編輯/崔書健

憑借自身的優(yōu)異性能，聚四氟乙烯纖維在紡織、化工等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛

聚四氟乙烯（PTFE）纖維具有優(yōu)良的耐熱性、阻燃性、耐腐蝕性、耐候（耐紫外線）性、生物相容性，使其在高技術(shù)纖維中占有最重要的位置。1953年美國(guó)杜邦公司最早成功開發(fā)出聚四氟乙烯纖維，1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，商品名為Teflon?（特氟綸）。PTFE 纖維是含氟纖維中最早工業(yè)化的特種合成纖維，其品種有單絲、復(fù)絲、短 纖維及加捻長(zhǎng)絲等主要規(guī)格。由于其在含氟纖維中的重要性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）給聚四氟乙烯纖維的種類名稱為FLuorofiber。我國(guó)把聚四氟乙烯纖維又稱為氟綸，美國(guó)和日本稱其為Teflon（特氟綸）纖維，俄羅斯則稱之為Polyfen?（波利芬）。

由于PTFE 纖維優(yōu)良的性能，在環(huán)保、航空航天、軍工國(guó)防、機(jī)械、電子、化工、醫(yī)療、紡織、建筑等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)外比較知名的品種有美國(guó)Gore 公司的Gore?ePTFE纖維，奧地利蘭精公司的Profilen?纖維、日本東麗公司的Toyoflon?和Teflon?纖維等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PTFE 纖維的生產(chǎn)廠家主要包括浙江格爾泰斯環(huán)保特材科技有限公司、上海金由氟材料有限公司、

常州中澳興誠(chéng)高分子材料有限公司、臺(tái)灣宇明泰化工股份有限公司、上海靈氟隆膜技術(shù)有限公司、常州英斯瑞高分子材料有限公司等。世界總年產(chǎn)在2 萬噸/年左右，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量占50%左右。

1 樹脂的種類

聚四氟乙烯樹脂是以水作為聚合介質(zhì)，在引發(fā)劑、表面活性劑和其他添加劑存在的情況下，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件下，將氣態(tài)四氟乙烯（TFE）單體逐漸通入水相，通過自由基聚合得到的完全線型和高結(jié)晶度的高分子量聚合物。

根據(jù)產(chǎn)品狀態(tài)的不同，聚四氟乙烯有懸浮樹脂、分散樹脂和分散液（乳液）3 個(gè)主要品種。聚四氟乙烯的聚合方法主要有懸浮聚合和乳液聚合兩種方法，其中懸浮樹脂通過懸浮聚合方法制備，分散樹脂和分散液則通過乳液聚合方法制備。兩種聚合方法顯著不同，懸浮聚合采用少量分散劑或者不采用分散劑，聚合反應(yīng)時(shí)采用劇烈攪拌，聚合產(chǎn)物以顆粒狀浮于水面；分散聚合則采用適量的分散劑（0.1%～3%）和合適的穩(wěn)定劑（一般為碳原子數(shù)12 以上的石蠟），聚合反應(yīng)時(shí)采用溫和的攪拌，以避免聚合過程中發(fā)生的凝聚。分散聚合的聚合速率比懸浮聚合慢得多，典型聚合產(chǎn)物為帶負(fù)電橢圓形膠體狀顆粒分散液。

國(guó)外PTFE 樹脂主要生產(chǎn)廠家有杜邦公司（Teflon?）、大金公司（Polyflon?）、旭硝子公司（Fluon?）、Dyneon 公司（Hostaflon?）、Solvay Solexis公司（Algoflon?）等，國(guó)內(nèi)PTFE 樹脂主要生產(chǎn)廠家有上海三愛富新材料股份有限公司、中昊晨光化工研究院、浙江巨化股份有限公司、山東東岳高分子材料有限公司等。

1.1 懸浮樹脂

PTFE 懸浮樹脂是采用懸浮聚合方法制備的粒狀樹脂，主要由聚合和樹脂后處理等工序組成。聚合體系由單體、引發(fā)劑、水、添加劑等組成，樹脂后處理包括樹脂洗滌與搗碎、干燥、粉碎、預(yù)燒結(jié)等工序。

根據(jù)聚合后的后處理方式不同，PTFE 懸浮樹脂又分為中粒度（基礎(chǔ)樹脂）、細(xì)粒度、造粒和預(yù)燒結(jié)樹脂等主要品種，其差異主要體現(xiàn)在表觀密度、粒徑、形狀、硬度和流動(dòng)性等方面，因此不同后處理方式得到的PTFE 懸浮樹脂，其制品加工方式及制品性能有所不同。

