.機(jī)械性能
氟塑料分子中含氫、氯原子增加則其拉伸強(qiáng)度也有所提高。PTFE和PCTFE的脆化溫度極低，顯示出極好的低溫性能。PTFE具有最低的摩擦系數(shù)和特異的自潤滑性。
但是PTFE又有自身磨耗大和冷流性等缺點(diǎn)?？刹捎锰畛涓鞣N填料以提高耐磨耗性，克服冷流性。
5.不粘性
氟塑料具有特異的不粘性。尤其象PTPE、FEP、PFA等分子中氟含量高，表面接觸角非常大，使氟塑料制品表面上的液體成球狀，不易與樹脂粘接，故常用它制造炊具表面不粘徐層。
6. 耐侯性
各品種的氟塑料都有優(yōu)異的耐候性，即使在苛刻的溫度下長期曝曬，其各種性能都沒有明顯變化。
7.憎水性
氟塑料的吸水率低，尤以PTFE為甚，可利用它的憎水性制造透氣不透水的復(fù)合織物和其他裝備。
三、幾種主要氟塑料簡介
1.聚四氟乙烯（PTFE）
聚四氟乙烯商品名為“鐵氟龍”、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”、"4F" 等，是當(dāng)之無愧的“塑料王”。PTFE是由四氟乙烯自由基聚合而制得的一種結(jié)晶性聚合物，熔點(diǎn)327 ℃，熔融黏度很大，380℃時(shí)達(dá)1010Pa·s，不便于成型加工，密度為2.13～2.19克/立方厘米。PTFE具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性，其介電常數(shù)為2.1，損耗因數(shù)低，在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。此外，PTFE從低溫到高溫（-196℃～260℃）的機(jī)械性能都很好，抗沖強(qiáng)度高，但拉伸強(qiáng)度、耐磨性、抗蠕變性比其它工程塑料差，因此有時(shí)需對其改性，加入玻璃纖維、青銅、碳和石墨來改善其特殊的機(jī)械性能。
值得注意的是，PTFE的摩擦系數(shù)幾乎比任何其它材料都低，具有很高的氧指數(shù)（OI），極限氧指數(shù)（LOI）高達(dá)95%，主要應(yīng)用于防腐、防腐管道及配件、換熱器、機(jī)械、 電子電器、醫(yī)用材料、微粉等方面。
2.聚全氟乙丙烯 （FEP）
FEP是由四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的一種結(jié)晶性聚合物。FEP結(jié)晶物的熔化點(diǎn)為304℃，密度為2.15克/立方厘米，它是一種軟性塑料，其拉伸強(qiáng)度、耐磨性、抗蠕變性低于許多工程塑料。FEP是化學(xué)惰性材料，在很寬的溫度和頻率范圍內(nèi)具有較低的介電常數(shù)（2.1）。該材料不引燃，氧指數(shù)高達(dá)95%，可阻止火焰的擴(kuò)散，還具有優(yōu)良的耐候性，摩擦系數(shù)較低，從低溫到392℃均可使用。
聚全氟乙丙烯管
FEP分子式該材料可制成用于擠塑和模塑的粒狀產(chǎn)品，用作流化床和靜電涂飾的粉末，也可制成水分散液。FEP半成品有膜、板、棒和單纖維，其主要用于制作管道和化學(xué)設(shè)備的內(nèi)村、滾筒的面層及各種電線和電纜，如飛機(jī)掛鉤線、增壓電纜、報(bào)警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。
FEP膜已用作太陽能收集器的薄涂層。
3.聚三氟氯乙烯（PCTFE）
PCTFE是由三氟氯乙烯自由基引發(fā)聚合的重復(fù)單元線性主鏈的聚合物。PCTFE是結(jié)晶性的高分子，熔點(diǎn)為217℃，密度為2.13克/立方厘米。PCTFE在室溫下對大多數(shù)活潑的化學(xué)品呈惰性，而在212℃以上可被少數(shù)幾種溶劑溶解，也可被一些溶劑溶脹。 PCTFE具有優(yōu)異的阻隔氣體的能力，其膜產(chǎn)品的水蒸汽透過性在所有透明塑料膜中是最低的。PCTFE電性能與其它全氟聚合物相似，但介電常數(shù)和損耗因數(shù)稍高，尤其是在高頻時(shí)。
聚三氟氯乙烯棒
