第十一章：氟塑料详解
聚四氟乙烯介绍
聚四氟乙烯被称“塑料王”，氟树脂之父罗伊·普朗克特1936 年在美国杜邦公司开始研究氟利昂的代用品，他们收集了部分四氟乙烯储存于钢瓶中，准备第二天进行下一步的实验，可是当第二天打开钢瓶减压阀后，却没有气体溢出，他们以为是漏气，可是将钢瓶称量时，发现钢瓶并没有减重。
他们锯开了钢瓶，发现了大量的白色粉末，这是聚四氟乙烯。
他们研究发现聚四氟乙烯性质优良，可以用于原子弹、炮弹等的防熔密封垫圈，因此美国军方将该技术在二战期间一直保密。
直到二战结束后，才解密，并于1946年实现工业化生产聚四氟乙烯。
一、产品名称：聚四氟乙烯二、英文名： Polytetrafluoroethylene三、别名PTFE;铁氟龙;特氟龙;teflon;特氟隆;F4;塑料之王;テフロン(日语)【英文缩写为PTFE，商标名Teflon®，中文译名各地不同：大陆译为特富龙®，香港译为特氟龙®，台湾译为铁氟龙®】四、分子式：[CF2CF2]n五、生产方法聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。
工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度。
聚合一般在40～80℃，3～26千克力／厘米2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。
每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。
分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。
六、用途聚四氟乙烯[PTFE,F4]是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，因此得"塑料王"之美称。
它能在任何种类化学介质长期使用，它的产生解决了我国化工、石油、制药等领域的许多问题。
聚四氟乙烯密封件、垫圈、垫片. 聚四氟乙烯密封件、垫片、密封垫圈是选用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂模塑加工制成。
聚四氟乙烯与其他塑料相比具有耐化学腐蚀与耐温优异的特点，它已被广泛地应用作为密封材料和填充材料。
具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力，如耐强酸、强碱、强氧化剂等，有突出的耐热、耐寒及耐摩性，长期使用温度范围为-200-+250℃，还有优异的电绝缘性，且不受温度与频率的影响。
氟塑料衬里阀门生产工艺
氟塑料衬里阀门生产工艺氟塑料衬里阀门生产工艺氟塑料衬里阀门的生产是一种复杂而又繁重的过程，除了成型加工技术外，还需考虑到生产成本，原料供应，环境影响等方面。
压塑是氟塑料成型工艺方法之一（如图1），也是氟塑料衬里阀门应用最理想的方法之一，是将一定量的氟塑料（粉状、粒状、纤维状、片状和碎屑状等）放入成型的模腔中，然后闭合，放在加热炉内加热到一定温度，并在压力作用下熔融流动，缓慢充满整个型腔而取得型腔所赋予的形状。
随着氟塑料化学反应程度的增加，熔体逐渐失去流动性变成不熔的体型结构而成为固体，经冷却到一定温度打开模具，而成为成品，从而完成模压过程。
如图2衬里工艺流程图。
衬里阀门是现代科学技术发展阶段的产物。
氟塑料衬里阀门是伴随着氟塑料的出现和社会需求而产生的一种高新技术产品。
根据氟塑料上述的性能特点和成型工艺特性、方法，人们不断探索，反覆实践，开发出了系列氟塑料衬里阀门。
氟塑料衬里阀门与常规通用阀门相比，不论是材料选择上，还是制造工艺上有其自身的特点。
氟塑料衬里阀门结构长度和法兰两端尺寸，按钢制阀门的相关标准和行业标准执行。
如结构长度按GB/T12221标准的规定，结构长度包括法兰密封面衬氟塑料厚度。
法兰连接尺寸按GB/T 9113.1的规定。
并限制在法兰端连接，不允许采用焊接方法连接。
便于工业管道的安装连接不因焊接而影响产品质量。
衬里层厚度的确定既是一个科学问题，又是比较现实的经济问题。
衬氟层厚了浪费昂贵的氟塑料，衬薄了满足不了使用要求。
因为氟塑料是高分子材料，具有吸收少量与其接触的气体的特性，随温度的升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收就加剧。
只有适当增加厚度才能减少渗透。
因此，在衬里层设计时，采用增加厚度来弥补这一缺陷。
经过试验验证，确定衬里层厚度δ≥2mm比较合适。
并且随着阀门通径的增大而增加，衬氟塑料厚度如表1所示[原创]氟塑料衬里阀门性能特点(2009-07-29 09:03:43)转载标签：[原创]氟塑料衬里阀门性能特点杂谈分类：阀门、衬氟阀门、衬里阀门氟塑料衬里阀门进入二十一世纪以来，世界石化工业逐渐向中国转移，中国已成为世界石化产品生产大国，原油加工能力和乙烯生产能力现居全世界第二位和第三位，而且还在进一步增大。
汽车机械基础课件 第11章 非金属材料
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c )汽车前保险杠罩
d)车灯
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• 11.1.2 橡胶