離開聚合釜并濾去大部分水分后，經(jīng)過搗碎、洗滌和干燥，得到平均粒度100～300μm 的中粒度基礎(chǔ)懸浮樹脂。對(duì)中粒度基礎(chǔ)樹脂以氣流或其他方式粉碎，得到平均粒度在20～40μm、表觀密度在250～500g/cm3的細(xì)粒度樹脂。細(xì)粒度樹脂的松緊程度和質(zhì)地像小麥面粉，壓制后的坯料致密性較好，用于模壓成型加工，制得的PTFE 制品電絕緣性、機(jī)械性能和耐滲透性等較好；細(xì)粒度樹脂也用于填充PTFE 復(fù)合材料的制備和加工。在細(xì)粒度樹脂基礎(chǔ)上經(jīng)過干法或濕法聚集（造粒）處理，制備出表面光滑、粉末流動(dòng)性較好的造粒樹脂。造粒樹脂的平均粒徑大多為400～800μm，表觀密度大多在400～900g/cm3，樹脂自由流動(dòng)性較好，可適應(yīng)模壓，尤其是自動(dòng)模壓和柱塞擠出成型加工方式。在細(xì)粒度基礎(chǔ)上經(jīng)過預(yù)燒結(jié)和破碎處理，可以得到預(yù)燒結(jié)樹脂。預(yù)燒結(jié)樹脂的平均粒徑為100～1500μm，表觀密度在600～700g/cm3，預(yù)燒結(jié)樹脂主要用于柱塞擠出成型，用來連續(xù)加工直徑5～50mm 的棒、管和異型材等。

1.2 分散樹脂

PTFE 分散樹脂是通過分散（乳液）聚合方式制備的，通常在分散劑（如全氟辛酸銨，APFO）、穩(wěn)定劑（如石蠟）和引發(fā)劑等存在下，四氟乙烯單體在較高溫度和壓力下，且在比較溫和攪拌條件下進(jìn)行聚合，得到乳液狀的聚合物水分散液，其中PTFE 質(zhì)量濃度一般為10%～30%。存在于分散液中未經(jīng)凝聚的PTFE 粒徑為0.15～0.40μm，它們被分散劑包圍而具有一定的穩(wěn)定性，被稱為PTFE 的初級(jí)粒子。

分散聚合得到的PTFE 聚合物分散液經(jīng)過稀釋，在破乳劑和機(jī)械攪拌作用下實(shí)現(xiàn)破乳，分散液中的初級(jí)粒子凝聚成粒徑較大的次級(jí)粒子，并同分散液分離，經(jīng)過洗滌、干燥后得到PTFE 分散樹脂。PTFE 分散樹脂呈白色細(xì)粉狀，次級(jí)粒子平均粒徑一般在300～1300μm，表觀密度一般在400～500g/cm3。PTFE 分散樹脂由于聚合工藝和后處理?xiàng)l件等因素的變化以及聚合時(shí)有無加入少量改性單體、加入量的多少和加入時(shí)機(jī)等的不同，產(chǎn)生了很多不同品級(jí)和牌號(hào)的分散樹脂，分別適應(yīng)各種不同的加工方法和制品性能。

PTFE 分散樹脂的分子量和結(jié)晶度一般較懸浮樹脂更高，結(jié)晶度高達(dá)98%以上。和PTFE 懸浮樹脂不同的是，PTFE 分散樹脂具有原纖化傾向，即在摩擦、擠壓等剪切作用力下，PTFE 分散樹脂大分子容易從PTFE 分散樹脂顆粒表面和內(nèi)部抽出，形成微纖維。干燥后的PTFE 分散樹脂在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中應(yīng)避免擠壓，并在19℃以下低溫環(huán)境保存，盡量避免其發(fā)生原纖化。

1.3 分散液

PTFE 分散液又稱PTFE 乳液，由四氟乙烯單體通過分散聚合方式得到。為了得到更加穩(wěn)定的PTFE 分散液或濃度更高的PTFE 濃縮分散液，一般在分散聚合得到的PTFE 分散原液基礎(chǔ)上加入更多的乳化劑，或者通過分散聚合原液濃縮后制備PTFE 濃縮分散液，濃縮方法包括加表面活性劑絮凝和再分散法、直接鹽析破乳法、乳化劑增濃法、物理脫水法、半透膜脫水法、高分子膜分離法等。一般PTFE 分散液中樹脂的質(zhì)量百分含量為25%～75%，市售PTFE濃縮分散液中PTFE 分散樹脂含量多為60%，PTFE 初級(jí)粒子粒徑0.2～0.3μm，其中乳化劑含量為PTFE 樹脂質(zhì)量的0～12%。為了保持分散液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性并避免儲(chǔ)存過程中細(xì)菌的滋生，PTFE分散液的pH 一般在8.5～11。分散聚合PTFE 粒子表面呈現(xiàn)負(fù)電性，因此乳化劑一般為陰離子或非離子型表面活性劑，其中以非離子表面活性劑為主。

