国产聚四氟乙烯纤维的特性与应用

专题综述

ＣｏｍｐｒｅｈｅｎＳｌＶｅＲｅＶｉｅｗ

国产聚四氟乙烯纤维的特性与应用

何正兴

（常州中澳兴诚高分子材料有限公司，江苏常州２１３０１３）

摘要：介绍了聚四氟乙烯（阳ＦＥ）的化学、物理等特性及其应用。Ｉ叩ＦＥ为大分予线型结构，熔点

３２７℃，分解温度在４１５℃以上。｛ＶｒＦＥ纤维具有优良的耐腐蚀性，低摩擦因数，不燃，能耐强酸、强碱、强氧化剂等强腐蚀性试剂或溶剜，耐高、低温性能优良，．用ＰｒｒＦＥ纤维制成的滤材广泛应用于垃圾焚烧、高硫煤除尘等领域。

关键词：聚四氟乙烯；性能；应用；白色中图分类号：ＴＱ３４２．７１ｌ

文献标识码：Ａ

文章编号：１００ｌ一７０５４（２００７》０４一ｏｏｌ６一０３

０前言

１．１

ＰＴｌＥ的分子结构特点

Ｐ７Ⅱ匿的优异性能是由其分子结构所决定的。

称姗。门ＦＥ是全氟化直链高聚物，分子结构

为：

Ｆ

聚四氟乙烯英名Ｐｏｌｙ（ｔｅｔｒａｎｕｏｒｏｅｔｌｌｙｌｅｎｅ），简

ＰＴＦＥ的结构为大分子线型结构，几乎没有支链，且大分子两侧全部为Ｃ－＿Ｆ键。这两种元素以共价键相结合且具有较高键能，是一个很稳定的结构。众所周知，分子的化学键能越高其分子越稳定，所以分子的化学反应和变化就越困难。另外，Ｐ１下Ｅ中的氟原子的共价半径比氢大得多，氟原子排列起来可以把碳原子屏蔽保护起来，分子链难以遭到破坏。又由于氟原子互相排斥，使整个大分子链不像碳氢分子链—样呈锯齿形，而是呈螺旋结构，如图１。

Ｆ

十Ｃ—Ｃ｝

Ｆ

Ｆ

它由四氟乙烯单体（ＴＦＥ）聚合制得。其聚合方法包括本体聚合和乳液聚合。ＰｒＩＦＥ纤维生成前，

ｍＥ树脂简称分散乳液和分散树脂。ＰｒｒＦＥ棕色纤

用乳液聚合成固体树脂，再加工所得。

维即用唧乳液纺丝法所得，肌ｗ：白色纤维即

Ｐ１托作为一种具有特殊性能的高分子材料，

广泛用于电子、化工、仪表机械等方面。到目前为

止，世界上供需能力达到了１０万ｔ／ａ以上，中国年产量达２万ｔ以上。其中杜邦公司、日本大金公司、德国Ｈｏｅｃｈｓｔ公司、英国的ＩＣＩ公司都是较大的生产商。

１．２

图１Ｐ１陬Ｅ的螺旋结构

Ｐ’Ｉ嗣匠纤维相对分子质量与结晶度

工业化生产的Ｐ１吒纤维，相对分子质量

＞４００万。它不溶于任何常规溶剂，故测定ＦｒｒＦ’Ｅ的分子量需用差示扫描量热法（ＤＳＣ）来测定。材料中与骨架碳原子连接的全部是氟原子，与一般含有较多氢原子的聚合物相比，氟原子相对原子质量要大得多，高密度结晶结构又使分子链紧密堆砌，使

得ｎＨｌ成为塑料聚合物中密度最大的品种，密度

１聚四氟乙烯纤维的特性

收稿日期：２００７＿０３—０８

作者简介：何正兴，总经理。２０００年研发生产ＰＴＦＥ白色长丝、白色短丝和高强度长丝，并申报２项专利。

１６合成纤维ＳＦＣ２００７Ｎｏ．４

万方数据　

在２．１４～２．３０ｇ／ｃｍ３。例如将１００％ＰｒＩ＇Ｆ＇Ｅ纤维制作成滤料时单位面积与其它滤料相比偏重，成本也随之增加，从而制约了它在很多领域的应用。但其不可比拟的优越性及耐候性是显而易见的。

