基本介紹
- 中文名：聚四氟乙烯
- 英文名：Polytetrafluoroethylene
- 別稱：特富龍、特氟龍、鐵氟龍、陶氟隆、德氟隆
- 化學式：-(CF2-CF2)n-
- 分子量：100.015612 (C2F4)
- CAS登錄號：9002-84-0
- 熔點：327℃
- 密度：2200kg/m3
- 外觀：白色固體
- 安全性描述：S24/25
- 危險性描述：R41
- 縮寫：PTFE
發現過程,原料性能,套用,生產方法,
發現過程
聚四氟乙烯被稱“塑膠王”，氟樹脂之父羅伊·普朗克特1936 年在美國杜邦公司開始研究氟利昂的代用品，他們收集了部分四氟乙烯儲存於鋼瓶中，準備第二天進行下一步的實驗，可是當第二天打開鋼瓶減壓閥後，卻沒有氣體溢出，他們以為是漏氣，可是將鋼瓶稱量時，發現鋼瓶並沒有減重。他們鋸開了鋼瓶，發現了大量的白色粉末，這是聚四氟乙烯。
他們研究發現聚四氟乙烯性質優良，可以用於核子彈、炮彈等的防熔密封墊圈，因此美國軍方將該技術在二戰期間一直保密。直到二戰結束後，才解密，並於1946年實現工業化生產聚四氟乙烯。
中文商品名“特氟隆”（teflon)、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。它是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，其結構簡式為 -[-CF2-CF2-]n- ，具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性，是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，除熔融鹼金屬、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其它一切化學藥品，在王水中煮沸也不起變化，廣泛套用於各種需要抗酸鹼和有機溶劑的場合。有密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力、耐溫優異（能在正250℃至負180℃的溫度下長期工作）。聚四氟乙烯本身對人沒有毒性。使用溫度 -190～250℃，允許驟冷驟熱，或冷熱交替操作。壓力 -0.1～6.4Mpa。
它的產生解決了化工、石油、製藥等領域的許多問題。聚四氟乙烯密封件、墊圈、墊片. 聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂模塑加工製成。聚四氟乙烯與其他塑膠相比具有耐化學腐蝕的特點，它已被廣泛地套用作為密封材料和填充材料。分散液可用作各種材料的絕緣浸漬液和金屬、玻璃、陶器表面的防腐塗層等。各種聚四氟圈、聚四氟墊片、聚四氟盤根等廣泛用於各類防腐管道法蘭密封。此外，也可以用於抽絲，聚四氟乙烯纖維——氟綸（國外商品名為特氟綸）。
如今，各類塑膠王製品已在化工、機械、電子、電器、軍工、航天、環保和橋樑等國民經濟領域中起到了舉足輕重的作用。聚四氟乙烯(PTFE)使用條件行業 化工、石化、煉油、氯鹼、制酸、磷肥、製藥、農藥、化纖、染化、焦化、煤氣、有機合成、有色冶煉、鋼鐵、原子能及高分子過濾材料、高純產品生產（如離子膜電解），粘稠物料輸送與操作，衛生要求高度嚴格的食品、飲料等加工生產部門。
原料性能
聚四氟乙烯的機械性質較軟。具有非常低的表面能。聚四氟乙烯具有一系列優良的使用性能：
耐高溫：長期使用溫度200~260度；
耐低溫：在-100度時仍柔軟；
耐腐蝕：能耐王水和一切有機溶劑；
耐氣候：塑膠中最佳的老化壽命；
高潤滑：具有塑膠中最小的摩擦係數（0.04）；
不粘性：具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質；
無毒害：具有生理惰性；優異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料，報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓；比冰還要光滑。
聚四氟乙烯的摩擦係數極小，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特徵。又由於氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。聚四氟乙烯在-196～260℃的較廣溫度範圍內均保持優良的力學性能，全氟碳高分子的特點之一是在低溫不變脆。PTFE密度較大，為2.14-2.20g/cm，幾乎不吸水，平衡吸水率小於0.01%。聚四氟乙烯是典型的軟而弱聚合物，大分子間的相互引力較小，剛度、硬度、強度都較小，在應力長期作用下會變形。
聚四氟乙烯受載時容易出現蠕變現象，是典型的具有冷流性的塑膠。PTFE的蠕變隨壓縮應力、溫度和結晶度的不同而異，溫度越高則蠕變越大。PTFE的結晶度在55%-80%之間，蠕變數不超過2%；當結晶度在55%以下和80%以上時，蠕變數迅速增大。聚四氟乙烯力學性能方面優異的特性是摩擦因數小，在0.01-0.10之間，在現有塑膠材料，乃至所有工程材料中最小。