PTFE 分散液大多用于制備特殊涂層，如在耐高溫紗線、耐高溫織物或金屬表面進(jìn)行浸漬或涂層。使用時(shí)PTFE分散液可根據(jù)需要進(jìn)行稀釋，稀釋時(shí)一般用去離子水，或含有一定濃度非離子表面活性劑的去離子水進(jìn)行稀釋。PTFE 分散液儲(chǔ)存溫度為5℃～30℃，溫度過高會(huì)出現(xiàn)沉淀，溫度低于0℃，會(huì)出現(xiàn)不可逆絮凝。長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)，應(yīng)在較低溫度環(huán)境下儲(chǔ)存，同時(shí)每周或每月適當(dāng)攪動(dòng)，以避免PTFE 顆粒緩慢沉淀于容器底部。

2 纖維的制備

由于PTFE 高聚物均分子量大多在數(shù)百萬到千萬之間，熔融時(shí)黏度很高，流動(dòng)性很差；同時(shí)由于PTFE 樹脂幾乎不溶于任何常見溶劑，因此PTFE 纖維很少采用熔融或溶液加工方法，而常采用特殊的方式制備。

PTFE 纖維的制備方法和普通合成纖維的制備有很大不同，當(dāng)前商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)PTFE 纖維的主要方法包括：以PTFE 纖維分散樹脂為主要原料的膜裂法、以PTFE 濃縮分散液為主要紡絲原料的載體紡絲法和以PTFE 分散樹脂為主要制備原料的糊狀擠出法三種。對(duì)于PTFE 纖維而言，除了由PTFE 樹脂特性所決定的優(yōu)異理化性能，纖維成型過程以及纖維力學(xué)性能是制備PTFE纖維必須要考慮的因素。由于熔融時(shí)PTFE 樹脂聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和分子構(gòu)象發(fā)生很大變化，因此對(duì)于熔融再結(jié)晶后的PTFE難以進(jìn)行充分和有效的取向調(diào)整。雖然有采用熔融方式或固態(tài)擠出方式制備PTFE 纖維的報(bào)道，但其纖維制品力學(xué)性能相對(duì)較低，因此熔融加工方式很少有商業(yè)化生產(chǎn)。

2.1 膜裂法

膜裂法是20世紀(jì)70年代最早由美國(guó)杜邦、奧地利Lenzing 以及后來的美國(guó)Gore 和日本大金公司發(fā)明的一類PTFE 制備技術(shù)，主要包括切削膜裂法和拉伸薄膜膜裂法兩種。國(guó)內(nèi)大多文獻(xiàn)將膜裂法制備PTFE 纖維技術(shù)的起源歸為奧地利Lenzing 公司（剖裂剝落紡絲工藝），在該制備方法中首先將PTFE樹脂燒結(jié)成棒狀，然后采用先剖裂后剝落方式制備PTFE 纖維。由于燒結(jié)熔融過程中PTFE 超分子結(jié)構(gòu)的改變，剖裂剝落后難以進(jìn)行高倍拉伸以提高纖維力學(xué)性能，因此該方法（切削膜裂法）主要用于制備線密度較大的密封材料用PTFE 纖維。上世紀(jì)90年代Lenzing公司采用拉伸PTFE 薄膜膜裂法制備了平均線密度為2.6dtex 的短纖，用于耐高溫針刺氈濾料的加工；同時(shí)生產(chǎn)線密度440dtex 的膜裂法PTFE 長(zhǎng)絲，用于針刺氈增強(qiáng)基布和線密度1350dtex的三合股PTFE 長(zhǎng)絲縫紉線，用于耐高溫濾袋的縫合。

PTFE 膜裂法纖維制備技術(shù)是在PTFE 拉伸薄膜加工技術(shù)上發(fā)展起來的一種技術(shù)，制備過程主要步驟為PTFE薄膜的制備，拉伸、分切、定型以及加捻或卷曲三步。由于PTFE 分散樹脂原料具有很高的相對(duì)分子質(zhì)量和適于拉伸的超分子和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，分散樹脂顆粒在高于30℃情況下，極易在剪切外力作用下形成高取向的微纖維，因此PTFE 分散樹脂成為膜裂法PTFE纖維的首選原料。

