賀萬一
(天津市天塑濱海氟塑料制品有限公司,天津 300350)
PTFE是白色,具有蠟狀感的熱塑性樹脂,它是由單體四氟乙烯經(jīng)自由基聚合得到的全氟化聚合物,結(jié)構(gòu)為(CF2CF2)n,是完全對稱的非極性的線性高分子,沒有支鏈,所以具有高度的結(jié)晶性,PTFE的分子鏈由平面鋸齒組成,由于C-C鏈段周圍過密的氟原子的立體障礙,從而形成螺旋結(jié)構(gòu),這使得聚四氟乙烯具有很優(yōu)異的介電性能,耐腐蝕性,疏水性和疏油性,并具有寬的使用溫度和很小的摩擦系數(shù),PTFE的優(yōu)異性能使它成為尖端科學(xué),軍事工業(yè)及機械,冶金,石油化工等領(lǐng)域不可缺少的材料。它可用作高級防腐材料,密封材料,絕緣材料,也可作代用血管,人工心肺裝置,消毒保護器等[1]。
PTFE的碳-氟鍵的鍵能很高,因此,碳-氟鍵的斷裂需要很高的能量。從加熱提供熱量的角度,即使加熱到500℃也不會斷裂;氟原子半徑(0.6?)比氫原子半徑(2.8nm)大得多,碳-碳鍵的鍵長為1.31?,因此,氟原子正好很嚴(yán)密地把碳包圍在其中,使碳鏈難以遭受其它元素的攻擊;氟原子的電負性很大,氟原子間有很大的排斥力,因而不能自由旋轉(zhuǎn),整個分子比較僵硬,加之對稱性好,所以易于結(jié)晶;PTFE分子對稱排列,分子沒有極性,大分子間與其它物質(zhì)分子間吸引力很小,所以摩擦因數(shù)很小[1]。
聚四氟乙烯是四氟乙烯單體經(jīng)懸浮聚合得到的不親水粉料,密度為2.14~2.20g/cm3,在塑料中密度最大,結(jié)晶呈六方晶系(19℃以上)或三斜晶形(19℃以下),熔融溫度為327℃。在熔點以上呈透明凝膠狀,但幾乎沒有流動性,在380℃時,熔融粘度為1011泊左右,所以不適于熔融擠出,注射成型,而采用將樹脂模壓成型后再熔點以上燒結(jié)的方法加工[2]。
聚四氟乙烯懸浮樹脂有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕和老化性能,除少數(shù)金屬元素及化合物對它有腐蝕外,其它諸如強酸,強堿,油脂,有機溶劑對它均無作用;PTFE還具有優(yōu)良的耐高低溫性能,使用溫度在-200~260℃之間;基于這些特性,聚四氟乙烯懸浮樹脂制品可應(yīng)用于化工防腐,密封等。
近代化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程涉及到高腐蝕性流體,有些反應(yīng)和分離過程以及物料的輸送更是出現(xiàn)高溫,有機溶劑和腐蝕性介質(zhì)等同時出現(xiàn)的情況,因此管道和閥門的材料要求同時具備耐高溫和耐腐蝕性的特點,聚四氟乙烯懸浮樹脂的制品能夠滿足此條件,而且使用壽命長[3]。
QB/T4877-2015中規(guī)定SFG-Ⅱ-B為流體輸送管材,管材密度為2.13~2.20g/cm3,縱向拉伸強度大于20MPA,縱向斷裂標(biāo)稱應(yīng)變大于220%,電火花無擊穿,不滲漏,無裂紋,縱向尺寸變化率正負1.5%[4]。
PTFE具有優(yōu)異的介電性能,同時耐溫范圍寬,尤其是在260℃下能夠長期使用,還能夠在化學(xué)腐蝕環(huán)境中使用,0.025薄膜可耐500V高壓,以PTFE懸浮樹脂的壓延膜為基材的電線電纜可在航空航天,深海開采,汽車等領(lǐng)域應(yīng)用。
QB/T4876-2015中規(guī)定Ⅰ型為電氣型薄膜,可根據(jù)工藝分為定向和不定向,根據(jù)顏色分為本色和彩色,本色的定向膜要求密度為2.13~2.29g/cm3,拉伸強度大于等于50MPa,斷裂伸長率大于等于60%,電氣強度大于等于大于等于150kV/mm[5]。
PTFE無論是從介電常數(shù)還是介電損耗都顯示出良好的性能,PTFE的介電常數(shù)是2.1,在溫度-40~250℃范圍內(nèi)和頻率5Hz~10GHz范圍內(nèi)保持不變,在2~3年的周期內(nèi)測定的介電常數(shù)沒有變化[6]。所以特別適合用于和高頻有關(guān)的電線,隨著社會和科技的不斷發(fā)展,PTFE薄膜已經(jīng)廣泛的使用于基站建設(shè),雷達,印刷電路板領(lǐng)域,未來還會大量的用于5G,物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
PTFE具有極低的摩擦系數(shù)和固體潤滑性,粘附性差,對剛摩擦因數(shù)為0.04,自身為0.01~0.02。PTFE靜摩擦系數(shù)低于其動摩擦系數(shù),因此在應(yīng)用于軸承時不會在運動開始前克服較高摩擦系數(shù)而出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象,但是PTFE缺乏足夠的機械強度和剛性,所以PTFE軸承適用于儀表,飛機和航天器的控制系統(tǒng)。
PTFE可用于制作不需要潤滑的推拉控制用電纜的低摩擦襯里,這種電纜適用于汽車和航空領(lǐng)域。
PTFE還可用于橋梁和建筑物支撐系統(tǒng)的滑動軸承,其作用是承受熱膨脹和地震引起的位移從而使它們的支撐結(jié)構(gòu)不因應(yīng)力而損壞,也不受大氣中水分和化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
中國氟塑料制品從二十世紀(jì)六十年代開始隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)的需要逐步發(fā)展起來,是軍工,工業(yè)和民用不可或缺的功能性配套材料,當(dāng)前,中國氟塑料制品正在從發(fā)展初期向加強基礎(chǔ)建設(shè),完善生產(chǎn),安全,管理體系,通過不同行業(yè)的聯(lián)合研發(fā),向更多的配套領(lǐng)域延伸。國家調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),重點發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),給氟塑料制品業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇于挑戰(zhàn)。
我國氟塑料加工行業(yè)中中小企業(yè)眾多,缺乏上下游專業(yè)人才,相關(guān)企業(yè)應(yīng)通過產(chǎn)學(xué)研合作,加大研發(fā)投入,促進企業(yè)創(chuàng)新,提升企業(yè)核心競爭力。在高端市場占有更多份額。