聚四氟乙烯

第二章热塑性塑料第七节聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)7.1聚四氟乙烯的定义与聚合7.2聚四氟乙烯的结构（重点）7.3聚四氟乙烯的性能（重点）7.4聚四氟乙烯的应用和改性7.1聚四氟乙烯的定义与聚合一定义聚四氟乙烯树脂是四氟乙烯的均聚物，其英文名称是polytetrafluoroethylene，缩写为PTFE，分子结构式PolytetrafluoroethyleneisbetterknownbythetradenameTeflon®.It'susedtomakenon-stickcookingpans.CCFFFFn聚四氟乙烯发明和发展Polytetrafluoroethyleneisoneoftheamazingaccidentaldiscoveriesofscience.OnechemistatDuPontwhowasworkingontheprojectwasnamedRoyPlunkett.Knowhim?OnedayRoyPlunkettopenedupabrandnewtankoftetrafluoroethylenegas,andnothingcameout!Heweighedit,andsureenoughitwasfull.Sohesawedthetankopenandfoundawhitepowderwherethegaswassupposedtobe.Thatpowder,ofcourse,wasPTFE,polymerizedfromtetrafluoroethylenegas.Thisisthekindofaccidentthatmakessciencefun.Therearekindsofaccidentsinsciencewhicharen'tfun,say,thosethatinvolvelargeexplosionsandhugecloudsoftoxicgasses,butwewon'ttalkaboutthoserightnow.Thefunkindofaccident,whichallscientistshopefor,isanunexpecteddiscoverywhichopensupawholenewareaofinvestigation.Thiskindmakesyoufamousandgetsyoulotsofresearchgrants,ifyouworkatauniversity一PTFE的聚合1.单体制备四氟乙烯单体易爆、易自聚。储存时应该避免与氧接触、并加入阻聚剂。2.聚合方法本体聚合，但易爆聚——工业上不采用。悬浮聚合，可得粒径为35～500μm的PTFE树脂颗粒。乳液聚合，可得粒径更小的PTFE树脂颗粒。乳化剂:全氟辛酸胺。7.2PTFE的结构一链构象结构1.原子半径和范德华半径原子或基团范德华半径/Å原子或基团范德华半径/ÅH1.2N1.5F1.35Cl1.8O1.4CH32.02.PE与PTFE化学结构对比CCHHHHnPE的分子结构式H原子范德华半径：0.12nmCCFFFFnPTFE的分子结构式F原子范德华半径：0.135nmPE分子的平面锯齿形构象0.135×2＝0.27nm0.2534nm3.PTFE的链构象特征F原子完全对称排列，PTFE是非极性聚合物。C—F键的键能高（487kJ/mol,C—C键的键能为387kJ/mol)，具有极高的化学稳定性。3.PTFE的链构象特征F原子的半径是0.064nm，而C—C键的键长是0.136nm，通过螺旋形构象形成的F原子“筒状外壳”严密的屏蔽了分子骨架碳原子。3.PTFE的链构象特征F原子的范德华半径0.135nm，在PTFE中两个F原子的距离是0.27nm，因此PTFE螺旋形构象链的刚性很强，难弯曲。PTFE的分子量高，且几乎无支链6109~5105_wM4.PTFE的聚集态结构结晶度高，一般在55～75％范围，最高可达93～97％。低于19oC时是三斜晶形；高于19oC时是六方晶系，熔点为320～345oC。玻璃化转变温度（Tg）：-120、-65oC（120oC）。是大量结晶区和少量无定形区并存的聚合物。7.3PTFE的性能一PTFE的基本特征PTFE是白色不透明的蜡状粉末，密度为2.14～2.20g.cm-3，是树脂材料中最大的。二PTFE的力学性能PTFE是非极性聚合物PTFE螺旋形构象链的刚性很强，难弯曲PTFE分子间或与其它分子间的物理吸引作用力很小PTFE大分子间的缠结难发生极低的摩擦系数和良好的自润滑性耐磨损性能不好力学性能不高（拉伸强度、弯曲强度、刚性、硬度、耐疲劳）受载荷容易发生蠕变现象，“冷流性”。软质PVC硬质PVCPSPA、PCPTFEPTFE是一种软而弱的树脂。三PTFE的热性能PTFE具有优异的耐热性和耐寒性，长期使用温度为-195～250oC。短期可以在300oC使用。PTFE的线膨胀系数较大；而且还随着温度的提高而有明显的增大。四耐化学药品性、耐候性C—F具有极高的化学稳定性。F原子“筒状外壳”严密的屏蔽了分子骨架碳原子耐强酸、强碱、强氧化剂和盐类，大部分的有机溶剂。只有F元素和熔融的碱金属才对PTFE有腐蚀作用。对光和臭氧的作用稳定，具有优良的耐候性。五电性能在所有塑料中电阻最大的；但耐电晕性不好，不适合做高压绝缘材料。六其它性能PTFE有很高的阻燃性；PTFE的表面自由能很低，几乎和所有的材料都无法黏附。七PTFE的加工性能PTFE的分子量大，分子刚性大，熔体黏度高，不能采用热塑性塑料熔融加工方法加工。PTFE采用类似金属粉末冶金的方法加工：先冷压成坯再进行烧结。冷却速率对PTFE的结晶度有很大影响，对最终性能也有很大的影响。PTFE的导热性较低，烧结时的升温速率不能过快，否则容易导致局部热分解。PTFE的线膨胀系数较大，烧结后冷却尺寸变化较大。PTFE膜材料是通过切削和压延工艺制备的。7.4PTFE的应用与改性耐腐蚀低摩擦系数耐高低温不黏附性电绝缘优异化工设备、机械上的防腐零部件电子电器上的绝缘材料防腐蚀耐热的密封件塑料加工、食品工业、家用品的防粘层各种活塞环、轴承、导轨等。医疗用高温消毒用品、人造血管等一应用PTFE应用二PTFE的改性PTFE的加工性差，不能热塑性加工。通过降低PTFE的分子结构规整性，降低分子链的刚性，提高熔体流动性。聚三氟氯乙烯（PCTFE）全氟烷氧基树脂（PFA）聚全氟乙丙烯（FEP）三氟氯乙烯-乙烯共聚物（E-CTFE）PTFE力学性能不高通过在PTFE中填充玻纤、石墨、二硫化钼、金属粉、液晶高分子等提高力学强度、耐磨损性、尺寸稳定性。作业请从分子结构角度分析PTFE为什么具有耐高低温、耐腐蚀和不黏附的特点？为什么各项力学性能很低？当通过破坏PTFE分子结构的规整性提高其加工流动性后，其抗“冷流性”将如何变化，为什么？