PTFE-聚四氟乙烯简介
聚四氟乙烯，英文名称：Polytetrafluoroethylene，简称PTFE或F4。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。聚四氟乙烯（Teflon或PTFE），俗称“塑料王”，是美国杜邦公司的彭励格（Roy Joseph Plunkett）博士于1938年发明的，杜邦公司在1945年注册了Teflon®(特富龙®)商标并商业化生产。
PTFE的分子式
-[CF2 - CF2]n-
PTFE结构式
PTFE分子中F原子把C－C键遮盖起来而且C－F键键能高特别稳定，除碱金属与氟元素外它不被任何化学药品侵蚀。
PTFE分子中F原子对称，C－F中两种元素共价相结合，分子中没有游离的电子，整个分子呈中性。使PTFE具有优良的介电性能。由于PTFE分子外有一层惰性的含氟外壳，使它具有突出的不粘性能与低的摩擦系数。
聚四氟乙烯具有杰出的优良综合性能，耐高温，耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数。在PTFE中加入任何可以承受PTFE烧结温度的填充剂，它的机械性能可获得大大的改善。同时，保持PTFE其它优良性能。填充的品种有玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤纖、聚酰亚胺、EKONOL…等，耐磨耗、极限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。能在+250℃至-180℃的温度下长期工作，除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化。
PTFE工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。 分散液可用作各种材料的绝缘浸渍液和金属、玻璃、陶器表面的防腐图层等。各种聚四氟圈、聚四氟垫片、聚四氟盘根等广泛用于各类防腐管道法兰密封。此外，也 可以用于抽丝，聚四氟乙烯纤维——氟纶（国外商品名为特氟纶）。
聚四氟乙烯已广泛应用于化工、机械、电子、电器、军工、航天、环保和桥梁行业。
PTFE-聚四氟乙烯的特性
耐高温
使用工作温度达250℃。
耐低温
具有良好的机械韧性，即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率。
无毒害
具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。
力学性能，不粘附
光滑异常，连冰都比不过它，是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的1／5，这是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。
绝缘性能优异
报纸厚的一层薄膜，便足以抵挡1500V的高压电。
耐化学腐蚀和耐候性
除熔融的碱金属外，聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃（约0.1g／100g）。
优异的耐候性
不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，有塑料中最佳的老化寿命。
电性能
聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。
耐辐射性能
聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104拉德），受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。
PTFE-聚四氟乙烯的应用
化工防腐
利用其耐药品性：氟塑料在耐药品性方面的应用早已不局限于制造密封圈、衬垫、管件，在其他需要耐腐蚀的部件(如管道)上的使用也日益增加。随着原料和加工技术的进步，氟塑料的成型方式又扩大厂选择幅度：如采用注射成型可大幅度提高生产效率，小批量生产时可采用切削加工工艺，聚四氟乙烯粘接和焊接技术的开发使制造大型贮槽和设备衬里有了可能，FEP粉末喷涂工艺使加工更加灵活、方便。半导体生产过程中防腐蚀、防污染已更多地采用氟塑料。
机械工业
聚四氟乙烯的的摩擦系数小，其静摩擦系数低于动摩擦系数，可用于低速高负荷领域，如在土建、化工、桥梁等结构件中可解决热膨胀和震动引起的伸缩问题。具体应用有：
· 防污染机械(如纺织、造纸、制药、食品机械)的轴承轴套；
· 输送碱、溶剂等非润滑液体的机械(如搅拌机、染色机、泵)；
· 在酸、碱等腐蚀性环境(如电镀浴槽化工设备)下工作的轴套；
· 禁油润滑(如制氧设备)；
· 元油润滑(如超低温冷冻机、液体燃料泵)；