１．３

ＰｒⅡ哐纤维的化学性能

ＰＴＦＥ具有聚乙烯的各个氢原子完全被氟原子所置换的化学结构，是一个相对分子质量达到

２００万至１０００万的高分子长链结构。每个碳原子

连接的两个氟原子完全对称。碳氟两种原子又以共价键相结合，分子中ｃ—Ｆ键的键能高且稳定。氟原子的取代使ＰＴＦＥ形成螺旋结构型，是一个圆柱形外壳，正是因为这层惰性的螺旋形全氟“外壳”

加之聚合物的非极性和结晶结构，使册具有极

优异的耐化学性。分子中的含氟原子越多这种性质越显著，所以被誉为“塑料王”，所有的强酸、强

碱、强氧化剂、盐类对门ＦＥ皆无影响，即使在升

温的条件下也是如此，对沸腾的王水也很稳定，只有氟元素本身和熔融的碱金属才对它有侵蚀作用。对于有机化合物，除了卤化胺类和芳烃对其有轻微

溶胀外，其他所有有机溶剂对ｍＥ都无作用。因

为门ＦＥ有极优越的化学性，所以在许多极其复杂和恶劣的工矿中只有使用胛ＦＥ纤维制作的滤材才

能胜任。

１．４

ＰＴＦＥ纤维的力学性能和热学性能

ＦｒｒＦＥ分子链的非极性，使其大分子间相互吸引力很小。分子链又是无支链的高钢性链，缠结很小，使得材料宏观上力学性能不佳。如我公司ＰＴｗｌ纤维的相对强度在０．８８—１．２３ｃＮ／ｄｔｅｘ之间，是典型的软而弱的聚合物。所以在制作滤料时，为了增加其强度，中间层配备了基布，以增加其滤料的强度，克服蠕变现象。但是，ＰＴＴＥ的耐疲劳性优异，与其它纤维不同，它不会出现永久疲劳破坏。即使疲劳破坏，仍能保持其物理的完整性，可维持一个“剩余的”疲劳强度。

卜ｃ键具有较高的键能，嘲具有极优异的耐高

由于氟原子对骨架碳原子有屏蔽作用，加之

低温陛能，长时间的工作范围很宽，约在一２５０。Ｃ．

＋２６１

俗称为熔点，分解温度为４１５。Ｃ。一般来讲唧

ｏｃ之间。门ＦＥ纤维结晶转变温度为３２７

ｏＣ，

（１００％）在熔点３２７ｏｃ时裂解物很少，到４１５

ｏｃ

以上逐步裂解加快，相对分子质量降低。胛ＦＥ在万　

方数据专题综述

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４７５。ｃ以上分解物有少量剧毒的全氟异丁烯，因此在使用ＰＴＦＥ时温度不能超过４７５上唧强力开始降低，短时间３００。ｃ使用从理论

ｏＣ。在３２７。Ｃ以

上讲是可以承受的。唧纤维的热导率为０．２０～

Ｏ．２４

Ｗ／ｍ－Ｋ，在塑料中属中等水平，但线膨胀系数在其它塑料中有较大值，约在（１０～１５）×１０巧Ｋ。１之间，为钢材的１０～２０倍，比多数塑料大。其线膨胀系数的特点，随着温度升高有明显增大现象，如

