全氟聚醚润滑剂的研究进展
全氟聚醚分子式
全氟聚醚分子式
摘要：
一、全氟聚醚的定义与特性
二、全氟聚醚的应用领域
三、全氟聚醚的发展趋势与前景
正文：
全氟聚醚是一种聚合物，其分子式为CnF2n+1O。
作为一种特殊的高分子材料，它具有优异的化学稳定性和热稳定性，以及良好的润滑性能。
这些特性使其在众多领域有着广泛的应用。
全氟聚醚的主要应用领域包括航空航天、电子、化工、汽车等。
在航空航天领域，全氟聚醚被用作润滑剂，以降低发动机部件间的摩擦，提高发动机效率。
在电子行业，全氟聚醚可用作绝缘材料，以保护电子设备免受环境中的湿气、腐蚀等因素的影响。
此外，在化工和汽车行业，全氟聚醚也发挥着重要作用。
近年来，随着科技的不断发展，全氟聚醚的应用领域还在不断拓展。
例如，在新能源领域，全氟聚醚被用于锂电池的电解液，以提高锂电池的能量密度和循环稳定性。
在生物医学领域，全氟聚醚被用于药物载体和高性能医疗器械。
此外，全氟聚醚还在环保领域中找到了新的应用，如用作脱硫剂、脱硝剂等。
总之，全氟聚醚因其独特的性能，在多个领域展现出广阔的应用前景。
全氟聚醚的制备与应用
全氟聚醚的制备与应用全氟聚醚(英文名Perfluoro Polyethers，简写为PFPE)，是一种高分子聚合物，常温下为无色、无味、透明液体，只溶于全氟有机溶剂。
PFPE具有耐热、耐氧化、耐辐射、耐腐蚀、低挥发、不燃烧等特性，以及具有可与塑料、弹性体、金属材料相容等良好的综合性能，从而成为在苛刻环境下极为可靠的润滑剂(如作为航天机械元器件的润滑剂等)，广泛应用于化工、电子、电气、机械、磁介质、核工业、航天等领域。
1 全氟聚醚的特性全氟聚醚润滑剂与烃类润滑剂相比，分子结构基本相似，但由于以更强的C-F 键代替了烃类中的C-H键，并且C-O及C-C强共价键的存在(见表1)，以及PFPE 分子中性的特点，使得PFPE具有较高的化学惰性、极高的抗氧化性、抗强腐蚀性、润滑性能好及分解温度高热稳定性和氧化稳定性及良好的化学惰性和绝缘性质，是其他润滑剂所不能比拟的。
分子量较大的PFPE还具有低挥发性、较宽的液体温度范围及优异的粘度-温度特性。
与氯氟烃类润滑剂相比，全氟聚醚润滑剂具有更广的使用温度范围，同时不存在氯氟烃类在高温下易蒸发、低温时变粘变厚的缺点，又由于其分子中不含氯因而在高负载轴承使用中不会因为润滑剂受压而对轴承产生腐蚀。
与氟硅类润滑剂相比，虽然全氟聚醚润滑剂粘度、蒸发率与氟硅润滑剂相当，但其润滑效果及化学稳定性比氟硅类润滑剂好得多。
此外，PFPE主要物理化学性质还包括：剪切稳定性、生物惰性、低表面能、良好的润滑性及与塑料、金属和人造橡胶的相容性等。
2 全氟聚醚的制备PFPE润滑剂制备是通过全氟化单体的聚合而完成的，依据所用单体和聚合方法的不同，可以分别制得K型，Y型，Z型，D型4种不同分子结构的PFPE。
第一种为K型，是六氟丙烯(HFP)氧化物在催化剂CsF的作用下聚合而形成的一系列支链聚合物，结构式为：CF3CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF第二种为Y型，是在紫外光的作用下将六氟丙烯通过光氧化作用而形成的聚合物，结构式为：CF3O(C3F6O-)P(-CF2O-)QCF3常用的Y型的平均分子量一般在103-104之间。
PTFE润滑剂的研制
PTFE 润滑剂含量 锂基脂 锂基脂 + 5% PTFE 锂基脂 + 10 % PTFE 锂基脂 + 20 % PTFE 锂基脂 + 40 % PTFE 锂基脂 + 60 % PTFE 钙基脂 钙基脂 + 10 % PTFE 钙基脂 + 40 % PTFE 磨斑直径 /mm 0 62 0 58 0 55 0 50 0 47 0 45 0 72 0 68 0 53 0 66 0 60 0 47 烧结负荷 /N 1 475 1 584 1 736 2 329 2 900 3 010 1 351 1 678 1 977 1 486 1 596 2 215
