聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene)縮寫為PTFE，商品名稱是“特氟隆”(Teflon)，俗稱“塑料王”。1938年，美國新澤西州杜邦研究實驗室的R.S.Plunkett博士首先發(fā)明了聚四氟乙烯，1946年實現(xiàn)商品化。PTFE為四氟乙烯(TFE)單體的高結晶聚合物，白色，無毒，無味。其聚合物分子是由一(一CF2一CF2一)一結構單元重復連接而成，是目前各行業(yè)中應用最新型的工程塑料。

1、聚四氟乙烯的結構和特點

(1)在PTFE中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子體積較大半徑為(0.064nm)，大于氫原子半徑(0.028nm)，且相鄰大分子的氟原子的負電荷又相互排斥，使得C－C鏈由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折構象漸漸扭轉到PTFE的螺旋構象，并形成一個緊密的完全“氟代”的保護層，這使其具有其他材料無法比擬的化學穩(wěn)定性以及低的內聚能密度。

(2)C－C鍵的鍵能為372kJ／mol，C－F鍵的鍵能為347kJ／mol，是已知鍵能中較強的，因此分子內結合牢固，耐熱性高，長期使用溫度為－250℃～260℃，而C－C鍵的鍵長為1.54×1010m，C－F鍵的鍵長為1.41×1010m，又是常見單鍵中較短的，所以化學性質穩(wěn)定，很難和其他物質發(fā)生化學反應，顯示出優(yōu)異的耐候性、耐沾污性和耐化學品性。

(3)大分子主鏈上沒有支鏈，整體內部形成交鏈，故其分子輪廓光滑，加之TFE單體具有完美的對稱性而使PTFE分子間的吸引力和表面能較低，所以PTFE具有極低的表面摩擦系數(shù)，且容易在滑動過程中轉移到對偶面上形成薄的轉移膜。

圖一：聚四氟乙烯管 來源：丹凱

2、聚四氟乙烯的組成和結構決定其具有如下性能

2.1高度的化學穩(wěn)定性
PTFE能承受除熔融堿金屬、氟元素和強氟化介質以及高于300℃的氫氧化鈉以外的所有強酸、強堿、強氧化劑、還原劑等的作用。它的耐化學腐蝕性能超過貴金屬、玻璃、陶瓷、搪瓷和合金等，即使原子能工業(yè)中的強腐蝕劑上氟化鈾對它也不腐蝕。

2.2廣泛地使用溫度范圍
PTFE可在－250～260℃的寬廣區(qū)域內使用，即使在－260℃的超低溫下仍還以可保持一定的撓曲性；在260℃時其斷裂強度仍保持5MPa左右(約為室溫的1／5)，抗屈強度達1.4MPa。

2.3突出的不粘性
PTFE是目前表面能最小的一種固體材料，表面張力僅0.019N／m，幾乎所有的固體材料都不能粘附在其表面，只有表面張力在0.02N／m以下的液體才能完全浸潤其表面。

2.4異常的潤滑性
由于PTFE大分子間的相互引力小，且表面對其他分子的吸引力也很小，因此其摩擦系數(shù)非常小，是目前發(fā)現(xiàn)的摩擦系數(shù)最低的自潤滑材料。

2.5優(yōu)異的電絕緣性能
PTFE為高度非極性材料，具有極優(yōu)良的介電性；耐電弧性極好，在高壓放電時，僅僅放出一些裂解的不導電氣體而不會碳化引起短路。

2.6優(yōu)異的耐老化性能和抗輻射性能
PTFE分子中沒有光敏基團，所以不僅在低溫與高溫下尺寸穩(wěn)定，在苛刻環(huán)境下性能也不變，潮濕狀態(tài)下不受微生物侵襲，而且對各種射線輻射具有極高的防護能力。