膜裂法PTFE 纖維的主要制品包括短纖和長(zhǎng)絲兩個(gè)品種，短纖線密度大多數(shù)在3～10dtex，有多種名義長(zhǎng)度；長(zhǎng)絲線密度在90～2000dtex，由于膜裂法制備過程中扁絲為中間產(chǎn)品，最終的PTFE 長(zhǎng)絲制品多為加捻長(zhǎng)絲，有單絲和多股加捻長(zhǎng)絲制品。拉伸薄膜膜裂法PTFE 纖維強(qiáng)度較高，一般在2～4.5cN/dtex，甚至高達(dá)6cN/dtex 以上，同時(shí)膜裂法PTFE 纖維制備過程無污染，所制備的PTFE 纖維純凈、潔白，加工效率較高。膜裂法PTFE 纖維的主要缺點(diǎn)是粗細(xì)均勻度較差，纖維較粗，纖維截面形狀多為扁圓形。

我國(guó)膜裂法PTFE 纖維制備和加工發(fā)展較晚，目前主要由浙江格爾泰斯環(huán)保特材科技有限公司、上海金由氟材料有限公司、臺(tái)灣宇明泰化工股份有限公司生產(chǎn)。

2.2 乳液紡絲法

乳液紡絲，也稱載體紡絲，是采用PTFE 濃縮分散液和其他成纖性較好的聚合物溶液一起混合制備PTFE 紡絲溶液，利用成纖聚合物溶液的輔助或載體作用，通過溶液紡絲方式制備中間復(fù)合纖維，然后通過燒結(jié)初生復(fù)合纖維并氧化分解紡絲載體聚合物的方式制備PTFE 纖維。

乳液紡絲方式是最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和最為成熟的一種PTFE 纖維制備技術(shù)，杜邦公司早在20世紀(jì)50-60年代就申請(qǐng)了采用黏膠做為紡絲載體的乳液紡絲法制備PTFE 纖維專利，之后杜邦公司申請(qǐng)了多個(gè)乳液紡絲法制備PTFE 纖維的專利，其中的紡絲載體涉及黏膠、各種纖維素醚類衍生物，并將其乳液紡絲PTFE 纖維注冊(cè)為“特氟龍”纖維（Teflon?）。目前國(guó)外主要以纖維素或纖維素衍生物作為紡絲載體的PTFE 纖維生產(chǎn)商為日本東麗公司，并以Toyoflon?作為其商品名；2002年收購(gòu)杜邦公司Teflon?纖維事業(yè)，成立了東麗氟纖維有限公司，以Teflon?為商品名生產(chǎn)和銷售其乳液紡絲法PTFE纖維。俄羅斯生產(chǎn)以黏膠作為紡絲載體的乳液紡絲PTFE 纖維，其商品名為“Polifen”。

國(guó)內(nèi)常州市興誠(chéng)高分子材料有限公司申請(qǐng)了以黏膠作為紡絲載體的乳液紡絲法PTFE 纖維的專利，并有乳液紡絲法PTFE 纖維的生產(chǎn)和銷售。杜邦公司申請(qǐng)了以聚苯乙烯的四氯化碳溶液作為紡絲載體進(jìn)行干法紡絲的專利，西安工程大學(xué)則公開了以纖維素氨基甲酸酯作為載體的乳液紡絲法PTFE 纖維制備的研究。浙江理工大學(xué)、西安工程大學(xué)、南京際華集團(tuán)3521 等單位合作，對(duì)以PVA 作為紡絲載體的PTFE乳液紡絲工藝及相關(guān)設(shè)備開發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，東華大學(xué)等報(bào)道了以PVA 作為紡絲載體的乳液紡絲法制備PTFE 纖維的研究。

乳液紡絲法PTFE 纖維制品主要包括短纖和長(zhǎng)絲制品，國(guó)內(nèi)以短纖制品生產(chǎn)為主，日本東麗公司則既有長(zhǎng)絲又有短纖制品。乳液紡絲法PTFE 纖維的特點(diǎn)是纖維細(xì)度均勻，截面近圓形，加工效率高。由于載體聚合物的存在，燒結(jié)炭化后的PTFE 纖維多因殘留炭化物而呈棕色或褐色。殘留物可通過硝酸溶液漂白后得到白色乳液紡絲法PTFE 纖維。乳液紡絲法纖維的強(qiáng)度偏低，一般在0.5～2cN/dtex，熱收縮率較高，一般高于10%，同時(shí)濕紡紡絲存在一定的廢水、廢氣和環(huán)境污染問題。