1 2
PTFE 的筛选 表 2 列出了几种 PT FE 润滑剂以 3 % ( 质量百
分比 ) 的比例分散到基础油中的性能测试结果。
第 2期
谭胜等 : PTFE 润滑剂的研制 表 2 PT FE 筛选试验结果
项 目 1# PTFE 产地 粒径 4 h 8 h 24 h 自制 200 ~ 400 n m 51 60 82 容易 0 61 > 3 336 2 # 浙江 1~ 5 m 69 83 91 较易 0 64 > 3 336 3 # 济南 1~ 5 m 73 84 96 难 0 65 > 3 336 PTFE 试样 4#; 3 336 5 # 上海 15 ~ 30 m 81 95 98 较难 0 72 > 3 336 6 # 成都 (水乳液 ) 46 69 82 絮凝 0 61 > 3 336
Developm ent of PTFE Lubricant
TAN Sheng , CH EN Xue- ju n , FU H ong- ru,i WANG Shi- zhao
全氟聚醚的研究进展_赵明强
第4期 收稿日期:2008-12-15基金项目:国家自然科学基金(20774037)作者简介:作者简介:赵明强(1981-),男,山东莱芜人,在读研究生。
全氟聚醚的研究进展赵明强,李 辉,张炉青,蒋圣俊,张书香(济南大学化学化工学院,山东济南 250022)摘要:介绍全氟聚醚的四种不同分子结构及光催化聚合和阴离子催化聚合两种合成方法,着重介绍以六氟环氧丙烷为原料的阴离子催化聚合法,由于催化剂体系及反应条件的不同,使产物聚合度不同。
同时综述全氟聚醚的性能及应用。
关键词:全氟聚醚;六氟环氧丙烷;合成;应用中图分类号:T Q 326.5 文献标识码:A 文章编号:1008-021X (2009)04-0025-03S t u d y P r o g r e s s i nP e r f l u o r o p o l y e t h e rZ H A OM i n g -q i a n g ,L I H u i ,Z H A N GL u -q i n g ,J I A N GS h e n g -j u n ,Z H A N GS h u -x i a n g(S c h o o l o f C h e m i s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,U n i v e r s i t y o f J i n a n ,J i n a n 250022,C h i n a )A b s t r a c t :T h ef o u r d i f f e r n t m o l e c u l a r s t r r u c t u r e s o f P F P E a n dt w os y n t h e s i sm e t h o d s (p h o t o c a t a l y t i cp o l y m e r i z a t i o na n da n i o np o l y m e r i z a t i o n )w e r ei n t r o d u c e d ,e s p e c i a l l ya n i o np o l y m e r i z a t i o nm a d ef r o m h e x a f l u o r o p r o l e n e o x i d e .T h ed e g r e e o f p o l y m e r i z a t i o nd e p e n d s o nt