2.7極小的吸水率
PTFE的吸水率一般在0.001％～0.005％左右，而且它的滲透率也較低。

圖二：聚四氟乙烯管 來源：丹凱

3、聚四氟乙烯的應用
PTFE具有優(yōu)異的高低溫性能和化學穩(wěn)定性，很好的電絕緣性、非粘附性、耐候性、不燃性和良好的潤滑性，應用從航天領域到廣泛的日用商品，成為現(xiàn)代科學技術、軍工和民用中解決許多關鍵技術平不可或缺的材料。下面主要介紹PTFE在防腐減磨、密封、耐蝕、防粘、電氣、建筑和醫(yī)學上的應用。

3.1聚四氟乙烯在防腐減磨方面的應用
據(jù)發(fā)達國家的有關統(tǒng)計，在當今工業(yè)化國家中每年由腐蝕而造成的經濟損失約占國民經濟總產值4％?；どa上的事故有相當數(shù)量是由于設備腐蝕，介質滲漏引發(fā)的化學反應所致。由此可見，由于腐蝕所造成的損失好危害問題嚴重，并引起了人們的廣泛重視。PTFE材料克服了普通塑料、金屬、石墨、陶瓷等耐腐蝕能力，柔韌性較差等缺點，以其卓越的耐高低溫和耐腐蝕性能，可以在條件苛刻的溫度、壓力和介質等情況下使用，已經成為石油、化工、紡織等行業(yè)的主要耐腐蝕材料。

PTFE管主要用作腐蝕性氣體、液體、蒸汽或化學藥品的輸送管、排氣管。由PTFE分散樹脂成型的推壓管襯入鋼管中形成襯里，或在PTFE推壓內管外纏繞玻璃纖維增強，或在PTFE推壓管外用鋼絲編織纏繞增強后可在高壓下傳遞液體介質，作為液壓傳動不可缺少的部件，并且可以大大提高在高溫下的破裂強度同時具有良好的彎曲疲勞性。

因為PTFE材料的摩擦系數(shù)是已知固體材料中最低的，所以這就使填充PTFE材料成為機械設備零件無油潤滑的最理想材料。例如造紙、紡織、食品等工業(yè)領域的設備加潤滑油容易使產品受到污染，所以填充PTFE材料就解決了這一難題。另外，實驗證明，機油中添加一定數(shù)量的固體添加劑可有效地節(jié)約發(fā)動機燃料油5％左右。

圖三：聚四氟乙烯管 來源：丹凱

3.2聚四氟乙烯的耐腐蝕密封材料
PTFE在化工中的另一大應用是密封材料。由于聚四氟乙烯綜合性能良好，是任何一種密封材料都不可比擬的，它可用于各種苛刻場合的密封，尤其是對于高溫、耐腐蝕性要求較高時。

聚四氟乙烯生料帶纖維長、強度高，而且塑性大、壓延性好，施加較小的壓緊力就可完全密封，操作應用方便，用在凹凸不平或結構精密的表面更顯其高效，具有很好的密封性能并且可提高抗腐蝕能力，擴大其使用范圍。

滑動部件的密封使用PTFE填料，可以獲得良好的耐腐蝕穩(wěn)定性，而且它具有一定壓縮性回彈性、滑動時阻力小。填充PTFE密封材料使用溫度范圍廣泛，是目前傳統(tǒng)石棉墊片材料的主要替代物，更兼有高模量、高強度、抗蠕變、耐疲勞、以及導熱率高、熱膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)小等性能，加入不同的填充料更可擴大應用范圍。

3.3聚四氟乙烯防粘性的應用
PTFE材料具有固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質，同時還具有耐高低溫、無毒的優(yōu)良特性，所以PTFE作為涂料常用作餐具的防粘內襯，主要用于不粘鍋和微波爐的內膽。

在紡織行業(yè)中大量采用化學漿料進行紗的上漿，尤其當使用丁苯乳皎、酸甲基纖維素、聚醋酸乙烯等粘性非常強的為漿料時，會發(fā)生嚴重的粘輥現(xiàn)象，此時需要清除粘包才能進行繼續(xù)生產，這不僅增加了勞動量，生產效率低，并且影響產品質量，采用PTFE粘包輥筒后，防粘作用效果顯著，同理它還可以應用于各種塑料包裝封口機械。