PCTFE可制作厚的（3.175mm）光學(xué)透明制件，可制成用于模塑和擠塑的粒料，制成的膜厚度為0.0254mm～0.254mm，亦可制成棒和管材。4.聚偏二氟乙烯（PVDF）PVDF是指偏氟乙烯（VDF）的均聚物或VDF與少量含氟乙烯基單體的共聚物，含氟量60%左右。PVDF樹脂具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕、耐高溫、耐氧化、耐氣候、耐紫外線和耐高溫輻射的性能，同時(shí)抗拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度優(yōu)良，硬度高且耐磨，熱變形溫度高，抗蠕變疲勞性能佳，其使用溫度范圍為-60~150℃，是一種強(qiáng)而韌的結(jié)構(gòu)材料。
PVDF板材
PVDF應(yīng)用主要集中在石油化工、電子電氣和氟碳涂料三大領(lǐng)域，由于PVDF良好的耐化學(xué)性、加工性及抗疲勞和蠕變性，是石油化工設(shè)備流體處理系統(tǒng)整體或者襯里的泵、閥門、管道、管路配件、儲槽和熱交換器的最佳材料之一。
PVDF良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能，使制作的設(shè)備能滿足TOCS以及阻燃要求，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)上高純化學(xué)品的貯存和輸送，采用PVDF樹脂制作的多孔膜、凝膠、隔膜、粘結(jié)劑等，在鋰二次電池中應(yīng)用，目前該用途成為PVDF需求增長最快的市場之一。
5.可熔性聚四氟乙烯(PFA)
PFA又稱"全氟烷氧基氟塑料"，與PTFE一樣，也是全氟化的氟塑料，它保持了PTFE的一切優(yōu)異性能。與PTFE不同的是，PFA可以在較低溫度下進(jìn)行熔融加工。
PFA為少量全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物，熔融粘結(jié)性增強(qiáng)，溶體粘度下降，而性能與聚四氟乙烯相比幾乎無變化。
PFA長期使用溫度為-80℃—260℃，有極好的耐化學(xué)腐蝕性，是摩擦系數(shù)最低的塑料之一，還有很好的電性能，其電絕緣性不受溫度影響。
PFA其耐化學(xué)藥品性與聚四氟乙烯相似，比偏氟乙烯好；抗蠕變性和壓縮強(qiáng)度均比聚四氟乙烯好，拉伸強(qiáng)度高,伸長率可達(dá)100-300%；介電性好,耐輻射性能優(yōu)異。此外，PFA還具有生理惰性,可植入人體內(nèi)。
PFA適于制作耐腐蝕件，減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫(yī)療器械零件，還可用于高溫電線、電纜絕緣層，防腐設(shè)備、密封材料、泵閥襯套和化學(xué)容器。
6.乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）
乙烯—四氟乙烯共聚物簡稱ETFE或F40，ETFE是最強(qiáng)韌的氟塑料，在保持了聚四氟乙烯良好的耐熱、耐化學(xué)性能和電絕緣性能的同時(shí)，它的耐輻射和機(jī)械性能有很大程度地改善，拉伸強(qiáng)度可達(dá)到50MPa，接近聚四氟乙烯的兩倍，更主要的是其加工性能得以大大提高，特別是它和金屬表面的附著力表現(xiàn)突出，使氟塑料和鋼的緊襯工藝真正得以實(shí)現(xiàn)。
ETFE是一種乙烯—四氟乙烯的共聚物，不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性、導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高、加工性能好，廣泛用于化工、電子通訊、設(shè)備制造、航空航天等領(lǐng)域。
現(xiàn)代建筑中的ETFE膜
另外，ETFE膜為現(xiàn)代建筑提供了一個(gè)創(chuàng)新解決方案。由這種膜材料制成的屋面和墻體質(zhì)量輕，只有同等大小的玻璃質(zhì)量的1％；韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，延展性大于400％；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃，并且不會(huì)自燃。
7.四氟乙烯—六氟丙烯—偏氟乙烯的共聚物（THV）
四氟乙烯—六氟丙烯—偏氟乙烯的共聚物(THV)除具有氟塑料耐候性、不燃性、不粘性外，還可以像常見聚合物一樣容易加工，是一種極具發(fā)展前景的氟塑料。