h ec a t a l y s t s y s t e m a n dt h er e a c t i o n c o n d i t i o n s .T h e p e r f o r m a n c e a n d a p p l i c a t i o n o f P F P Ew e r e a l s o i n t r o d u c e d .K e y w o r d s :p e r f l u o r o p o l y e t h e r ;h e x a f l u o r o p r o p y l e n e o x i d e ;s y n t h e s i s ;a p p l i c a t i o n 全氟聚醚(P F P E ,英文名P e r f l u o r o P o l y e t h e r s )是一种高分子聚合物,常温下为无色无味透明的油状液体。
全氟聚醚油用途
全氟聚醚油用途
全氟聚醚油是一种具有广泛用途的特殊润滑剂，它的独特性能使其在多个领域发挥着重要作用。
全氟聚醚油在航空航天领域扮演着不可或缺的角色。
由于其出色的耐高温性能和化学稳定性，它被广泛应用于航空发动机润滑系统中。
全氟聚醚油能够在极端的高温环境下保持较低的粘度，确保发动机的正常运行。
同时，它还能有效抵御腐蚀和氧化，延长发动机寿命。
此外，在航天器的轴承、传动装置和阀门等关键部位，全氟聚醚油也能提供可靠的润滑保护。
全氟聚醚油在电子领域也有着广泛的应用。
在半导体制造过程中，全氟聚醚油被用作光刻胶的成膜剂，它能够在高温条件下形成均匀的薄膜，保证光刻胶的质量和成像效果。
此外，全氟聚醚油还广泛用于半导体设备的真空泵、润滑脂和密封材料中，确保设备的高效运行和长寿命。
全氟聚醚油在化工、医药、食品加工和纺织等行业也有着重要的应用。
在化工领域，全氟聚醚油常被用作有机合成反应的催化剂和溶剂，在催化剂表面形成稳定的薄膜，提高反应效率和选择性。
在医药领域，全氟聚醚油可用于制备药物微球和药物载体，提高药物的稳定性和生物利用度。
在食品加工过程中，全氟聚醚油可用作食品添加剂的润滑剂和防粘剂，提高生产效率和产品质量。
在纺织业中，全氟聚醚油常用于纺织机械的润滑和维护，保证纺织生产的顺利进
行。
全氟聚醚油的用途十分广泛，涉及到航空航天、电子、化工、医药、食品加工和纺织等多个领域。
它的独特性能和稳定性使其成为这些领域中不可或缺的功能性材料。
随着科技的不断进步和创新，相信全氟聚醚油在更多领域中会有更广阔的应用前景。
全氟聚醚润滑脂挥发及摩擦学性能研究
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明 ，全氟 聚醚 润滑 油 的蒸气 压极 低 ，采 用 真空热 失 重分 析法 测得 的挥 发性 基 本符 合 要求 ；存 全氟 聚 醚润 滑脂 中随 着 基础 油含 量 的增 加 ，抗 磨性 能逐 渐提 高 ，而 极压 性变 化 不明 显；红外 光谱 分 析表 明不 同 稠化 剂 含 量的 润滑 脂 的吸 收峰 位置 基
Ｈｕ ｉｉ Ｚｈ ｕ Ｈｕ Ｓａ ｇ Ｒｕｐ ｎ ｏ Ｌｘａ ｏ ｉ ｎ ｉｅ ｇ （ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｕ ａｅＥ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ，ａ ｚｏ ｎｔｕｅｏ ｈ ｓ ｓ Ｌ ｎｈ ｕ Ｇ ｎｕ７ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｒ ｃ ｎ ｉｅ ｒ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｌ ｎｈ ｕＩｓ ｔｔ ｆ ｙｉ ， ａ ｚｏ ａ ｓ ３ ０ ０， ｈｎ ） Ｓｆ ｎ ｉ Ｐ ｃ
