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簡單介紹:
氟塑料是由含氟單體如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、六氟異丁烯、全氟代烷基乙烯基醚及乙烯等單體通過均聚或共聚反應制得。主要的氟塑料品種如下,但按數量及用途來說還是以聚四氟乙烯為*重要。
詳情介紹:

氟塑料

一、氟塑料的發展史

氟塑料創始于1934年,Schloffer,Scherer發現聚三氟氯乙烯(PCTFE)。1938年DuPont公司的R.J.P1unkett發現聚四氟乙烯(PTFE)并于1949年實現工業化。繼而英國的ICI,德國的Hoechst,日本的大金工業,意大利的Montefluos等相繼投產。我國氟塑料在1958年研制成功,首先在上海實行工業化。80年代后各國都增加了生產能力,新品種不斷出現,現有品種20多種,用途也日益擴大。

氟塑料的*初原料是氟石(又稱繭石CaF2)和硫酸反應生成的氟化氫。氯仿、四氯乙烯這類氯化烴在催化劑存在下被HF氟化而生成含氟化合物。這樣得到的含氟烴再經過熱分解、脫氯等反應便可得到四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等單體。由這些單體均聚或共聚便可得到各種氟塑料。氟塑料的性能視其聚合方法(如懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合)、聚合度、分子量分布后處理工藝而異。

二、氟塑料的品種及應用

氟塑料是由含氟單體如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、六氟異丁烯、全氟代烷基乙烯基醚及乙烯等單體通過均聚或共聚反應制得。主要的氟塑料品種如下,但按數量及用途來說還是以聚四氟乙烯為*重要。

聚四氟乙烯(PTFE,簡稱F4 ) 聚全氟代乙丙烯(FEP,簡稱F46)
四氟乙烯與全氟代烷基乙烯基醚共聚物--可熔性聚四氟乙烯(PFA) 聚三氟氯乙烯(ECTFE,簡稱F3)
聚偏氟乙烯(PVDF,簡稱F2) 聚氟乙烯(PVF,簡稱F1)
偏氟乙烯與三氟氯乙烯共聚物(Kel-F,簡稱F23) 偏氟乙烯與四氟乙烯共聚物(簡稱F24)
偏氟乙烯與六氟丙烯共聚物(vitonA,簡稱F26) 三氟氯乙烯與乙烯共聚物(Halar,簡稱F30)
四氟乙烯與乙烯共聚物(Tefzel,簡稱F40) 偏氟乙烯與六氟異丁烯共聚物(CM-1)

以F4為代表的氟塑料具有一系列優良的使用特性,耐高溫長期使用溫度達200℃;耐低溫在-100℃以下仍柔軟,耐腐蝕能耐王水和切有機溶劑;耐氣候有塑料中*佳的老化壽命;高絕緣體積電阻達1018歐姻·厘米,而且介電性能幾乎與溫度及頻率的變化無關;高潤滑具有塑料中*小的靜摩擦系數;不粘附有固體材料中*小的表面張力而不粘附任何物質;無毒害具有生理惰性、宜與血液接觸。由于氟塑料兼備以上種種實用性能、使它可在國民經濟的許多領域大顯身手。諸如化工防腐蝕管道及設備上的襯里和涂層、超純物質的過瀘材料、耐高低溫的液壓傳遞軟管、耐各種苛刻環境之密封墊圈、低摩擦之橋梁伸縮滑塊、各類無油潤滑活塞環、高溫高頻電子儀器的絕緣、可撓電纜、上等印刷線路板,有壓電壓熱性能材料,無油烹調飲具的脫模涂層、人體血管及心肺臟器的代用品等等,都只是它在這些領域的代表性用途。完全可以相信,隨著加工技術的進步,必將有更多的氟塑料產品應用在各行各業的各個部門。

在討論氟塑料的物性時知道,氟塑料由于它的氟碳鍵鍵能很高以及氟原子的屏蔽作用,使它具有優良的耐化學腐蝕性能、介電性能、耐氣候性能以及不燃不粘、低摩擦系數和較寬的使用溫度范圍等性能,因此,廣泛應用于防腐蝕、密封、支承負荷、防粘、電氣絕緣、*療衛生及家庭日用品等方面,已成為現代**科學、國防工業、電子電氣、化工、機械工業等不可缺少的重要材料之一。

