聚四氟乙烯PTFE简介及创新应用

  聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE），俗称“塑料王”，是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物，化学式为(C₂F₄)n，耐热、耐寒性优良，可在-180～260ºC经常使用。这种材料具备抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易清洁水管内层的理想涂料。

  1）常温常压下稳定，避免湿，热，高温。无线℃以上慢慢分解，直接变为气体。在327℃时，机械强度突然消失。不溶于任何溶剂。除了能与熔融的碱金属起反应外，不受任何物质的侵蚀，即使在氢氟酸、王水或发烟硫酸、氢氧化钠中煮沸，也不起任何变化。

  2）白色、无臭、无味、无毒的粉状物，俗称“塑料王”。具有优良的化学稳定性、抵抗腐蚀能力、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。耐高温，使用工作时候的温度达250℃。耐低温，低温下拥有非常良好的机械韧性，即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率。耐腐蚀，对大多数化学药品和溶剂表现出惰性，能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。耐候性好，有塑料中最佳的老化寿命。高润滑，是固体材料中摩擦系数最低者。不黏附，是固体材料中表面张力最小者，不黏附任何物质。无毒害，具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。

  PTFE材料由于具有出众的耐腐蚀和抗老化性能，已经在石油、纺织等诸多行业得到普遍应用。其中有代表性的包括排气管、蒸汽管、高中低压管道、阀门等。尤其是在常规材料没办法使用的低温、防粘等比较严苛的环境条件下，更体现出PTFE所具有的优势。

  聚四氟乙烯的介电常数比较小，因此可用于制备漆包线，从而在微型电机中使用。此外，氟塑料薄膜对各类气体具有一定的选择透过性，因此可利用这个特点制备氧气传感器。如今多种形式的PTFE材料在电子电气绝缘领域内发挥了及其重要的作用。PTFE玻璃漆布与玻璃布用于制作高温高频的在允许电压下不导电的材料，可用在卫星通讯及计算机等方面；PTFE薄膜用于制作电容器，作为仪器间的绝缘层、衬垫、电缆等；不同口径的PTFE薄壁管分别用于引出线套管、热收缩管及螺旋管、发电机的绝缘引水管等。

  聚四氟乙烯的优良的生物相容性，近些年来许多人将其作为生物材料来了深入的研究，近年来国内外开发将PTFE膜用作人造器官，如人造血管、心脏瓣膜等，例如在临床上将其作为人工血管、鼻部整形中的假体支架材料，都取得了良好的效果。

  通过在超细玻璃纤维织物上涂PTFE树脂，PTFE膜材重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、耐扭曲、耐老化、常规使用的寿命长，具有高透光率，热吸收量很少的特点。正是因为这种跨时代的膜材料的发明，使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑。

  因其摩擦系数相比绝大部分固体材料相比来说较低，填充PTFE逐渐演变为各类零件无油润滑的优良材料。其用途十分普遍，包括化工设备的轴承、活塞环、钢结构屋架的支承滑块以及架桥转体等。

  聚四氟乙烯(PTFE)具备优秀能力的自润滑性能，摩擦因数低，是滑动摩擦零件中重要的减摩基体材料，但PTFE材料存在耐磨性差、硬度和强度低等缺点，限制了其在很多领域的发展和应用。

  通过在PTFE材料中添加一些添加剂，如二硫化钼、石墨、二氧化锆、氮化硼等可有效提升其摩擦学性能。其中以层状结构的二硫化钼和石墨应用最为广泛，但这两种材料都存在一些应用局限性，如钼元素属于稀土金属，成本高，且存在高温氧化失效的缺点，石墨的使用环境则必须存在一定量的水分 。因此寻找新的材料补充或替代二硫化钼和石墨对PTFE材料来改性一直是有意义的研究课题。

  层状磷酸锆具有与二硫化钼和石墨类似的层状晶体结构，不溶于水和有机溶剂，耐酸碱能力强，耐热性和力学强度高，是近年来被广泛研究的一类固体润滑剂。

  以层状α–磷酸锆为填充材料，采用含泥复合–塑化方法制备了PTFE/α–磷酸锆复合材料，从改性层铅笔硬度、摩擦面表面形貌、摩擦因数、磨损量四个方面揭示不同含量层状α–磷酸锆对PTFE摩擦磨损性能的影响机制，有望为后续优化 PTFE 摩擦磨损性能提供理论和技术支撑。

  1、层状α–磷酸锆影响 PTFE 改性层的铅笔硬度。随着层状α–磷酸锆含量的增加，PTFE改性层的铅笔硬度增加。

  2、层状α–磷酸锆影响PTFE改性层的摩擦因数。无论是在干摩擦条件下还是在有油润滑条件下，PTFE 改性层的摩擦因数随着层状α–磷酸锆含量的增加先降低后升高，当层状α–磷酸锆质量分数为15%时摩擦因数最低，在干摩擦条件下和有油润滑条件下较纯PTFE分别降低 5%和 50%。

  3、层状α–磷酸锆影响PTFE 改性层的磨损量。无论是在干摩擦条件下还是在有油润滑条件下，加入层状α–磷酸锆的 PTFE 改性层其磨损量较纯PTFE 层降低明显、耐磨性大幅度提高。在干摩擦条件下，随着层状α–磷酸锆含量增加PTFE 改性层的磨损量降低明显;在有油润滑条件下，随着层状α–磷酸锆含量增加PTFE 改性层的磨损量变化不明显。在干摩擦条件下和有油润滑条件下层状α–磷酸锆质量分数为15%的PTFE 改性层的磨损量较纯 PTFE 分别降低 83.33% 和 78.57%。

  4、在干摩擦条件下，PTFE改性层的磨损机理以磨粒磨损为主;在有油润滑条件下，其磨损机理以轻微的黏着磨损为主。