一种全氟聚醚及其制备方法与流程
一种全氟聚醚及其制备方法与流程全氟聚醚是一种具有优异耐高温、耐腐蚀、阻燃、绝缘等特性的高分子材料。
Perfluorinated polyether is a kind of polymer materialwith excellent properties such as high temperature resistance, corrosion resistance, flame retardancy and insulation.全氟聚醚可用于制备防水、防油、抗污染的润滑剂、润滑脂和其他特种润滑材料。
Perfluorinated polyether can be used to prepare waterproof, oil-resistant, anti-pollution lubricants, lubricating greases and other special lubricating materials.制备全氟聚醚的方法包括聚合方法和共聚方法。
The methods for preparing perfluorinated polyetherinclude polymerization method and copolymerization method.聚合方法主要包括阳离子聚合、阴离子聚合、自由基聚合和阴极聚合等。
The polymerization methods mainly include cationic polymerization, anionic polymerization, free radical polymerization, and cathodic polymerization, etc.共聚方法主要是与氟碳聚合物或其他共聚单体进行反应制备全氟聚醚共聚物。
Copolymerization methods mainly react with fluorocarbon polymers or other comonomers to prepare perfluorinated polyether copolymers.在全氟聚醚的制备过程中，需要控制反应温度、压力和催化剂的使用量以及反应时间等因素。
全氟聚醚型润滑喷剂的制备及性能评价
全氟聚醚型润滑喷剂的制备及性能评价随着科技的发展，润滑材料的性能及用途不断提高。
硅油、矿物油、合成油等传统润滑油的应用已不能满足多种特殊场合的需求，全氟聚醚润滑喷剂作为一种新型的润滑材料，具有优异的抗氧化、抗摩擦、抗冲击及耐腐蚀性能，因此，开发全氟聚醚润滑喷剂，具有重要的意义。
全氟聚醚润滑喷剂是由全氟聚醚和各种添加剂混合而成，根据喷涂材料、环境以及应用场合的要求，需要选择合适的添加剂，以改变润滑喷剂的性能。
全氟聚醚润滑喷剂的制备主要包括以下几个步骤：第一步，将全氟聚醚重新溶解，将其用去离子水、乙醇等溶剂溶解，并加入必要的调节剂，控制其粘度和表面张力，同时加入抗氧剂、抗磨剂等，以保证润滑喷剂具有良好的润滑性能及抗氧性能。
第二步，合成添加剂的配制和添加。
根据应用场合要求，添加合适的抗氧剂、抗磨剂等，以保证润滑喷剂的特性和性能。
第三步，实验混合。
将之前制备的各成分混合，通过高速搅拌机，使混合组分彻底混合，确保润滑喷剂的性能稳定。
全氟聚醚润滑喷剂的性能评价，主要包括物理性能和化学性能评价。
物理性能评价主要包括流变性、粘度、表面张力和渗透性。
流变性、粘度和表面张力可以用回流试验评价。
渗透性通过贴标试验来评价。
另外，化学性能评价主要包括氧化安定性、耐腐蚀性和抗磨损性。
氧化安定性通过紫外光谱、氧化剂消解和抗氧化物等试验来测试；耐腐蚀性通过铜板腐蚀试验、石蜡溶液试验来评价；抗磨损性通过摩擦对磨损量和载荷的各种测试来评价。