氟塑料在整個塑料中占有的比例很少,但在我國實現四個現代化的過程中,它卻是不可缺少的一個品種。隨著經濟建設的不斷發展,氟塑料必將獲得迅速的發展。F4耐腐蝕管道及其配件的應用F4管道可以作為輸送腐蝕性或粘性液體的管道,也可作為腐蝕性氣體的輸送管、排氣管和蒸氣管等。因F4機械強度低,耐壓性差,線膨脹系數大,而且,它的機械強度因溫度升高而降低,易于變形,特別是在承受高溫高壓時矛盾更為突出,所以,F4管外及管配件外必須以玻璃鋼或金屬管加強。它們之間的連接均采用F4管屬緊襯里管,即玻璃鋼與F4管粘結成一整體。它可克服不同材質間不同線膨脹系數所引起的問題,可作為承受負壓系統的輸送管道,并能防止大氣及環境對管道的腐蝕。由于有些流體在一定流速下與管壁經常發生摩擦,易產生靜電而導致管壁擊穿,應采取電位相等的導電措施加以防止,或在成型內管及其配件時加入適量碳墨,以防止產生靜電并減少因熱脹冷縮而引起的尺寸變化。
 

三、氟塑料的特點詳細介紹

氟塑料具有耐熱、耐寒、耐候、耐藥品、耐溶劑,絕緣性能及高頻電性能優異.并具有不枯性、自潤滑性、低磨擦系數等特點。

聚四氟乙烯、全氟(乙烯-丙烯)共聚物(FEP)完全是由碳原子和氟原子組成的,而聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)分子中還含有氫原子,聚三氟氯乙烯則還含氯原子。氟塑料的優異性能是由碳原子與氟原子間的高結合能實現。聚四氟乙烯的主鏈骨架是碳原子,而周圍完全由氟原子包圍,故其各種性能*高,而PFA、FEP、ETFE等品種由于側基的影響,軟化點低子PTFE,其他性能也有所變化。

1.熱性能:氟塑料具有難燃性和優異的耐熱性。PTFE和PFA的連續使用溫度可達260℃,短期可在300℃下使用。FEP的使用溫度要比它們低60℃。PCTFE的*高可在120℃下使用。氟塑料如長期在高溫下使用會引起結晶度變化,在制造設備襯里時尤須注意。

2.耐藥品性:氟塑料具有**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、頻率區間變化都很小、相對介電常數穩定、介電損耗很低,電絕緣性優異。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.機械性能:氟塑料分子中含氫、氯原子增加則其拉伸強度也有所提高。PTFE和PCTFE的脆化溫度極低,顯示出極好的低溫性能。PTFE具有*低的摩擦系數和特異的自潤滑性。但是PTFE又有自身磨耗大和冷流性等缺點??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,其各種性能都沒有變化。

7.憎水性:氟塑料的吸水率低,尤以PTFE為甚??衫盟脑魉灾圃焱笟獠煌杆膹秃峡椢锖推渌b備。
 

四、氟塑料的詳細用途介紹

聚四氟乙烯是目前氟塑料中用量*大的品種,約占其總需求量的60%,它的性能優異,受用戶信賴。其他氟塑料在半導體、*療、電線被覆等領域的應用也在擴大。氟塑料的用途可概括為:

1.利用其耐藥品性:氟塑料在耐藥品性方面的應用早已不局限于制造密封圈、襯墊、管件,在其他需要耐腐蝕的部件(如管道)上的用星也日益增加。隨著原料和加工技術的進步,氟塑料的成型方式又擴大廠選擇幅度:如采用注射成型可大幅度提高生產效率,小批量生產時可采用切削加工工藝,聚四氟乙烯粘接和焊接技術的開發使制造大型貯槽和設備襯里有了可能,FEP粉末噴涂工藝使加工更加靈活、方便。半導體生產過程中防腐蝕、防污染已更多地采用氟塑料。