PTFE的摩擦因數隨滑動速率的增大而增大，當線速度達到0.5-1.0m/s以上時趨於穩定；而且靜摩擦因數小於動摩擦因數，將這種特性用於軸承製造，可減小其起動阻力，使之從起動到運轉都十分平穩。PTFE的摩擦因數隨隨載荷增加而減小，當載荷達到0.8MPa以上時趨於恆定。在高速、高載荷下，PTFE的摩擦因數低於0.01。從超低溫到PTFE熔點，其摩擦因數幾乎不變，只有在表面溫度高於熔點時，摩擦因數為才急劇增大。由於分子間引力小，PTFE的硬度低，易被其他材料磨損。但是，只要對磨材料表面粗糙度合適，可在相當程度上降低PTEF的磨損量。
聚四氟乙烯具有極高的耐化學腐蝕性能，例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無變化，也幾乎不溶於絕大多數的溶劑，只在300℃以上稍溶於全烷烴（約0.1g/100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，對氧、紫外線均極穩定，所以具有優異的耐候性。值得注意的是，聚四氟乙烯不能耐受強的還原氛圍熔融的鹼金屬，氨鹼溶液（鹼金屬溶於液氨），某些氟化物（如TFA），萘鈉鹽等均可以迅速腐蝕聚四氟乙烯製品。聚四氟乙烯在較寬頻率範圍內的介電常數和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
聚四氟乙烯的耐輻射性能較差，受高能輻射後引起降解，高分子的電性能和力學性能均明顯下降。聚四氟乙烯由四氟乙烯經自由基聚合而生成。工業上的聚合反應是在大量水存在下攪拌進行的，用以分散反應熱，並便於控制溫度。聚合一般在40～80℃，3～26千克力/厘米壓力下進行，可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發劑，也可以用氧化還原引發體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑，例如全氟辛酸或其鹽類。
套用
聚四氟乙烯可採用壓縮或擠出加工成型；也可製成水分散液，用於塗層、浸漬或製成纖維。聚四氟乙烯在原子能、國防、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建築、紡織、金屬表面處理、製藥、醫療、紡織、食品、冶金冶煉等工業中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘塗層等，使之成為不可取代的產品。
聚四氟乙烯具有傑出的優良綜合性能，耐高溫，耐腐蝕、不粘、自潤滑、優良的介電性能、很低的摩擦係數。用作工程塑膠，可製成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等，一般套用於性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及制雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。在PTFE中加入任何可以承受PTFE燒結溫度的填充劑，機械性能可獲得大大的改善，同時保持PTFE其它優良性能。填充的品種有玻璃纖維、金屬、金屬化氧化物、石墨、二硫化鉬、碳纖維、聚醯亞胺、EKONOL…等，耐磨耗、極限PV值可提高1000倍。
聚四氟乙烯管材選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂經柱塞擠壓加工製成。在已知塑膠中聚四氟乙烯具有最好的耐化學腐蝕性能及介電性能。聚四氟乙烯編織盤根是一種良好的動密封材料，是由膨體聚四氯乙烯帶條編織而成，具有低摩擦係數、耐磨、耐化學腐蝕、密封性良好、不水解、不變硬等優良性能。用於各種介質中工作的襯墊密封件和潤滑材料，以及在各種頻率下使用的電絕緣件、電容器介質、導線絕緣、電器儀表絕緣等。
生產方法
純PTFE材料的臨界壓力在27.5MPa左右，PTFE材料的壓縮強度隨壓制壓力的升高而減小；壓縮模量隨所壓制壓力的升高而增加。最後確定PTFE的成型壓力為27.5MPa。確定的燒結工藝為：燒結溫度380℃，保溫時間4h，升溫速度200℃下80℃/h，200℃以上60℃/h，冷卻速度為隨爐冷卻。還有很好的電性能，其電絕緣性不受溫度影響，有“塑膠王”之稱。
（1）單體四氟乙烯的製備工業上以三氯甲烷為原料，用無水氫氟酸使三氯甲烷氟化，反應溫度在65℃以上，用五氯化銻為催化劑，最後用熱裂法製成四氟乙烯；（也可用鋅在高溫下與四氟二氯乙烷作用製得四氟乙烯。）其反應式為：
圖一（2）聚四氟乙烯的製備：在搪瓷或不鏽鋼聚合釜中，以水為介質，過硫酸鉀為引發劑，全氟羧酸銨鹽為分散劑，氟碳化合物為穩定劑，四氟乙烯經氧化還原聚合而製得聚四氟乙烯。將各種助劑加入反應釜中，四氟乙烯單體以氣相進入聚合釜，調節釜內溫度至25℃，然後加入一定量的活化劑（偏重亞硫酸鈉），通過氧化，還原體系進行引發聚合。聚合過程中不斷補加單體，保持聚合壓力0.49～0.78MPa，聚合後所得到的分散液用水稀釋至一定濃度，並調節溫度到15～20℃，用機械攪拌凝聚後，經水洗、乾燥，即得本品為細粒狀樹脂。其反應式為：
圖二