e-PTFE的结构与性能

发布时间 : 2019-08-12  浏览次数 :

聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene)缩写为PTFE,俗称“塑料王” (简称F4)。是一种结晶性的高分子化合物。化学稳定性极高,即使在高温下也不与强酸、强碱起作用,其稳定性超过贵金属,不受任何化学介质的腐蚀。PTFE分子是由一(一CF2一CF2一)一结构单元重复连接聚合而成的高分子材料,有密封性、高润滑不粘性、良好的电绝缘性和抗老化能力、耐温优异能在+250℃至-180℃的温度下长期工作,广泛应用于机械、电子、电器、通信、环保、桥梁、航天工业、新能源等领域。

膨体聚四氟乙烯(Expamded PTFE)缩写为e-PTFE,是将分散的PTFE树脂经一定的生产加工工艺膨胀为一种多孔、低密度且高韧性的材料。由于e-PTFE具有PTFE材料的优良综合性能,且使用温度范围更大,机械强度更高,并具有多孔性、透气性、疏水性和极好的柔韧性等一些新特性,在医疗、环保、纺织服装、石油、化工、新能源等领域得到广泛应用。此外,将e-PTFE与特定的基布材料复合制备性能优异的高分子复合材料,还可成功地应用于节能减排、PM2.5颗粒物过滤、水净化、人造器官等方面,目前e-PTFE引起越来越多的关注和重视。

1、PTFE分子结构特点
PTFE的分子结构式是:

e-PTFE的结构与性能(图1)

聚四氟乙烯(PTFE)为四氟乙烯(TFE)单体的高结晶聚合物,其性状白色、无毒、无臭,是目前工业生产应用中最为广泛的工程塑料之一。PTFE分子具有稳定的空间结构,其中氟含量和极性的C—F键密度含量较高,聚合物链结构不活泼,分子结构稳定性极好,分子的特殊结构决定了PTFE具有诸多优越的性能。

2、PTFE的物化特性

PTFE具有优异的耐温性,其熔点为326℃,在+250℃至-180℃温度范围内可以长期使用,甚至瞬间可耐300℃高温,而且即使温度下降到-196℃,也可保持5%的伸长率。PTFE优异的耐温性不愧为塑料之王的美誉。

PTFE还具有诸多优异的物理性能,如高润滑性,其自润滑性能十分优良,静摩擦系数在各种塑料中是最小的;高耐磨性;非亲水性,PEFE制成的薄膜不会渗水;优良的电绝缘性,不受工作环境包括温度和湿度的影响。PTFE除在高压、高温等苛刻条件下F元素和熔融状态的碱金属对其有侵蚀作用以外,大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂都不会对PTFE造成腐蚀。此外,PTFE的表面不粘性也相当突出,但是PTFE熔体的粘度却很高,该性质限制了通过某些常用的热塑加工方法对其加工及成型,只有通过专门的生产工艺及设备对其加工及成型。

3、e-PTFE的特点和性能

e-PTFE是将PTFE树脂通过一定的生产加工工艺膨胀为一种多孔、低密度且高韧性的材料。所谓“膨化” ,是一种加工方法,它是让原料在加热、加压的情况下突然减压而使之膨胀。美国化学研究员威尔伯特戈尔在他的1972年的专利中使用了“膨化”这一词,在其“膨化”的描述中,材料在加工后比重降低,这样的微观结构被形容为“纤维的”。对于该项专利,威尔伯特戈尔的初衷是生产出一种便于使用的且保留PTFE优异品质的密封材料,但使用了较少的起始原料。在戈尔的第一项专利中介绍了通过挤出机来制作带状PTFE,随后转变成现在称之为膨体聚四氟乙烯(e-PTFE)的产品。其实早在1969年,戈尔就发现了PTFE可制成多孔状材料,而强度几乎保持不变,且具有均一的截面形状,他还发现,高温下快速拉伸作用能生产出性能优越的产品。1976年,戈尔提出对多孔状的产品进行改进,但是减少对填料的需求,戈尔解释加工过程中减少填料不仅可以使加工成本更低,而且可降低杂质的风险。戈尔研究发现,当初始聚合物的结晶度超过98%时,可大幅改善膨化工艺。戈尔通过实验发现,单轴拉伸特别是在高比率扩张下不但可增加膨化聚四氟乙烯的孔隙率,同时也可增加聚合物强度。在PTFE最低结晶熔点条件下拉伸,结晶的聚合物无序程度增加,使非晶态结构含量增加。锁定晶粒和纤维,增强抗蠕变性,结果是材料的强度得到提高。在戈尔研究的基础上,研究人员现在可以用膨体材料制成薄膜,用于从其它的材料中分离出湿润性和非润湿性液体,包括腐蚀性的液体。与未膨化聚四氟乙烯相比,膨化聚四氟乙烯可以更容易与其它材料粘合,由此证明膨体材料耐热性得到增强。