聚四氟乙烯加工技术、填充改性及应用进展

廖 立

聚四氟乙烯加工技术、填充改性及应用进展

廖 立

（浙江安诺芳胺化学品有限公司，浙江 上虞 312369）

选择聚四氟乙烯(PTFE)为论述对象，概述了聚四氟乙烯的特性和相关的成型加工技术，综述了目前聚四氟乙烯材料的主要填充改性方法，并简述了聚四氟乙烯材料的应用现状，最后还对聚四氟乙烯材料的发展方向及其应用前景进行了展望。

聚四氟乙烯；加工；改性；应用

聚四氟乙烯(PTFE)为四氟乙烯单体经自由基聚合而生成的高结晶聚合物，享有“塑料王”之美誉。自1938年Plankett博士发明PTFE后，经过几十年的快速发展，PTFE已成为目前产量最大的氟树脂[1]。由于该树脂无色、无毒、且具有优异的化学稳定性，极强的耐高低温性能，较好的非粘附性、自润滑性和低温延展性，耐老化性和高度绝缘性等性能，广泛应用于航空航天、石油化工、机械电子、建筑和轻纺等诸多领域[2-5]。但因机械性能较差、线膨胀系数较大，尺寸稳定性差，热导率低，耐蠕变性差，易冷流，耐磨损性差、硬度低，成型和二次加工困难等缺陷，使其实用化和功能化应用受到限制。本文选择聚四氟乙烯为对象，就PTFE 的特性、成型加工技术、填充改性方法及应用进行阐述。

1 聚四氟乙烯成型加工技术

由于PTFE的特殊分子结构特征，使其具有极高的熔融粘度(380 ℃时熔融粘度为1×1010Pa·s)、剪切敏感(易产生熔体破裂)、大的收缩性蠕变性以及低的摩擦因数(是金属及所有塑料中摩擦因数最低的)等成型特殊性，难以采用常规的熔融挤压、注射成型等普通热塑性塑料成型方法来进行加工[6]。

基于PTFE的特殊成型加工性，经过几十多年的发展，人们摸索和发明诸多PTFE的各种特殊加工方法，主要有烧结成型、推压成型、模压成型、压延成型、液压成型、柱塞挤出成型、螺杆挤出成型、注射成型、浸渍成型、复合喷涂成型、二次加工成型、冷拉伸-热收缩成型以及近年出现的超临界CO2辅助挤出成型等[7]。

2 PTFE的填充改性方法

在PTFE中加入不同的填料，在保持其原有优点的基础上，可以克服PTFE的缺陷，改善其综合性能。目前用于PTFE复合材料所用填料品种很多，大致可分为金属、金属氧化物及硫化物、无机物、有机物和纳米粒子等。

2.1 金属填充PTFE

金属的加入能很大程度改善 PTFE的机械性能、摩擦性能和尺寸稳定性[8]。通常采用铜、铁、铅和银等金属粉末来填充改性 PTFE，尤其以铜及合金最为常用。

张招柱等[9]研究了金属Cu、Pb及Ni对PTFE的摩擦磨损性能的影响。结果表明，金属的加入大大改善了PTFE复合材料的耐磨性。

2.2 金属氧化物及硫化物填充

PTFE金属氧化物的加入可以提高 PTFE复合材料的承载能力，还可以改善转移膜在对偶件表面的附着力，减少摩擦系数，大幅度降低PTFE复合材料的磨损率。

李飞[10]等研究了不同含量纳米氧化锌(ZnO)填充的PTFE基复合材料的摩擦学性能。结果表明，ZnO/PTFE复合材料的摩擦性能与纯PTFE基本相当，但耐磨性明显优于后者。

2.3 无机物填充PTFE无机填料

作为PTFE填料的研究比较活跃。其中石墨、二硫化钼(MoS2)、氮化硼、碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)在工业上应用较多。

龚俊[11]等对聚四氟乙烯(PTFE)及石墨和 MoS2填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能进行了实验。结果表明，填加了石墨和MoS2的PTFE，摩擦因数降低，耐磨性提高。万芳新[12]等以碳纤维为填料制备 CF/PTFE复合材料，结果表明碳纤维能提高PTFE的硬度，耐磨性能明显优于纯PTFE。

2.4 有机物填充PTFE

有机物的填充能进一步改善 PTFE的机械性能、摩擦性能和耐热性能。目前用来填充PTFE的有机材料主要有聚苯酯、液晶聚合物、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚芳砜和聚甲醛等。

贺晔红[13]等采用共混-冷压-烧结工艺制备了聚苯酯填充聚四氟乙烯复合材料。结果表明随着POB含量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率降低，摩擦因数增大，磨损率下降。L David[14]研究了PEEK填充改性PTFE复合材料的摩擦磨损性能。结果表明，PEEK的加入改善了复合材料的摩擦学性能。杨文娟[15]等研究了不同聚酰亚胺含量的聚四氟乙烯基自润滑复合材料的摩擦磨损性能。研究表明：PI的加入能显着提高复合材料的减摩性能，且随着含量的增加效果更加明显，但其抗磨损作用并不明显。