2.3 糊料擠出法

糊料擠出法是采用PTFE 分散樹脂顆粒和易揮發(fā)的烷烴類潤(rùn)滑劑按一定配比進(jìn)行混合，得到PTFE 糊料，然后通過預(yù)成型、糊料擠出制備PTFE 初生纖維，初生纖維經(jīng)過脫脂、熱處理、拉伸等必要工序后，制得PTFE 纖維。國(guó)外Hitachi Cable 公司申請(qǐng)了糊料擠出法制備PTFE 單絲的方法，浙江理工大學(xué)郭玉海等公開了PTFE 糊狀擠出紡絲方法及專用噴絲頭，何正興等也申請(qǐng)了糊狀擠出法制備PTFE 單絲的方法。

表1 PTFE 纖維制備方法及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況

樹脂原料選用初級(jí)粒子，粒徑為0.15～0.4μm，次級(jí)粒子的粒徑為450～600μm 的分散聚合PTFE 樹脂，由于PTFE 分散樹脂具有一定的黏附性，容易結(jié)塊，在和潤(rùn)滑劑混合之前一般在低于19℃條件下過篩處理。潤(rùn)滑劑采用低沸點(diǎn)、有一定黏度和表面張力的航空煤油、十氫萘、溶劑油等異構(gòu)烷烴類潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑劑含量一般為PTFE 樹脂含量的15%～25%。混料時(shí)應(yīng)注意攪拌條件，多采用V型混合器，低速轉(zhuǎn)動(dòng)混合。壓坯在1～10kg/cm2壓力下進(jìn)行，壓縮比例在3：1。

糊料擠出法PTFE 纖維制備方法是在糊料擠出法PTFE 制品加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。糊料擠出法PTFE 纖維具有密度大、強(qiáng)度高、截面圓形、細(xì)度均勻的特點(diǎn)，由于在擠出過程中的壓縮比較高，擠出壓力很高，因此適合制備粗特單絲制品。糊料擠出法PTFE 纖維中的潤(rùn)滑劑在脫脂過程中完全脫除，因此成品纖維全部為PTFE。制備過程中的潤(rùn)滑劑可以回收再利用，生產(chǎn)過程比較環(huán)保。由于糊料擠出設(shè)備成型壓力的限制，糊料擠出法非常適合制備單絲制品，多空擠出復(fù)絲產(chǎn)品需要特殊的噴絲板設(shè)計(jì)和擠出設(shè)備，因此糊狀擠出法PTFE 纖維制備的生產(chǎn)效率受到一定限制。雖然有固態(tài)擠出方法制備PTFE 纖維的研究報(bào)道，但所制備的纖維強(qiáng)度較低。

糊狀擠出法PTFE 纖維和膜裂法PTFE 纖維的制備非常相似，由于該方法不需要制備薄膜和分切過程，因此制備流程要比膜裂法PTFE 纖維短。國(guó)外Gore 公司有致密PTFE 單絲制品生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)則主要是上海靈氟隆膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)，產(chǎn)量比膜裂法和乳液紡絲法PTFE 纖維低。

2.4 三種加工技術(shù)對(duì)比

膜裂法、乳液紡絲法和糊狀擠出法三種主要的PTFE 纖維制備和加工技術(shù)各有特點(diǎn)，所制備的PTFE 纖維制品形態(tài)和性能有所差異。由于膜裂法PTFE 纖維制備過程環(huán)保、加工效率高，制品力學(xué)性能可控度較高，制品種類和規(guī)格較多，包括不同粗細(xì)、形狀、致密程度的縫紉線、長(zhǎng)絲和短纖等制品，目前產(chǎn)量最高。其次是乳液紡絲法PTFE 纖維，雖然纖維力學(xué)性能稍差于膜裂法PTFE 纖維，但制備技術(shù)相對(duì)成熟，加工效率較高。糊狀擠出法PTFE纖維力學(xué)性質(zhì)較高，但加工效率偏低，一般用于制備特殊用途和性能要求的單絲制品，產(chǎn)量較低。

從用途來看，膜裂法PTFE 短纖和乳液紡絲法PTFE 短纖大量應(yīng)用在高溫空氣過濾領(lǐng)域，膜裂法長(zhǎng)絲主要應(yīng)用于高溫空氣過濾材料用增強(qiáng)基布，膜裂法縫紉線主要應(yīng)用于高溫空氣過濾用濾袋縫合。粗特膜裂法長(zhǎng)絲則用于填料密封用盤根。乳液紡絲法長(zhǎng)絲目前主要是日本東麗公司生產(chǎn)，可用于增強(qiáng)基布、縫紉線和填料密封，長(zhǎng)絲強(qiáng)度和膜裂法長(zhǎng)絲相比稍低一些。糊料擠出法主要制備長(zhǎng)絲制品，尤其是單絲制品，用于增強(qiáng)基布和縫紉線等方面。