2.機械工業領域:聚四氟乙烯的的摩擦系數小,其靜摩擦系數低于動摩擦系數,可用于低速高負荷領域,如在土建、化工、橋梁等結構件中可解決熱膨脹和震動引起的伸縮問題。具體應用有:

(1)防污染機械(如紡織、造紙、制藥、食品機械)的軸承軸套;

(2)輸送堿、溶劑等非潤滑液體的機械(如攪拌機、染色機、泵);

(3)在酸、堿等腐蝕性環境(如電鍍浴槽化工設備)下工作的軸套;

(4)禁油潤滑(如制氧設備);

(5)元油潤滑(如超低溫冷凍機、液體燃料泵);

(6)油潤滑效果不佳的環境下(加高溫干燥機、爐內臺午、爐內傳送帶)工作的滑動部件;

(7)低速高負荷狀態下的滑動部件〔可動支承)。

3.電氣領域:氟塑料是難燃材料,臨界氧指數高又耐腐蝕,可作電線的絕緣層。

ETFE、PVDF的絕緣電阻、絕緣強度都高,機械強度也優,可用于計算機、通信機電纜。利用其耐候性、耐輻照等特性可用于油井及核反應堆小的電纜。利用其高頻下相對介電常數與介電損耗均低的特點可用于通信設備、高頻電了儀器,將PTFE與炭黑、碳纖維這類導電物質混合可作為防靜電材料和發熱元件材料。PVDF也可制成壓電元件用于無線電行業及儀器儀表行業。

4.不粘性:利用氟塑料的不粘性可以制造廚房設備(如不粘鍋、點心模具)、上等建筑物的外墻涂層、泡沫塑料成型模具、復印機輥筒等。此外在人造血管、心臟瓣片等*學土物工程材料、氣體分離膜、防水透氣復合織物等方面的用途也日益廣泛。
 

五、氟塑料的成型特點

1.聚四氟乙烯(PTFE,F4)大分子碳鏈兩側具有電負性極強的氟原子,不能用普通的熱塑性塑料加工注塑方法來加工成型,因為它熔融下幾乎不流動。聚四氟乙烯一般采用壓縮成型的方法,也可采用柱塞式擠出成型。采用分散聚合法得到的樹脂可采用糊膏擠出和壓延成型。其具體工藝條件為:預成型壓力隨制品的形狀、尺寸而異,但通常采用9.8~34.3MPa,加有填充料的樹脂采用29.4~93MPa,對于加壓方向的厚度約為600mm的大毛坯還需有20~30min的保壓時間。

在PTFE模壓成型中還有將燒結的毛坯放進預熱至燒結溫度的模具內,一邊加壓,一邊冷卻的熱壓法;雙向擠壓的自動壓縮成型法,以及利用流體加壓的等壓成型法。

擠壓成型是利用PTFE的預燒結料進行棒、管及型材的方法。通常分為立式或臥式兩種,但由于臥式生產管材料填充不均,故多用立式擠壓工藝。其工藝條件如下:

①圓棒直徑為13至40mm,模具尺寸為15.1至46.0mm,加熱長度500~1100mm,加熱溫度為400~350℃,冷卻長度為150~200mm,擠出速度為4~1m/h。

②管材直徑為Φ15~Φ40/Φ8~Φ25,料缸內徑和芯棒外徑的尺寸為Φ16.5~44.5/Φ8.9~27.8,加熱長度為350~800,加熱溫度為400~350℃,冷卻長度為150~250mm,擠出速度為3.8~1.4m/h。PTFE擠出技術的發展方向為進一步提高擠出速度和一次成型多根制品。

分散型PTFE通常采用糊膏擠出成型法,首先將分散型PTFE樹脂和擠出助劑如粗溶劑、汽油(b.p.為90~120℃)或白油混合,放于玻璃或不銹鋼瓶中滾轉30分鐘,使其均勻分散吸收,放置8~12h,壓成毛坯置于擠出機料腔內,壓力0.69~3.43MPa保壓時間30~60秒。采用以工藝制成的擠出物需經連續干燥爐(100~300℃)將擠出助劑去掉。再進入燒結爐中燒結(360~380℃)燒結后迅速冷卻即可得到良好的制品。