图２。

量

奏

耋｜｜

图２

Ｐ１阿Ｅ线膨胀系数陋温度的变化

１．５

ＰＴＦＥ纤维的不粘性

ＰＴＦＥ具有螺旋型结构，所以分子较僵硬，分子间的吸引力很微弱，因而分子很容易滑动。其摩擦因数是塑料中最低的一种，动、静摩擦因数较接近。如钢对它的动、静摩擦因数可低至Ｏ．０４，其自身的摩擦因数可低至Ｏ．０１，接近于冰块。对于由１００％ＰＴＨ：纤维制成的过滤材料，它的摩擦因数低，事实上成为一个不粘材料，对滤料的清灰时可降低能耗，带来实质上的好处。２

ＰＴＦＥ纤维的应用

世界上只有屈指可数的公司有能力将聚四氟

乙烯材料加工成纤维及单丝，用其生产出的纤维具有低摩擦性、难燃烧性及良好的绝缘和隔热性。由

于唧耐强氧化物的氧化腐蚀及根本不会发生水

解反应的特性，可广泛应用于垃圾焚烧除尘中，未来也会大量运用在燃烧高硫煤除尘工矿中。良好的清灰性能使Ｐ１ｗｌ滤材使用寿命比其它材质的滤料提高１。３倍以上（如国外记载用１００％雕Ｈｌ纤维制成的滤料已使用７—１０年），具有很高的性价比。

２．１棕色ＰＴＦＥ纤维

棕色ＰＩ＇ＦＥ纤维，是一种棕褐色、细度达

合成纤维ＳＦＣ２００７Ｎｏ．４１７

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一：■０１１

Ｃｏｍｐ舱ｂ尊麟潮黧警，Ｒｅｖ．ｅｗ

３．３

ｄｔｅｘ的产品（见表１），是用ＰＴＦＥ分散乳液加

载体纺丝而成，在纺丝过程中通过３８０。ｃ高温烧结，除掉载体生成ＰＴＦＥ纤维。高温烧结过程中碳化了的载体有极少残留物存在ＰＴＦＥ纤维表面，所以它是棕褐色的。它的特点是截面为圆形，每根单纤有规则且均匀，如图３。它非常柔软且摩擦因数低，所以长纤可用来织成胛ＦＥ基布，可广泛使用在机械行业，无油，动、静抗磨领域。把纤维切成

５０～８０

图４白色哪Ｅ纤维的截面

ｍｍ的长度，经过梳理，针刺成过滤材料，

可使用在高温、强腐蚀的气体过滤设备中，例如：垃圾焚烧、过滤袋等场所。

表ｌ棕色Ｐ７珊Ｅ物理指标

Ｉ棕色纤维ｌ

３＿３＞ｏ．７

＜２０

６７

图５光滑的纤维表面表２白色ＰＴＦＥ纤维的物理指标

白色胛ＦＥ纤维制成的过滤材料目前在中国的

图３棕色盯ＦＥ纤维

２．２白色ＰＴＦＥ纤维

燃煤锅炉、电厂、水泥、垃圾焚烧等行业已获得越来越多的应用。

白色ＰＩＦＥ纤维是用门ＦＥ树脂成形成薄片再加以机械力使之成为纤维。不是一般传统意义上的熔融挤出纺丝，而是用机械切割方法制成，故白色Ｐ１ｗ：纤维截面是异形的，如图４所示。其制成滤料可以提高过滤截面，从而提高过滤的精度。白色ＰｒＩｔＦＥ纤维与棕色纤维相比生产时没有使用载体，生产时不产生烟尘，在环保上是一大进步。所以目前在发达国家，白色ＰＴＦＥ纤维使用量逐步超过了棕色的ＰＴＦＥ纤维。图５为白色ＰＴＦＥ纤维表面形态，表２为白色盯ＦＥ纤维物理指标。

３结语

目前，国产的高性能哪Ｅ纤维已达到国外纤

维的同等水平。卓越的纤维品质解决了很多棘手的过滤问题，大大改善在工矿中应用的性质；同时与国外的纤维相比有很高的性价比，为我国填补了该领域的空白，打破了国外公司的垄断。

（注：本文为“２００７年新型纤维及非织造材料新技术、新材料产业链论坛”会议论文）

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万方数据　

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