THV加工溫度低、加工溫度區(qū)間寬、加工溫度遠(yuǎn)低于分解溫度，可以適應(yīng)于擠出、共擠出、注射模塑和吹塑模塑、層壓薄膜、浸漬、涂覆和共混等多種加工方式，可生產(chǎn)出膜、管、容器、異型材料和模塑材料。
THV氟塑料是目前商品化最柔軟的氟塑料，利用其特性與其他塑料或彈性體制備多層次結(jié)構(gòu)制品，柔韌性優(yōu)異。
THV氟塑料耐化學(xué)性能優(yōu)越，對許多腐蝕性化學(xué)品有極好的防滲透功能。
THV氟塑料具有極好的光透明性和低折射率，可以允許從紫外線到紅外線所有頻率光的穿透，由于其低折射率和高柔韌性是塑料光導(dǎo)纖維包覆的理想材料。
THV氟塑料自身容易粘接，也容易與其他材料粘接，無需表面處理就能與其他材料很好粘合。
THV比其他氟塑料更容易用輻射交聯(lián)提高其高溫性能。THV是典型的對電子束敏感材料，用一定輻射量，可以明顯提高材料拉伸強(qiáng)度。
另外THV氟塑料還具有良好的溶解性能，通過加入化學(xué)試劑方法可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)發(fā)泡等特性。
由于具有眾多的優(yōu)異性能，THV氟塑料的新用途源源不斷地被開發(fā)出來，比如燃油控制、安全玻璃、電線電纜、吹塑模塑制品、光控制等。隨著科學(xué)進(jìn)步與發(fā)展，THV氟塑料的應(yīng)用不斷被開發(fā)出來，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，目前已經(jīng)開始應(yīng)用的還有太陽能電池膜、建筑膜、柔性化工儲槽管線、有腐蝕性液體流過的化工反應(yīng)管線和傳送管線、柔性用于特殊領(lǐng)域的聚合物軟管與容器。
8.乙烯—三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)
ECTFE是乙烯和三氟氯乙烯共聚物，對極大多數(shù)的無機(jī)、有機(jī)化學(xué)品以及有機(jī)溶劑有非凡的抗腐蝕能力。直到目前，除了氯化熔融堿或熱的胺類(例如苯胺、二甲胺)，沒有一種溶劑能在120℃以下侵蝕ECTFE。與其他熱塑性塑料相比，ECTFE在高溫下的耐氯和氯衍生物的性能，特別突出。
ECTFE具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、極低的滲透率、優(yōu)良的電性能與表面的極端光滑，可在低溫到149℃的溫度范圍內(nèi)安全使用。
ECTFE不但具備突出的抗沖擊性能，而且是一種具備相當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的堅(jiān)韌材料。
ECTFE制成品的表面，類似于玻璃，能阻止微生物的增生，提供了明顯的衛(wèi)生優(yōu)勢。美國Ausimont公司提供了一個(gè)有趣的試驗(yàn)結(jié)果：在放大1000倍條件下，把“HALAR”樹脂襯里表面與PP(聚丙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)以及PVC(聚氯乙烯)塑料相比前者的表面仍呈現(xiàn)光滑，在有凹坑等部位被發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌相當(dāng)少，而其余3種塑料表面則顯示了粒狀和凹凸不平的表面，而且細(xì)菌要多得多。
由于這些優(yōu)異的性能，ECTFE被廣泛應(yīng)用于化工、石油的排水、洗滌、污水處理系統(tǒng)，以及裝置的化學(xué)清洗系統(tǒng)，化學(xué)藥品的分配系統(tǒng)等方面。
9.PVF
聚氟乙烯是白色粉末狀部分結(jié)晶性聚合物。熔點(diǎn)190-200℃，分解溫度210℃以上，長期使用溫度-100-150℃。PVF是氟乙烯均聚物，分子量6萬～18萬。是氟塑料中含氟量最低、比重最小、價(jià)格也最便宜的一種。PVF具有晶體結(jié)構(gòu)、高透明度（可透過紫外線）、高電絕緣性能、高堅(jiān)韌性、優(yōu)良耐化學(xué)品、抗老化和耐腐蝕性能，常被制成PVF薄膜。
PVF膜用于光伏背板
PVF薄膜對日照、化學(xué)溶劑、酸堿腐蝕、濕氣和氧化作用的抵抗力和耐久性提高顯著。制成的薄膜，可用作農(nóng)用薄膜、材料的保護(hù)膜、包裝油脂和腐蝕性物質(zhì)，也可用作電絕緣材料等。