3.4電氣方面的應用
PTFE固有的低損耗與介電常數(shù)使其成為電線和電纜的理想絕緣材料。PTFE用作電線包覆層的理由：具有優(yōu)良的電學性能，它的體積電阻率可達1017Ω，表面電阻率大于1016Ω，在100％相對濕度下也保持不變；介電常數(shù)低達2.0，介電損耗正切約為2×10-4且均與溫頻率無關；耐熱性好，在260℃下長期使用，絕緣性好，可以達到H級以上；具有強韌性和可撓曲性，即使低至－90℃韌性依然沒影響；耐老化，耐氣候性優(yōu)良，高度的化學穩(wěn)定性；具有不燃和低發(fā)煙性。用其制成的印刷線路基板在航空航天領域已有廣泛應用，所以PTFE制品特別適用于電信、計算機、測試與測量、國防等諸多高性能、高挑戰(zhàn)性的領域。

3.5建筑方面的應用
隨著國內外經濟的發(fā)展，許多文化娛樂設施在建造中紛紛把它作為頂蓬材料，這在國外早已大量采用，采用這種材料的第一個建筑物在70年代建于美國加利福尼亞州。近兩年來國內也開始使用，如：上海八萬人體育場、虹口體育場的頂蓬，東方明珠塔，北京奧運鳥巢等。PTFE作為建筑用膜材料耐用年數(shù)在20年以上(現(xiàn)在通用的高裝飾性、高耐候性的丙烯酸聚氨酯涂料、丙烯酸有機硅涂料和有機硅涂料，其耐用年數(shù)一般在5～10年，有機硅聚酯涂料最高也只有10～15年)；而且其自潔性好，不吸附灰塵和臟物，雨水可沖刷掉表面的附著物，可降低涂裝清掃費用，所以適合于高潔凈性要求的場合。

3.6醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用
近代醫(yī)療方面廣泛使用各種各樣的聚合物制品，大大排擠和替代了金屬及其他材料在醫(yī)療領域的應用。這些制品不僅用于人體及與人體內組織相接觸，也用于醫(yī)療領域的各種設備。近年來聚合物PTFE具有良好的柔韌性和生物相容性，正逐漸成為生物功能材料的重要組成部分。

PTFE表面張力小、不親水、生物相容性好，可以用于人造血管，此種人造血管壁內表面勢能的增加會促使內皮細胞的沉降和凝結，這是微孔PTFE制品表面能的改變導致周圍組織明顯的生物反應結果，利用此性能可以防止在移植物間隙中的血栓形成過程。利用膨體PTFE和橡膠塑料薄膜組成胃鏡鉗導管，由于其可隨意彎曲變形，與人體接觸無異物反應，用于對人體胃進行即時取樣、取異物、息肉摘除等，能做到操作自如，使病人免受不必要的痛苦。

另外聚PTFE在醫(yī)學上可制成人工十字韌帶、關節(jié)、食道和氣管、尿道、膽汁管等。還可用于整形、骨組織替代、促進骨折愈合，皮膚或器官移植、牙周組織再生等。

3.7其他方面的應用
PTFE還具有很多方面的應用，如利用其膜具有多孔性，作為過濾材料可以有選擇地透過氣體或液體，用于氣液分離、氣氣分離及液液分離的過濾膜；在其中加入導電炭黑壓還可制作發(fā)熱體，如電熱毯的中間發(fā)熱層等。

4、結語
隨著材料應用技術的不斷發(fā)展，近幾年國外對PTFE及其改性材料應用研究，已使其成為一種十分成熟的材料，我國雖已有一定發(fā)展，但在改性研究和加工成型工藝方面與國外的差距還很大。聚四氟乙烯在多方面具有優(yōu)異的性能，是其它材料不可比擬的，應用領域十分廣闊。

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