你知道PTFE嗎？氟塑料家族兄弟全曝光

提起氟塑料，大多數人都知道塑料王，PTFE。我們了解氟塑料要從它的源頭說起，螢石又稱氟石，其化學成分為氟化鈣（CaF2），通常為黃、綠、藍、紫等色，玻璃光澤，硬度4，螢石的熔點較低，為1270-1360℃，它是氟化工的基礎資源。

螢石和硫酸反應生成氫氟酸，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。除了四氟乙烯（TFE）之外，類似的辦法可以生產六氟丙烯（HFP）、偏氟乙烯（VDF）、三氟氯乙烯（CTFE）等。
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。含氟的高分子主要有氟樹脂、氟橡膠、氟塗料，見下圖：

大部分朋友都知道PTFE，Teflon是杜邦（現在為科慕）的商品名，中文名“特氟隆 ”、“特氟龍 ”、“特富隆”、“泰氟龍”。其實Teflon不隻是杜邦PTFE商品名，也是杜邦其他氟聚合物商品名，如FEP樹脂和PFA。而含氟常見的塑料其實還有：PFA、FEP、ETFE、ECTFE、PVDF、PCTFE等，見下表：

如果我們學習通用塑料結構是從PE（聚乙烯）開始，那麼掌握氟塑料的結構要用聚四氟乙烯開始；從結構式來看，PFA側鏈結構跟PTFE來比較就是多了側鏈，如—OC3F7。FEP則是側鏈是CF3，四氟乙烯與六氟丙烯聚合。如果四氟乙烯和乙烯共聚，則是ETFE；如果三氟氯乙烯與乙烯共聚，則是 ECTFE；另外，如果TFE一側的F被H取代，則是PVDF；如果TFE一個F被Cl取代，則是PCTFE。
下麵我們來介紹下常見的氟塑料：
一、 PTFE
特種塑料之一——聚四氟乙烯（塑料王）
聚四氟乙烯（英文縮寫為Teflon或[PTFE,F4]）,被美譽“塑料王”，中文商品名“鐵氟龍”、“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-
耐高溫——使用工作溫度達250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性；即使溫度下降到-196℃，也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數化學藥品和溶劑，表現出惰性、能耐強酸、強堿、水和各種有機溶劑。
耐氣候——有塑料中最佳的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦係數最低者。
不粘附——是固體材料中最小的表麵張力，不粘附任何物質。
無毒害——具有生理惰性，作為人工血管和髒器長期植入體內無不良反應。
聚四氟乙烯它本身對人沒有毒性，但是在生產過程中使用的原料之一全氟辛酸銨(PFOA)被認為可能具有致癌作用。
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，除熔融金屬鈉和液氟外，能耐其它一切化學藥品，在王水中煮沸也不起變化，廣泛應用於各種需要抗酸、堿和有機溶劑的器件。
聚四氟乙烯的用途：
用作工程塑料，可製成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。
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）
分散液可用作各種材料的絕緣浸漬液和金屬、玻璃、陶器表麵的防腐塗層等。
一般應用於性能要求較高的耐腐蝕的管道、容器、泵、閥以及製雷達、高頻通訊器材、無線電器材等。
二、 PFA
1972年，美國杜邦公司開發了四氟乙烯（TFE）和全氟丙基乙烯醚（PPVE）的共聚物，商品名為Teflon PFA，係全氟烷氧基共聚物。此後，日本大金公司（Neoflon PFA）、旭硝子公司（Flon PFA）、歐洲泰良公司（Dyneon PFA）都相繼開發了自己的PFA產品，並在市場上占有一定份額。
PFA通常以顆粒或粉末形式存在，它的性能與聚四氟乙烯（PTFE）相近，但它可以采用熱塑性樹脂的加工方法，所以又被稱為可熔融聚四氟乙烯。
PFA塑料為少量全氟丙基全氟乙烯基醚 與聚四氟乙烯 的共聚物。熔融粘結性增強，溶體粘度下降，而性能與聚四氟乙烯相比無變化。此種樹脂可以直接采用普通熱塑性成型方法加工成製品。適於製作耐腐蝕件，減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫療器械零件，高溫電線、電纜絕緣層，防腐設備、密封材料、泵閥襯套，和化學容器。
為少量全氟丙基全氟乙烯基醚 與聚四氟乙烯的共聚物。熔融粘結性增強，溶體粘度下降，而性能與聚四氟乙烯相比無變化。此種樹脂可以直接采用普通熱塑性成型方法加工成製品。
長期使用溫度-196--260度，有卓越的耐化學腐蝕性，對所有化學品都耐腐蝕，摩擦係數在塑料中最低，還有很好的電性能，其電絕緣性不受溫度影響，有“塑料王”之稱。
其耐化學藥品性與聚四氟乙烯相似，比偏氟乙烯好。
其抗蠕變性和壓縮強度均比聚四氟乙烯好，拉伸強度高，伸長率可達100-300%。介電性好，耐輻射性能優異。阻燃性達V0級。
適於製作耐腐蝕件，減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫療器械零件。