糊膏擠出小棒(Φ10~Φ30)后,還可在燒結前送至壓延機進行壓延成膜,這就是所謂生料帶產品。具體成型條件為樹脂100份,助劑27份,壓縮比(R、R)30,機頭溫度50℃,擠出品形狀50×14mm,壓延輥筒直徑500mm,輥筒溫度70℃,壓延速度28m/min,一次壓延成500×0.1mm的生料帶。

2.聚四氟乙烯以外的含氟樹脂可采用熱塑性樹脂的成型方法如模壓,傳遞模塑,注射、擠出、吹塑等。

①模壓法:這是古老的塑料成型方法。它適合于圓棒、板、套管等制品及形狀簡單,批量小的制品生產。

②傳遞模塑法:傳遞模塑成型是將模具閉合,然后用高壓把被成型材脂從料槽中擠到模具內而成型制品的方法。氟塑料傳遞模塑成型適合于生產批量小大型閥門、泵等制品。傳遞模塑可以成型高精度的制品,其缺點是原料消耗較大,所采用的成型壓力通常在9.8Mpa以下,加工溫度與注射成型溫度相近。

③注射成型;注射成型與通常塑料相同。它適合于加工承載器,儀器用接頭、插座、管件、繞線軸、異形軸承、閥門、泵殼及葉輪等多種制品。

④擠出成型:擠出成型適合于成型薄膜、管材、棒材、單絲、電線包皮等制品。

含氟共聚物在成型過程中會放出微量的單體及熱分解物,故對設備和模具有耐腐蝕的要求,一般采用含金材料如H合金等制造。

氟塑料的涂層成型有分散液涂布,本體涂層,靜電涂體涂布,流動浸漬等多種方法。無論哪種方法都需要將基材表面進行脫脂、洗凈和粗化噴砂處理。

涂層的厚度可以重復噴涂直至達到所需要的厚度(目前水平為:0.35mm/次,*終厚2mm)。氟塑料制品可以進行二次加工,其加工工藝條件為:切削速度:加工件直徑在200mm~500mm時.為200r/min以下,直徑在50mm以下為750~800r/min。車刀前角要大于20°~45°,進刀量粗加工為0.5mm/r,精加工為0.01mm/r。
 

六、各種氟塑料的分類介紹

1.聚四氟乙烯[PTFE,F4]的性能及用途

PTFE是當今**上耐腐蝕性能*佳材料之一,因此得"塑料王"之美稱。它能在任何種類化學介質長期使用,它的產生解決了我國化工、石油、制藥等領域的許多問題。聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂模塑加工制成。聚四氟乙烯與其他塑料相比具有耐化學腐蝕與耐溫優異的特點,它已被廣泛地應用作為密封材料和填充材料。

性能:具有高度的化學穩定性和**的耐化學腐蝕能力,如耐強酸、強堿、強氧化劑等,有突出的耐熱、耐寒及耐摩性,長期使用溫度范圍為-200~+250℃,還有優異的電絕緣性,且不受溫度與頻率的影響。此外,具有不沾著、不吸水、不燃燒等特點。懸浮樹脂一般采用模壓,燒結的辦法成型加工,所制得的棒、板或其他型材還可進一步用車刨、鉆、銑等機加工方法加工。棒材再經車削牽伸可制成定向薄膜。

主要用途:可制成管材、板材、棒材、薄膜及軸承、墊圈等另件,廣泛地應用于電氣、電子工業、化學工業、航空工業、機械工業、國防工業等方面。

2.全氟(乙烯-丙烯)共聚物[FEP,F46]

FEP是TFE與六氟丙烯(HFP)的共聚物。也是全氟化的氟塑料,所以其耐化學介質性能毫不遜色。與PTFE和PFA一樣,FEP的絕緣性能也相當出眾。結合本身的阻燃性、低發煙性和易加工性,使得FEP成為局域網(LAN)電纜絕緣的理想材料。*高可以耐205℃,可作加熱電纜,熱電偶以及汽車高溫電纜。

