聚四氟乙烯(PTFE)迎来5G风口!PTFE都火成这样了?

发布时间 : 2019-12-14  浏览次数 :

聚四氟乙烯被称“塑料王”,氟树脂之父罗伊·普朗克特1936年在美国杜邦公司开始研究氟利昂的代用品,他们收集了部分四氟乙烯储存于钢瓶中,准备第二天进行下一步的实验,可是当第二天打开钢瓶减压阀后,却没有气体溢出,他们以为是漏气,可是将钢瓶称量时,发现钢瓶并没有减重。他们锯开了钢瓶,发现了大量的白色粉末,这是聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯的性能特点

聚四氟乙烯的机械性质较软。具有非常低的表面能。聚四氟乙烯具有一系列优良的使用性能:
耐高温:长期使用温度200~260度;
耐低温:在-100度时仍柔软;
耐腐蚀:能耐王水和一切有机溶剂;
耐气候:塑料中最佳的老化寿命;
高润滑:具有塑料中最小的摩擦系数(0.04);
不粘性:具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质;
无毒害:具有生理惰性;优异的电气性能,是理想的C级绝缘材料,报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压;比冰还要光滑。

聚四氟乙烯的摩擦系数极小,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。聚四氟乙烯在-196~260℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能,全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆。PTFE密度较大,为2.14-2.20g/cm,几乎不吸水,平衡吸水率小于0.01%。聚四氟乙烯是典型的软而弱聚合物,大分子间的相互引力较小,刚度、硬度、强度都较小,在应力长期作用下会变形。

技术概况

悬浮聚合:就是在聚合釜中以水为介质,以过硫酸铵作引发剂,稀盐酸为活化剂,使四氟乙烯于0.5-2 MPa压力和40-45 ℃下引发聚合制得白色粒料,然后经过捣碎、研磨、干燥得到不同粒度的粉状聚四氟乙烯。

分散聚合:加入少量分散剂(全氟辛酸铵)和稳定剂(氟碳化合物),以氧化还原催化剂进行引发聚合。聚合有高压和低压之分,高压为2 MPa 和25 ℃,低压为0.6-0.7 MPa 和0-38 ℃。通过分散聚合生成聚四氟乙烯聚合液,通过凝聚、干燥、过筛得到分散树脂;通过分散聚合,在无离子水及各种助剂的作用下反应生成白色乳液,乳液通过浓缩釜进行水份蒸发浓缩成为浓缩液,即分散乳液。

分散树脂有更好的加工性能和制品性能。聚四氟乙烯难熔,流动性差,其颗粒粒径大小和颗粒形态对熔融流动性以及其加工性能和制品性能有重要影响。悬浮树脂和分散树脂品质的差异是由于它们的颗粒尺寸、粒径分布以及颗粒形态不同所致,前者颗粒粒径为毫米级,而后者粒径为亚微米级(250—350nm)。悬浮树脂可成型加工,不能糊状挤出,而分散树脂可用于糊状挤出 。PTFE分散树脂的分子量和结晶度一般较悬浮树脂更高, 结晶度最高可达96-98%,耐弯曲疲劳寿命是悬浮树脂的2300倍。

乳液聚合生产的分散树脂的粒子粒径尺寸小、粒径分布合理、粒子形态可控,因此加工性能和制品性能好。

聚四氟乙烯(PTFE)迎来5G风口!PTFE都火成这样了?(图1)

目前我国悬浮法PTFE树脂约占三分之二,分散法PTFE树脂占三分之一。


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生产现状

2019年,国内PTFE生产企业共有12家,产能合计约14万吨/年,占全球产能的40%以上,但需要注意的是,我国的PTFE产能以注塑级中低端产品为主。

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我国PTFE产能比较集中,行业前六企业约占总产能的83%,行业第一的东岳集团产能更是独占近三分之一的市场份额。


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2019年,预计国内PTFE产量约为9万吨,主要以注塑级的中低端产品为主,高端的PTFE树脂国产化率很低,严重依赖进口。我国是PTFE净出口国家,2004年我国PTFE出口量超过进口量,并在2010-2012年大幅扩张产能,进而出口量逐年增长,2010年我国PTFE出口量首次超过2万吨,至今仍维持在2万吨/年左右的出口量水平;进口量保持着5000-6000吨的稳定规模,其中70-80%的进口PTFE为高性能的改性产品,以此来满足下游行业对于高端PTFE产品的需求,目前我国高端的PTFE主要由日本大金、美国杜邦等外企供应。

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5G主要应用

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随着5G通信技术的不断发展,相应高频低介电材料的需求也日益增长。氟材料绝缘性优异,不易被高频电波干扰,含氟聚合物在高频条件下具有良好的低介电性能、低损耗因子,能够为数据中心、信号发射塔及个人电子设备提供超高频和高速性能。因此,随着5G的加速推进,市场对高性能氟聚合物的需求也在不断增长。


主要应用5G通信高速线缆、半导体、PCB和天线组件。

1 高频高速线缆
聚四氟聚合物树脂可提升线缆绝缘部件和护套的电气性能,并为其提供无与伦比的防火安全性,这些特性对于局域网(LAN)、数据中心及其他高性能电信应用的布线系统(如高速线缆)而言至关重要。所以多功能、数据传输量大、高清的高频传输线路上会采用含氟聚合物。

2 半导体制造
5G正在影响半导体行业的发展,并改变该行业的需求。聚四氟聚合物在半导体制造工艺中也发挥着重要作用。

3 PCB和天线组件
在 5G 时代,印刷电路板(PCB)将高度依赖高性能氟聚合物材料,可以提高5G传输的质量,PTFE用于PCB和天线系统中的预浸组件,实现高频连接。

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