高溫電線、電纜絕緣層，防腐設備、密封材料、泵閥襯套，和化學容器。
“PTFE”和“PFA”的區別
外觀：PFA半透明、PTFE純白色不透明。
耐溫度：PFA -200度－+260度、PTFE-200度－+250度。
原材料形狀：PFA的是料粒狀，PTFE是粉狀。
三、PVDF
聚氟乙烯是什麼材料？聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，英文縮寫PVDF），主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物，它兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，其樹脂本身具有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能，因此被廣泛應用於壓電薄膜、太陽能背板膜、鋰電池隔膜等高端功能性薄膜。
國外：PVDF主要生產企業有阿科瑪、索爾維、Dyneon、吳羽、大金等。2017年，國外PVDF總產能約為3.67萬噸/年。2018年，阿科瑪美國擴能20%。全球PVDF在石油化工和建築塗料領域需求穩定增長，而用於鋰電池和半導體工業的柔性管道方麵將快速增長，年需求增長率超過20%。
國內：PVDF從2014年開始快速增長，截止2017年底全國總產能已達8.1萬噸/年。主要生產企業為浙江巨化、三愛富、阿科瑪等。
四、FEP
聚全氟乙丙烯(FEP)樹脂是四氟乙烯(TFE)與六氟丙烯(HFP)的共聚物，六氟丙烯的含量約16％左右，是聚四氟乙烯的改性材料。
FEP樹脂具有類似聚四氟乙烯(PTFE)的優良性能，同時具有熱塑成型的特點。
FEP 熔點溫度為260±5℃，相對密度為2.12-2.17，具有化學惰性耐酸耐堿，優良的耐候性（使用溫度區間-80~200℃），在很寬的溫度和頻率範圍內具有較低的介電常數，以及不燃、磨擦係數低等性能。
FEP樹脂根據加工需要分為粒料、分散液和粉料三種。其中，粒料按其熔融指數的不同可分為模壓、擠出和注塑成型用；分散液供浸漬燒結用；粉料供靜電噴塗、模壓等用。
FEP樹脂可通過模塑、擠塑加工為管材和化學設備的內村、滾筒的麵層及各種電線和電纜，如飛機掛鉤線、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。
在5G通訊時代，FEP薄膜也被廣泛研究應用於FCCL絕緣層。
1、結晶度
FEP樹脂是一種結晶性高聚物，其結晶度低於PTFE。當熔融的FEP樹脂緩慢冷卻到晶體熔點以下溫度時，結晶度較大，在 50％~60％之間；當熔體以淬火方式迅速冷卻時，結晶度較小，在 40％~50％之間。FEP樹脂為球晶結構，其結構會因樹脂的加工溫度、熱處理方式而存在一定的差異。
2、力學性能
FEP樹脂的硬度及抗拉強度與聚四氟乙烯相比，略有提高，摩擦係數也比聚四氟乙烯略大。常溫條件下，FEP樹脂具有較好的耐蠕變性能；但溫度高於 100℃後，FEP樹脂的耐蠕變性能反而不及聚四氟乙烯。
3、電絕緣性能
FEP樹脂的電絕緣性能和聚四氟乙烯十分相近。介電係數在很寬的溫度和頻率範圍（-80~200℃，50~1010Hz）內基本保持不變；介質損耗角正切隨頻率的變化而變化，但受溫度影響變化不大。
FEP樹脂的體積電阻率很高，一般大於1015Ω.m，且隨溫度變化甚微，也不受水和潮氣的影響。耐電弧大於165s。
FEP樹脂的擊穿場強隨厚度的減少而提高，當厚度大於1mm 時，擊穿場強在 30KV/mm以上，但不隨溫度的變化而變化。
４、耐化學穩定性
FEP樹脂具有優異的耐化學穩定性，其耐化學穩定性與聚四氟乙烯相似。除與高溫下的氟元素、熔融的堿金屬和三氟化氯等發生反應外，與其他化學藥品接觸時均不被腐蝕。
５、熱穩定性
FEP樹脂的耐熱性能低於聚四氟乙烯，可在-80~200℃的溫度範圍內連續使用。即使在-200℃和260℃的極限情況下，其性能也不會惡化，可以短時間使用。
FEP樹脂的熱分解溫度高於熔點溫度，在 400℃以上才會發生顯著的熱分解。但由於FEP樹脂中存在微量的不穩定端基在熔點以上溫度時也會分解，因此300℃以上進行加工時也必須注意適當的通風。
五、ETFE
乙烯-四氟乙烯共聚物是一種化學物質，ETFE 是最強韌的氟塑料，它在保持了PTFE 良好的耐熱、耐化學性能和電絕緣性能的同時，耐輻射和機械性能有很大程度的改善，拉伸強度可達到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。
ETFE（F-40）氟塑料來源於美國杜邦公司、日本旭硝子、日本大金公司，主要應用於防腐蝕襯裏。該材料具有聚四氟乙烯的耐腐蝕特性，同時又有對金屬特有的較強粘著特性，克服了聚四氟乙烯對金屬的不粘合性缺陷，加之其平均線膨脹係數接近碳鋼的線膨脹係數，使ETFE（F-40）成為和金屬的理想複合材料，具有極優良的耐負壓特性。
電線被覆不僅在大範圍溫度下具有絕緣性與穩定的電氣特性，而且具有機械強度、反複折曲耐性，是最適合的電線被覆材料
軟管/硬管：利用成形表麵的平滑性獲得非粘著性，可作為高粘度液體運輸管使用，十分經濟。
各種內襯/表麵鍍膜產品：幾乎不會受到酸、堿、溶劑等任何化學品的侵蝕，不僅在低溫及高溫狀態下，在加減壓狀況下依然維持優異的性能。