2.5 纳米粒子填充PTFE

纳米粒子填充改性 PTFE，可有效增加 PTFE材料的刚度和强度，改善磨损性能。目前可用填充PTFE的纳米粒子主要有纳米 CNTs、SiC、ZnO、Al2O3和SiO2等。

曲建俊[16]等研究了不同含量碳纳米管改性聚四氟乙烯复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明，CNTs能够提高PTFE复合材料的硬度和冲击强度，增加复合材料的摩擦系数、降低其磨损量，当其质量分数为10%时，耐磨损性能最佳。路琴[17]等通过冷压烧结法制备了碳化硅/聚四氟乙烯纳米复合材料。结果表明，纳米SiC的加入能提高PTFE复合材料的硬度和耐磨性。Sawyer W G[18]等用粒径40 nm 的Al2O3颗粒填充PTFE，当Al2O3质量分数为20%时，耐磨性比纯PTFE增强600倍。

2.6 填料复合填充PTFE

王家序[19]等提出石墨与适量的硬质填料协同作用，对PTFE 的改性具有较理想的效果。结果表明，当石墨和玻璃纤维用量分别为10%和5%时，复合材料综合性能较好。Jaydeep K[20]等研究表明，当PTFE中加入20%的玻璃纤维和5%的二硫化钼时，复合材料具有较好的抗磨性能。

3 PTFE的应用

聚四氟乙烯具有诸多杰出的优良综合性能，被广泛用作耐腐蚀材料、密封材料、医用材料和防粘涂层等。

3.1 聚四氟乙烯在防腐方面的应用

聚四氟乙烯具有卓越的耐高低温和耐腐蚀性能，成为原子能、石油化工和纺织工业等行业主要的耐腐蚀性材料[21-22]。例如，PTFE输送管和排气管可用来输送腐蚀性液体和气体；PTFE软管、高压容器、阀门和伸缩接头等制件可满足强腐蚀和低温等苛刻的工作条件。

3.2 聚四氟乙烯在密封方面的应用

CF/PTFE密封材料具有高强、高模、耐疲劳、抗蠕变及导热率高、热膨胀系数和摩擦系数小诸多优异综合性能，是一种极其理想的高级密封材料[23-24]。膨体聚四氟乙烯密封带具有较好的柔韧性、压缩回弹性、耐蠕变性、耐高低温性及优异的耐腐蚀性和自润滑性，应用于各种衬里及法兰面的密封，性能卓越。此外，填充PTFE制成的密封环具有润滑油腔、低摩擦力小、耐磨损和尺寸稳定好等优点，可用于高压及高速条件下工作的轴，杆和旋转接头等部位的动密封。

3.3 聚四氟乙烯在医疗卫生方面的应用

聚合物制品广泛应用于医疗领域的各种设备和相关生物相容材料[25-27]。膨体聚四氟乙烯材料具有优良的机械性能、稳定性和极佳的生物相容性，在医疗卫生方面的应用越来越广泛。包括用于软组织再生的人造血管和补片以及用于血管、心脏、普通外科和整形外科的手术缝合等。此外，膨体聚四氟乙烯和橡胶塑料薄膜组成胃镜钳导管，与人体接触无异物反应，可对人体胃进行即时取样、取异物和息肉摘除等。

3.4 聚四氟乙烯在其它方面的应用

聚四氟乙烯材料可以作为造纸、食品和纺织领域的机械设备零件无油润滑的最理想材料。PTFE可用作不粘锅和微波炉的内胆。此外，作为一种极佳的绝缘材料，PTFE在电信、计算机、测试与测量、国防、航空与航天市场等诸多高性能、高挑战性的领域也有广泛的应用。

4 结束语

作为一种特种工程塑料，聚四氟乙烯发挥着越来越重要的作用。填充改性使聚四氟乙烯的性能不断得到改善，应用范围越来越广泛。目前国内在PTFE改性技术、加工成型和制品质量方面与国外尚有很大差距。国内生产企业应加强与相关高等院校及科研机构的合作，在完善PTFE生产技术同时，继续改进PTFE复合材料相关性能、提高产品质量，加快对PTFE原料档次、加工技术、填料及从摩擦学领域的进一步研究；加快开发新型高效的 PTFE改性材料新品种，使其商品化、系列化和高性能化，以此促进我国PTFE产业内涵提升，保证我国PTFE工业健康、稳定、快速发展。

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Advances in Processing Technology, Modification and Application of Polytetrafluoroethylene

LIAO Li
(Zhejiang Amino-Chem Co., Ltd., Zhejiang Shangyu 312369，China）

Features and processing technology of polytetrafluoroethylene(PTFE) were summarized. Filling modification methods of PTFE were reviewed in detail, and application status of PTFE was discussed. Additionally,application prospect and development trend of PTFE were put forward.

Polytetrafluoroethylene; Processing; Modification; Application

TQ 342+.711

A

1671-0460（2010）06-0723-03

2010-08-16

廖 立（1977-），男，重庆永川人，2001年毕业于石油大学机电工程学院化工机械专业，从事化工机械/设备的研制、调试与管理工作。E-mail：liaoli25@hotmail.com，电话：13757525197。