3 纖維的性能

3.1 力學(xué)性能

PTFE 纖維的力學(xué)性能和纖維制備方式、加工工藝及其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。乳液紡絲法PTFE 纖維的牽伸倍數(shù)、取向度和強(qiáng)度較低，伸長(zhǎng)率和熱收縮率較大。260℃/30min 熱處理后的收縮率一般在10%以上，經(jīng)過充分定型后，高溫?zé)崾湛s可小于10%。膜裂法PTFE 纖維的牽伸倍數(shù)和取向度較高，強(qiáng)度可達(dá)7cN/dtex，彈性模量達(dá)255cN/dtex，高溫收縮率（260℃/30min）大多低于6%，Gore 公司的PTFE 縫紉線RASTEX 的高溫自由收縮率甚至小于3%，高溫尺寸穩(wěn)定性好。糊狀擠出法PTFE 纖維的細(xì)度偏粗，單絲線密度一般在10dtex 以上，強(qiáng)度一般較乳液紡絲法和膜裂法所制備的PTFE 纖維高，高溫?zé)崾湛s率在5%～15%，這與其制備條件密切相關(guān)。由于PTFE 纖維密度比傳統(tǒng)紡織纖維高60%左右，因此在相同強(qiáng)度下，其斷裂應(yīng)力是傳統(tǒng)紡織纖維的1.6 倍左右。

和一些高性能纖維相比，PTFE 纖維具有優(yōu)異的耐疲勞性質(zhì)。由于PTFE分子間作用力較弱，純PTFE 纖維在外力作用下會(huì)發(fā)生明顯的蠕變或冷流現(xiàn)象，蠕變現(xiàn)象與外載荷、時(shí)間和溫度有關(guān)，通過填充纖維狀或粉末狀填充材料的方式可以改善其抗蠕變性。

3.2 表面特性

PTFE 纖維的表面摩擦因數(shù)很低，僅為錦綸的1/6，且纖維分子之間的作用力較低，在固體潤(rùn)滑領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值。摩擦因數(shù)較低使得纖維之間的抱合力較低，梳理成網(wǎng)較困難。PTFE 纖維的臨界表面張力很低，難以被大多數(shù)極性液體浸潤(rùn)，是一種表面能很低的固體材料，具有難粘和不粘特性。

3.3 熱學(xué)性能

PTFE 纖維具有優(yōu)異的耐高低溫性能，在-196℃～260℃范圍內(nèi)均能保持良好的力學(xué)性能，低溫下具有較好的韌性。PTFE 纖維的熔點(diǎn)在327℃以上，在260℃以下可長(zhǎng)期使用，在120℃以下沒有明顯的熱收縮，在120℃以上開始發(fā)生熱收縮。膜裂法PTFE 纖維在230℃高溫下仍具有1～3cN/dtex 的斷裂強(qiáng)度，230℃熱處理12h，強(qiáng)度保持率在70%以上。

在正常溫度（260℃以下），PTFE纖維具有良好的熱穩(wěn)定性。290℃以上會(huì)發(fā)生一定的升華，質(zhì)量損失率為0.0002%/h，415℃以上開始分解，570℃～650℃熱分解速率最快。

PTFE 纖維的熱導(dǎo)率為0.2～0.4W/(m·K），在常見纖維中，熱導(dǎo)率較高，和錦綸相似，比棉纖維高很多倍。PTFE 纖維極限氧指數(shù)大于95%，屬于難燃纖維，具有良好的阻燃性質(zhì)。PTFE 紗線純紡織物具有比PTFE/Nomex 交織織物更好的阻燃和抑煙效果。

3.4 介電和導(dǎo)電性能

由于氟原子在分子鏈上的對(duì)稱均勻分布，PTFE 纖維具有良好的介電性能。PTFE 纖維的介電常數(shù)在-40℃～250℃范圍內(nèi)基本保持恒定在2.1，介電損耗角正切值在0.0003 左右。純的PTFE 纖維具有很高的體積電阻率，具有優(yōu)良的絕緣性能，梳理時(shí)容易產(chǎn)生靜電。PTFE 纖維不吸濕，因此體積電阻和表面電阻不隨濕度變化而變化。

3.5 耐腐蝕性和耐候性

PTFE 分子中C-F 鍵的鍵能很高，F(xiàn) 原子圍繞C 原子主鏈形成螺旋形保護(hù)結(jié)構(gòu)，因此腐蝕性強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑即使在高溫時(shí)對(duì)PTFE 纖維也沒有腐蝕作用。PTFE 幾乎不溶于所有溶劑，300℃以上只有含氟溶劑能夠溶脹PTFE 纖維。熔融狀態(tài)的堿金屬、三氟化氯以及元素氯等能對(duì)PTFE 起到明顯的化學(xué)作用。PTFE 纖維的耐化學(xué)腐蝕性使其在特種溶液過濾、復(fù)雜煙氣成分的中、高溫空氣過濾等應(yīng)用場(chǎng)合，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