3.可熔性聚四氟乙烯(PFA)簡介

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的一切優異性能。與PTFE不同的是,PFA可以在較低溫度下進行熔融加工。當然,PFA比較貴,因此,通常只用來做特殊的加熱電纜、熱電偶以及汽車高溫電纜。

4.乙烯-四氟乙烯共聚物[E-TFE,F40]

是*強韌的氟塑料,具有極好的耐擦傷性和耐磨性。ETFE也可以耐150℃的高溫,經交聯后的ETFE可以耐200℃的高溫。同時它也是*難加工的的氟塑料之一。ETFE主要用于那些既要阻燃、低發煙、耐化學介質,又要耐擦傷性和耐磨性的電線電纜。如汽車,航空電纜和加熱電纜。

5.三氟氯乙烯共聚物[FEVE]介紹

80年代出現的FEVE有機溶劑型氟涂料是氟涂料的劃時代發明。為克服熱塑性氟樹脂涂料不足,80年代美、日相繼開發了含羥基等官能團的氟樹脂,可中低溫烘烤交聯固化(用氨基樹脂交聯)和常溫交聯固化(用聚氨酯交聯)。FEVE氟涂料在室溫下,可通過刷涂、輥涂、噴涂等普通涂裝方法,涂覆在各種基材表面,不僅耐候性優異,而且耐溶劑、耐酸堿等防腐蝕性優良,還能改善顏料分散性和溶劑可溶性,使氟涂料具有優良的裝飾性,極大地拓展了氟碳涂料的應用范圍,使氟碳涂料在日常生活使用成為可能。

80年代日本旭硝***的FEVE氟涂料產品(商品號為LUMIFLON)開始在飛機、跨海大橋、新干線列車、交通車輛、建筑鋼結構、戶外大型構筑物等領域得到了廣泛的應用。1983年,大連市科委開始把FEVE氟碳涂料作為重點科技攻關項目,歷經13年,于1995年開發出擁有我國自主知識產權、獲國家磚利(磚利號:CN1145386)的FEVE氟碳涂料生產技術,1998年由大連明辰振邦氟涂料股份有限公司成功實現產業化,以“振邦”(ZEBON)為注冊商標出售,使我國成為**上繼美國和日本之后第三個能生產FEVE氟樹脂的國家,并降低了氟樹脂涂料成本,形成了適合建筑外墻、鋼結構、橋梁、汽車車輛、木器、門窗幕墻、石油化工、塑料制品、家具家電等行業領域系列化產品并獲得了廣泛應用,開創了氟樹脂涂料廣泛應用先河,使氟碳漆價廉質優成為現實。

6.聚偏氟乙烯[PVDF,F2]的特點及用途

聚偏氟乙烯是一種結晶型的高聚物,熔點較低,約在160~170℃;機械強度高,具耐磨、耐切割、耐高溫、耐腐蝕、電性能良好,(特點是介電常數高)。還具有優異的耐候性、抗紫外線、抗輻射性能和加工性能;同時,具有加工溫度低,熔融流動好,可做成管、板、棒、 薄膜和纖維??扇苡谀承┯袡C溶劑。

主要用于:①理想的化工設備防腐材料,特別適合于酸、有機溶劑、鹵素及它們的混合物的場合使用。②廣泛用于電子、電器工業,如作電子計算機電線、航空電線和地球物理電纜的披復式套管等。③作光導纖維的外涂層、高介電常數的電容器薄膜和電熱帶等。

7.THV氟塑料簡單介紹

具有極好的耐化學介質性能和電性能。是*柔軟的氟塑料,其電性能不適于作高速數據通訊網(即5類電纜)中的優選絕緣,但在那些要求柔軟性的地方,有其獨特的優勢。另外,THV還可用于那些要求與其他材料粘合的場合。由于THV具有優異的光學性能,所以還可以用于光纖包覆層。

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