全氟聚醚润滑喷剂在工业中有着广泛的应用，它的性能可以在一定程度上满足工业生产要求。
全氟聚醚酯型润滑喷剂具有优良的抗氧化、抗摩擦、抗冲击及耐腐蚀性能，可以满足多种场合和条件下的润滑需求，因此，开发全氟聚醚润滑喷剂具有重要的意义。
制备全氟聚醚润滑喷剂时，需要根据使用的喷涂材料、环境和条件，选择合适的添加剂，并且需要进行性能评价，以保证润滑喷剂的质量和性能，以便在多种应用场合中得到更好的使用效果。
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【摘要】综述了全氟聚醚润滑剂的制备方法和性能，并分别对全氟聚醚油，全氟聚醚酯，全氟聚醚薄膜的研究现状和应用前景做了介绍，对未来的发展作了展望。
【关键词】全氟聚醚；润滑剂；摩擦学性能
0.前言
全氟聚醚（英文名perfluoropolyethers简写pfpe）是一种高分子聚合物，常温下为油状液体。
它具有宽温度范围、化学惰性、高的热稳定性和优良的耐磨蚀特性得以在一些苛刻条件下承担起长效润滑的重任[1，2]。
对其的研究始于20世纪60年代，并且一直用于军事、航天和核工业等尖端科学领域的润滑剂。
本文对全氟聚醚的合成及摩擦学性能研究现状进行了综述，并作了展望。
1.全氟聚醚润滑剂的制备技术
一般pfpe的制备就是利用全氟化单体的聚合作用而制备，根据聚合单体和方法的不同，可以获得k，y，d，z四种分子结构不同的pfpe[3]。
pfpe的最早制备技术可以追溯到20世纪60年代，美国dupont公司生产的krytox和意大利montefluos的fomblin产品。
dupont 的krytox产品采用的是全氟环氧化物的阴离子聚合法，以全氟环氧丙烷hfpo为原料，在非质子溶剂中以氟离子为催化剂，可得到含酰氟端基的全氟环氧丙烷齐聚物，最后将齐聚物的活泼酰氟端基稳定化处理。
意大利montefluos公司采用全氟烯烃直接光氧化法，以四氟乙烯或六氟丙烯为原料，在低温下与氧一起紫外光照，氧化聚合而得到结构略有不同的聚醚。
生产工艺流程为：四氟乙烯或六氟丙烯―光氧化聚合―粗醚蒸馏―碱洗或氟化精制―分馏―后处理―调配―pfpe。
目前pfpe的合成生产已经实现了工业化，但由于pfpe的制备技术较为复杂和原材料昂贵，造成了pfpe的产品价格非常昂贵，很大程度上影响了它的应用，因此对pfpe的制备技术进一步优化以及降低其合成成本，以推广其在多个领域内的应用就显的及为重要，已经有研究人员在探索pfpe的新的合成方法[4]，采用tfe和hfe的共聚物来合成，可望在未来能降低其生产成本。
2.全氟聚醚润滑剂的优异性能
pfpe由于分子中的氢完全被氟取代，在分子中碳氟键能要远大于碳氢键能，氟原子的范德华原子半径小，从四周紧密的包围住碳链，使碳链不易受到外界的侵扰，而且氟原子极强的电负性造成了氟碳键的强极性，还有共用电子对偏向于氟原子，使氟原子带多余的负电荷，形成一种负电荷保护层，从而使带负电荷的亲核试剂难以接近碳原子，所以难以发生反应。
pfpe具有独特的化学稳定性，与大部分腐蚀性化学试剂如酸、碱、卤素和氧化剂等都不发生反应，在270～300℃的范围内无有效催化剂条件下仍很稳定；pfpe有很好的粘温特性和低的凝点，还有非常低的蒸汽压，可以在高真空下使用，并有着优良的抗辐射性能，可以在核工业满足一些特殊工况的要求；pfpe与很多物质相容，如橡胶，塑料，仅在全氟化的有机溶剂中溶解。
pfpe具有不可燃性，更适合于高温和苛刻的使用环境中，如被广泛用于航空机械各种元件的润滑上。
3.全氟聚醚润滑剂的摩擦学机理