PTFE 纖維對(duì)高能輻射比較敏感，但PTFE 纖維的耐紫外線性能優(yōu)良，直接暴露于外界的大氣條件下，三年內(nèi)其斷裂強(qiáng)力僅有2%的下降。

4 纖維的應(yīng)用

4.1 過濾材料

由于我國(guó)煤炭占能源消費(fèi)比例高達(dá)70%以上，加上近20年來迅速的工業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，煤炭在電力、冶金、建筑及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用總量迅速增加，對(duì)我國(guó)的大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。煤炭燃燒廢氣中含有不同粒徑和不同成分的煙塵，由于袋式除塵器具有除塵效率高、捕集粉塵粒徑范圍大，在濾料選擇恰當(dāng)?shù)那闆r下，袋式除塵器能夠適應(yīng)高溫、高濕、高濃度的微細(xì)粉塵、吸濕性粉塵和易燃易爆粉塵等復(fù)雜和惡劣工況，袋式除塵技術(shù)在工業(yè)除塵領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。以耐高溫、耐腐蝕濾料作為核心部件的袋式除塵器，在燃煤發(fā)電、垃圾焚燒、水泥、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)揮了重大作用。

高溫過濾的煙氣溫度一般在150℃～270℃，煙氣中不僅含有工業(yè)粉塵，還常伴有水蒸氣、酸性氣體、堿性氧化物以及不同的含氧量，不同場(chǎng)合下的煙塵排放成分不同，不同纖維的耐熱性、耐水解性、耐腐蝕性、耐氧化性不同，高溫?zé)焿m過濾使用場(chǎng)合不同。由于PTFE 纖維耐高溫及高溫力學(xué)保持性能優(yōu)良，可以長(zhǎng)期在260℃下使用，短期使用溫度可以高達(dá)280℃。同時(shí)，PTFE 具有優(yōu)異的耐腐蝕和抗氧化性能。因此，PTFE 纖維是高溫粉塵過濾材料（高溫袋式除塵濾袋）的最佳選擇.

PTFE 纖維除了可以用于高溫、耐腐蝕空氣過濾外，還可以應(yīng)用于水過濾領(lǐng)域。在水過濾領(lǐng)域中，可以使用PTFE 超細(xì)纖維無紡布直接作為過濾介質(zhì)，進(jìn)行微濾操作。大多數(shù)膜過濾場(chǎng)合，尤其是平板膜、離子交換膜等，膜強(qiáng)度不夠高，需要非織造或機(jī)織的支撐材料，目前大多數(shù)水過濾支撐材料采用丙綸、滌綸或錦綸制作；對(duì)于一些特殊過濾場(chǎng)合，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化性廢水過濾，大多需要采用復(fù)雜的預(yù)處理程序，以中和、調(diào)節(jié)廢水成分，若采用PTFE 纖維支撐材料及PTFE 微孔膜，則可以實(shí)現(xiàn)純PTFE 材質(zhì)特種微濾。

4.2 密封和潤(rùn)滑材料

盤根密封通常由較柔軟的紗線編織而成，通過各種不同截面形狀的條狀物填充在密封腔體內(nèi)，靠填充材料的徑向壓縮作用實(shí)現(xiàn)密封，同時(shí)起到一定潤(rùn)滑作用。由于PTFE 纖維具有耐高溫、耐腐蝕、摩擦因數(shù)低、導(dǎo)熱性較好，同時(shí)具有自潤(rùn)滑作用等特點(diǎn)，在旋裝式和往復(fù)式動(dòng)密封場(chǎng)合有著特殊的地位。PTFE 纖維盤根密封材料可以在pH0～14，溫度-100℃～260℃，軸線速度20m/s 以下，密封壓力8Mpa條件以下使用，在衛(wèi)生級(jí)要求較高、腐蝕性強(qiáng)、線速度高、易磨損等工況和環(huán)境下更有優(yōu)勢(shì)。

關(guān)節(jié)軸承是一種特殊的滑動(dòng)軸承，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載力大、耐沖擊、摩擦因數(shù)小、自潤(rùn)滑及維護(hù)方便。其中含PTFE 纖維織物襯墊的自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承應(yīng)用最為廣泛。為提高襯墊織物與內(nèi)外圈之間的黏結(jié)，同時(shí)為了充分發(fā)揮PTFE 纖維的低摩擦、自潤(rùn)滑作用，關(guān)節(jié)軸承襯墊織物在結(jié)構(gòu)上一般為非對(duì)稱的，即襯墊織物一側(cè)富含PTFE 纖維作為潤(rùn)滑面，另一側(cè)富含其他高強(qiáng)度纖維如芳綸等，作為黏結(jié)面。