· 油润滑效果不良的环境下(加高温干燥机、炉内台午、炉内传送带)工作的滑动部件；
· 低速高负荷状态下的滑动部件〔可动支承)。
电子电气
氟塑料是难燃材料，临界氧指数高又耐腐蚀，可作电线的绝缘层。
ETFE、PVDF的绝缘电阻、绝缘强度都高，机械强度也优，可用于计算机、通信机电缆。利用其耐候性、耐辐照等特性可用于油井及核反应堆小的电缆。利用其高频下相对介电常数与介电损耗均低的特点可用于通信设备、高频电了仪器，将PTFE与炭黑、碳纤维这类导电物质混合可作为防静电材料和发热元件材料。PVDF也可制成压电元件用于无线电行业及仪器仪表行业。
医疗器械
· 人体代用动脉、静脉血管、心脏膜；
· 内窥镜、钳导管，气管；
· 其他管、瓶、滤布等医疗器材。
不粘性产品
利用氟塑料的不粘性可以制造厨房设备(如不粘锅、点心模具)、高级建筑物的外墙涂层、泡沫塑料成型模具、复印机辊筒等。此外在人造血管、心脏瓣片等医学土物工程材料、气体分离膜、防水透气复合织物等方面的用途也日益广泛。
国内外PTFE聚四氟乙烯产业现状与改性前景
氟树脂由于其独特性能，全球产量与消费量快速增加，目前全球氟树脂的消费量约为12万吨，其中70%左右为聚四氟乙烯 （PTFE）。我国PTFE生产与研究起步较早，但是由于多种因素制约，生产规模和工艺技术整体水平比较低。
我国PTFE产业现状
目前，国内主要生产厂家有上海三爱富股份有限公司、上海氯碱化工股份公司电化厂、济南化工厂、晨光化工研究院二分厂、阜新化工厂等，年生产能力约为 7000吨。我国生产PTFE的基础原料氟石资源丰富，近年来国内部分企业计划引进技术，建设规模装置，国外多家跨国公司也在或计划在中国建设氟树脂项目，如浙江巨化引进俄罗斯技术合资建设年产能数千吨的聚四氟乙烯装置、常熟国际氟化工园建成后，阿托菲纳公司将进驻投资生产氟树脂、日本大金公司投资 13.3亿元在园区内投资建设聚四氟乙烯装置已经于2002年投产，其它一些公司也纷纷提出入驻的意向，可以预计未来我国PTFE工业将迎来快速发展阶段。
PTFE加工与应用
PTFE的熔点高、熔融粘度很大，且对于无定形状态下的剪切很敏感，容易产生熔体破裂，因此不能采用熔融挤压、注射成型等常规的热塑性塑料成型工艺，只能采用类似粉末冶金的方法进行烧结成型。
填充的PTFE的制造与PTFE的成型一样，可以采用预成型、自由烧结加工，也可以采用柱塞挤出法成型，上述加工工艺一般适合于一定壁厚的产品，而不适应于PTFE薄膜的加工。
PTFE的改性研究
尽管PTFE具有良好的物化性能，但是也存在一些缺陷，如其机械性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困难等，使其应用受到一定限制。随着我国PTFE产能快速增加，加强PTFE改性技术研究与应用，开发新型高效的PTFE复合材料，已经成为目前国内PTFE的研究与发 展方向。可以通过增强、填充、复配和共混等多种手段对PTFE进行改性，以弥补自身缺陷，主要方法有表面改性、填充改性和共混改性。
一、表面改性
PTFE极低的表面活性和不粘性限制了其与其他复合材料的复合，因此必须对PTFE材料进行一定的表面改性，以提高其表面活性。常用技术有（a），表面活 化技术：可以采用高能射线的辐射使其表面脱氟，在一定装置和条件下与其他材料氟化接枝；用一些惰性气体的低温等离子处理PTFE材料，发生碳-氟或碳-碳 键的断裂，生成大量自由基以增加PTFE的表面自由能，改善其润湿性和粘接性；将PTFE浸入熔融的醋酸钾中，在适宜温度下处理形成具有一定活性的活化 层；PTFE在一定配比的氢氧化钠、二丙烯基三聚氰胺混合液中加热处理，可以提高其表面活性；PTFE经过一定强度和时间的电晕处理，可以形成可胶接的活 化层。（b），化学腐蚀改性：将PTFE经过一定化学试剂处理可以提高其表面活性，这些化学试剂可以是金属钠的氨溶液、萘钠四氢呋喃溶液、碱金属汞齐、五 羰基铁溶液等。（c），表面沉积改性：将PTFE浸渍在某些金属氢氧化物的胶体溶液中，使得胶体粒子沉积在PTFE表面，从而增大其湿润性，改善其表面活 性，而易于与其他材料复合。上述表面改性方法主要适应于PTFE薄膜，改性后的薄膜广泛应用于化工防腐衬里、密封制品及润滑装置的设计与制造中。
二、填充改性
目前填充PTFE制品是产量最大的PTFE树脂产品，通过在PTFE树脂填充无机类、金属类和有机高聚物类等不同填料来改善PTFE的耐压性、耐磨性和冷 却性。这些填料要求能经受住PTFE的烧结温度、不与PTFE反应、另外具有一定粒度并能改善PTFE的一些物化性能。值得注意的是，在国外，PTFE填 充技术都是由PTFE树脂生产厂家完成，而我国则都是由加工生产企业来完成。
填充材料主要有：无机填充材料，主要有玻璃纤维、石墨、二硫化钼和碳纤维等；金属填充材料，通常采用铁、铜、铅、钼、钨、银等金属及其氧化物来填充PTFE，尤其是铜及其合金最为常用；有机填充材料主要是有机纤维和高分子聚合物。