全氟聚醚润滑剂最重要的性能就是其摩擦学性能，尤其是在超高低温下，荷载下能表现出优异的边界润滑性能，有人在文献[5]中分别用四球、falex、reichert、amsler、srv、te77等试验机械作了摩擦磨损试验，系统测试了y系列的全氟聚醚油摩擦学性能，结果显示了在极压负载条件下具有一种优良的润滑性能，而在一般条件下其润滑效果并不比普通烃类润滑剂明显。
v.d.agostino [6]也在研究中发现150℃条件下，pfpe对铁轴承的润滑效果要比矿物油的好，在150℃，pv=0.4mn/ms时，pfpe润滑的铁轴承的寿命超过了150小时没有毁坏，比mpif的规定长出了5到6倍。
这也说明了pfpe在苛刻条件下具有的边界润滑性能。
全氟聚醚润滑剂的良好的抗磨减磨作用得益于其具有较好的成膜能力，cavdar.[7]认为，pfpe润滑剂会在钢表面形成双层膜，为一层无机膜，由90%的氟化物和10%的氧化物组成，一层有机膜，由于有机膜属于弹流膜，可以减小摩擦副间微凸体的直接接触机会，从而减小了摩擦力和磨损，mori.[8]等人也发现在钢表面的磨痕上覆盖了两层膜，氟化物膜属于边界润滑膜，可以减小摩擦副间的摩擦系数。
4.全氟聚醚的研究现状
4.1全氟聚醚润滑油
全氟聚醚润滑油最大的特点就是其具有良好的摩擦学性能，目前对全氟聚醚润滑油的研究是对其性能的进一步改善，已经集中在抗腐蚀，抗氧化性的进一步提高。
由于全氟聚醚油在高温下会发生热裂解，形成氧自由基并发生连锁反应，同时还存在金属催化裂解，生成腐蚀性产物，从而导致全氟聚醚油的消耗和金属的腐蚀[8]。
为了进一步改进全氟聚醚油在高温下对金属的防腐蚀性，往往是加入防锈防腐添加剂，如聚三氟氯乙烯油、全氟烷基二磷朵-对称-三嗪、全氟苯基膦等[9]。
当用铁合金时，添加剂能增强全氟聚醚油的稳定性，使其不腐蚀金属，在用钛及钛合金时，添加剂能保护全氟聚醚油，使其免受金属的催化作用而分解。
4.2全氟聚醚润滑脂
现在国内市场上全氟聚醚润滑脂基本上都是一些进口外国产品，种类很多，不仅仅是采用了不同的基础pfpe油，也因为还添加了不同的增稠剂和功能添加剂，使得润滑脂性能各异，但从本质上来说，所添加的各种助剂都要和pfpe有良好的相容性，增稠能力强，耐磨性能好，高的热稳定性，抗氧化性，以及化学稳定性。
作为润滑脂增稠剂的一般有聚四氟乙烯，四氟乙烯―六氟丙烯的共聚物等，一般要求其分子量大于2000，-cf2cf2-单元大于90%，熔点大于300℃，粒度最适宜的为小于5um。
在这些全氟聚醚润滑脂里面，以聚四氟乙烯作为增稠剂制备的全氟聚醚润滑脂性能最为显著，具有突出的化学惰性，热稳定性和极压性能，完全不燃，，可以在-55℃～315℃之间长期使用，能解决液态氧和气态氧等苛刻条件下的润滑问题。
4.3全氟聚醚薄膜
由于全氟聚醚薄膜具有优异的减摩耐磨作用，能保护机械系统，近年来，全氟聚醚薄膜应用于计算机磁盘表面的润滑，但仍存在问题，由于磁盘的转速很快，达到10000转/分钟，过高的速度导致磁盘表面pfpe分子的脱离，造成润滑剂的寿命缩短；而且全氟聚醚薄膜的摩擦磨损性很大程度的与润滑剂和磁盘的结合有关。
目前全氟聚醚薄膜用于计算机磁盘表面的润滑已经引起了众多学者的兴趣。
5.存在问题及展望
目前，在市场上的进口的全氟聚醚产品多为杜邦公司和意大montefluos公司的产品，年产量多达几十万公斤，占据了国内较大市场；国产的全氟聚醚产品主要有中石化长城润滑油公司生产的全氟聚醚油品，但年销售量不多，基本还是国外产品主导着市场。
虽然全氟聚醚润滑剂有着优异的润滑性能，占据高端市场，但人们对它的认识还比较模糊，许多关于其应用行为都属于商业机密，报道较少，由于昂贵的生产成本导致其价格昂贵也限制了其的广泛应用。
因此，加快全氟聚醚润滑剂的研究与开发，降低生产成本，扩大工业化生产力度具有重要的理论价值和经济意义。
参考文献：
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