4.3 建筑材料

用于建筑工程的薄膜材料分為織物類膜材和非織物類膜材兩大類，其中非織物類膜材則以PTFE 薄膜最具代表性和競(jìng)爭(zhēng)性，織物類膜材常用的有PVDF 或涂層覆蓋聚酯纖維織物以及PTFE 涂層玻璃纖維織物。由于PTFE纖維具有優(yōu)異的耐光性和拒水防污性，該纖維也可用來制作戶外用建筑膜結(jié)構(gòu)合遮陽棚。由于PTFE 纖維較傳統(tǒng)的紡織纖維價(jià)格高，因此在建筑膜結(jié)構(gòu)中大量使用的是經(jīng)過PTFE 乳液涂層的玻璃纖維織物，若采用100%PTFE纖維，即建筑膜結(jié)構(gòu)采用經(jīng)過PTFE 乳液涂層的PTFE 纖維織物，則建筑膜結(jié)構(gòu)的采光更好，膜結(jié)構(gòu)可以折疊收起，使用壽命更加耐久。

4.4 醫(yī)療衛(wèi)生材料

由于PTFE 纖維具有良好的化學(xué)惰性、生物相容性、無生物毒性、良好的抗疲勞性、低摩擦因數(shù)等特點(diǎn)，因此PTFE 纖維在生物醫(yī)用材料上具有良好的使用價(jià)值。

20世紀(jì)80年代，歐美市場(chǎng)開始流行使用牙線。Lenzing 公司發(fā)明了一種聚四氟乙烯包芯紗型牙線，黃斌香等則發(fā)明了制作PTFE 纖維牙線的方法。美國(guó)Gore 公司將PTFE 膨化纖維用來制作人造韌帶，DuPont 公司將PTFE 纖維用于心臟瓣膜手術(shù)、主動(dòng)脈支架、醫(yī)用敷料等，Lenzing 公司報(bào)道了將PTFE纖維用于植入性醫(yī)用縫合線以及醫(yī)用紡織品，尤其是皮蘚患者服裝和醫(yī)院防褥瘡床單。皮蘚患者用服裝包括50%或者100%PTFE 纖維TEPSO?襪子、襯衫、內(nèi)衣，醫(yī)用床單采用67%PTFE 纖維和33%棉混紡織物。采用PTFE 纖維后，織物的導(dǎo)熱系數(shù)較高，熱阻和濕阻較小，具有比棉織物更好的熱濕舒適性。利用PTFE 纖維纖維的低摩擦因數(shù)，可以將PTFE 長(zhǎng)絲和其他纖維紗線交織，加工運(yùn)動(dòng)保健襪品，降低穿著者腳底出現(xiàn)水泡的可能。

4.5 高性能繩索

在高張力、高彎曲應(yīng)力等起重用途中，繩索的可靠性和耐久性至關(guān)重要。利用PTFE 纖維的高彎曲疲勞性能，Gore 公司開發(fā)了Omnibend PTFE纖維高性能繩索。通過Omnibend PTFE長(zhǎng)絲和其他高性能纖維混合，可以顯著提高繩索的彎曲疲勞壽命。使用了20%PTFE 長(zhǎng)絲的混合繩索，使用壽命可以提高300%～500%。

4.6 其他應(yīng)用

由于PTFE 纖維有優(yōu)異的耐候性能和較好的力學(xué)性能，在宇航員艙外航天服中被用作限制層和防撕裂層的關(guān)鍵材料。由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能，被用作氯堿電解槽用石棉隔膜的黏結(jié)，減少石棉的流失，延長(zhǎng)隔膜的壽命。PTFE 纖維的耐腐蝕性優(yōu)異，其網(wǎng)狀織物常被用作無機(jī)酸及其他腐蝕性化工產(chǎn)品制備過程的除霧器。PTFE 纖維還在復(fù)印機(jī)的清潔襯墊、刷、輥輪及潤(rùn)滑氈等方面有所應(yīng)用，其耐熱性、低摩擦性、耐腐蝕性得到充分利用。PTFE纖維屑或極短纖維（0.5～6mm）可用于塑料固體潤(rùn)滑填充劑，以改善塑料制品的耐磨性和自潤(rùn)滑性。

（本文摘編自《高性能化學(xué)纖維生產(chǎn)及應(yīng)用》，中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)編著）