三、共混改性
共混改性主要是利用PTFE的优异特点对一些树脂进行合金化处理，目前研究与应用前景看好，如PTFE/PA、PTFE/POM、PTFE/PC、PTFE/PI、PTFE/PPO、PTFE/PEEK、PTFE/PPS、PTFE/PES等合金产品层出不穷。
PTFE改性聚甲醛（POM）
POM具有极好的力学、化学和电性能，广泛应用于汽车、电子、精密机械和建材。国内采用冷压-热烧结工艺研制出一系列不同 PTFE含量的的POM/PTFE的共混物，可以明显改善摩擦磨损性能、韧性、抗蠕变性和外观；还有通过高速混合PTFE和增韧增容改性后的POM挤出造 粒制得合金粒料，使改性后POM的摩擦磨损性能得到现状改善，其改善机理在于PTFE转移膜的形成；国外通过机械共混方法制备多种POM/PTFE共混 物，即POM分别与PTFE、涂覆偶联剂PTFE、经过化学处理的PTFE等数种PTFE共混，结果表明经过化学反应处理的、加偶联剂的PTFE与POM 之间产生很强的粘附作用，具有非常优异的性能。
PTFE改性聚苯硫醚（PPS）
PPS缺点在于耐冲击性能较差、而且加工成型困难。由于PTFE惰性表面很难与PPS进行粘接，日本从提高表面亲和力的观点出发，采用增溶剂以降低两相界面张力，并采用在高剪切速率下进行混炼的技术，使该非相容体系合金化。
国内利用PPS粉与混合剂混磨后，加入PTFE粉制成涂料，使得涂层具有优异的摩擦磨损性能、附着性、柔韧性和防粘性，其混合剂一般采用乙醇、水、二氧六 环十二烷基磺酸钠的体系。PTFE/PPS合金解决了PPS熔体流动速率高、难以直接模塑成型的问题，在300℃以上仍能保持较高的力学性能，主要用于耐 腐蚀的泵、阀、垫圈，以及动态密封、轴套、汽车引擎阀盖、色谱仪滑动密封件和导向件等。
PTFE改性聚酰胺（PA）
PA添加PTFE主要是提高其滑动性，据资料介绍，当PTFE填充量大于10%时候，PA的减摩耐磨性明显得到提高，如在 PA体系中同时添加能于、与其部分相容的线型低密度聚乙烯/丙烯-苯乙烯的共聚物5%，PTFE10%，二者协同效应非常好，无论是从提高复合材料的性 能，还是降低成本方面考虑，都是非常理想的改性方法。
PTFE改性聚酰亚胺（PI）
PI作为一种新型的工程塑料主要用于航空航天工业，近年来应用拓展到电子、汽车等领域。国外由33%PTFE、2%炭黑和 65%可溶性PI组成的复合材料是摩擦磨损性能十分优异的无油润滑材料，如国外rtp公司采用热塑性聚酰亚胺与PTFE进行共混或添加其他磨耗剂与填料的 技术开发了rtp4200系列产品，可用于汽车发动机罩下部件、航空航天设备和办公电子设备等。
PTFE改性聚醚醚酮（PEEK）
PEEK复合材料在航空航天、电子电气等领域获得广泛应用。国内研究单位利用PEEK的良好力学性能和高耐热性、 PTFE的低摩擦系数，配以助剂改进加工工艺，通过熔融共混制备PEEK/PTFE共混物，并用玻璃纤维/碳纤维混合纤维增强以提高其力学性能，开发一种 工艺性能好且能注射成型的无油润滑、耐高温、低摩擦的材料，用作高温发动机部件。
PTFE改性聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)
PMIA是一种力学性能、耐高温性远高于其他脂肪族的聚酰胺，为了进一步改善材料的摩擦学性能，需要采用 润滑性填料改善摩擦磨损性能。国内利用高速混合装置使PMIA粉末PTFE充分混合，并通过压缩浇铸得到样品，经过实验表明，当PTFE含量为20%时候 共混物具有最低的摩擦系数。
PTFE改性线型低密度聚乙烯(LLDPE)
采用PTFE对LLDPE改性可以有效延长其寿命，如果国外报道利用γ射线辐射粉体PTFE，同时用硅烷偶 联剂处理，用表面处理后的PTFE填充改性LLDPE后，不仅可以提高PTFE和LLDPE的粘接性，又可以提高共混物的力学性能，通过测试LLDPE的 加工性和紫外线稳定性得到明显提高。
另外，PTFE与其他多种工程塑料的共混国内外也进行大量研究，如PTFE与无定型高聚物聚醚砜（PES）进行共混，可以明显提高PES的润滑性能，英国ICI公司和日本住友化学相继开发出PTFE改性的系列耐磨耗的PES新产品；PTFE与聚苯醚（PPO）共混物特别适合制成整体和大型轴承部件；聚（邻 苯二甲酸-二酚基丙烷）树脂是一种非晶性透明聚合物，具有很多优异性能，采用PTFE改性后，可明显提高其耐化学性和自润滑性；日本帝人化成开发的 PTFE与聚碳酸酯共混合金特别适宜生产机械、车辆、电器等设备的齿轮凸轮和轴承等制品。
在线型PTFE链上引入少量非氟基团，进行嵌段接枝以破坏其对称性，从而得到可热塑性塑料加工方法加工的改性PTFE，加工性能大为改善，日益受到业内重视，另外如PTFE分散液、PTFE微粉和膨胀型PTFE等因为加工性能优异倍受重视。