• 橡胶是具有高弹性的有机高分子材料。 • 具有高的弹性，优良有伸缩性能，优异的吸振性和绝缘
性，以及良好的耐磨性、隔音性和电绝缘能力，所以用 途极广；橡胶的主要缺点是易于老化。 • 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。 • 在机械工业和汽车工业中，橡胶的用途有： （1）动、静密封件，如旋转轴密封、管道接口密封； （2）减振防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧； （3）传动件，如三角皮带； （4）运输胶带、管道； （5）电线、电缆和电工绝缘材料； （6）各种轮胎。
本低广泛用于日用品和农用的塑料。主要品种有聚乙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、酚醛塑料等。 它们的产量约占塑料总产量的3/4以上。 • 工程塑料是工程结构和设备中应用的塑料。一般强度、 刚度和韧性较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，绝缘性 能良好，因而能代替金属制作某些机械结构件。这类塑 料主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、ABS塑 料等四种。在实际应用中，工程塑料和通用塑料并没有 严格的界限。
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11.2 陶瓷材料
• 11.2.1 陶瓷的分类 • 11.2.2 陶瓷的性能及用途
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• 11.2.1 陶瓷的分类
• 陶瓷按成分和用途，可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属 陶瓷三大类。
绿色建筑与绿色建材(第十一章：ETFE)
ETFE气垫的工作原理 在ETFE 气垫中,空气的作用主要有以下几点: 1) 稳定作用。气垫内的空气使表面的ETFE 膜材形成张力,维持形状并提供刚度。 2) 传递外荷载。将作用于外表面的荷载传递给 内表面或将作用于内表面的室内正压传给外表面的膜材料。 3) 隔热。气垫是良好的隔热层。对于多层气 垫,通常外层用0120 mm、中间层用0105 mm、内层 用0115 mm 厚的ETFE 膜材。气垫的层数取决于隔热的要求。 外荷载的传递及气垫的承载能力 在内压作用下,气垫表面的ETFE 膜材受拉,这个拉力将传递给支承气垫的 边界件(通常为铝合金构架) 。 当外荷载(风压力、雪载等) 作用于气垫表面时,气垫的外表面会发生变形, 通过垫内气压的作用,气垫内表面的张力将会增大;当作用于气垫外表面的 风作用为吸力时,气垫外表面的张力则会增大。相应地,作用于边界构件上 的力也会发生改变当多个气垫组合在一起时,相邻单元间的作用会相互平 衡,仅在整个结构边缘处,支结构承受气垫表面传来的作用力。气垫的承载 能力取决于所用ETFE 膜材的度、气垫的跨度、矢高、形状和充气压力。 以5 m 跨度的长方形气垫为例,一般可承受2 kN/ m2 以上的风吸力和3 kN/ m2 的雪荷载。通过在气垫内部采用不锈钢支架索网加强的方法,可 获得更大的跨度或承 2
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巴塞尔运动场（Basel Stadium） “加州艺术学院”（Art Center College of Design, South Campus） 安联球场（Allianz-Arena） 杜伊斯堡迈德里奇剧院（Duisburg Meiderich Theater） 成吉思汗后裔帐篷娱乐中心（Khan Shatyry Entertainment Center） RPI EMPAC多功能表演中心 汽车博物馆（LeMay Museum） 中国水立方（Water Cube)
氟塑料详解
1、优异的耐热和耐化学性。
2、熔融稳定性。
3、良好的机械性能。
4、宽广的温度范围。
5、比FEP更好的耐热应力开裂性能。
Hyflon PFA和MFA部分结晶全氟可熔融加工含氟聚合物，在所有的可熔融加工含氟聚合物中具有最高的耐温等级和最广的耐化学性，是极端耐热和耐化学性的环境的理想选择。结合了杰出的耐热和电性能，使其成为高压线缆行业绝缘的理想选择，可以用于高温线缆、加热电线和信号线缆。
在内衬应用中，与FEP相比，Hyflon PFA和MFA具有更好的耐应力开裂和更低的蠕变。同时与相竞争的材料相比，还具有更好的抗渗透和更高的耐温等级。
6、杰出的防渗透性。
氟塑料的介绍
氟塑料的介绍一、氟塑料的发展史氟塑料创始于1934年，Schloffer，Scherer发现聚三氟氯乙烯(PCTFE)。
1938年DuPont 公司的R.J.P1unkett发现聚四氟乙烯(PTFE)并于1949年实现工业化。
继而英国的ICI，德国的Hoechst，日本的大金工业，意大利的Montefluos等相继投产。
我国氟塑料在1958年研制成功，首先在上海实行工业化。
80年代后各国都增加了生产能力，新品种不断出现，现有品种20多种，用途也日益扩大。
氟塑料的最初原料是氟石(又称茧石CaF2)和硫酸反应生成的氟化氢。
氯仿、四氯乙烯这类氯化烃在催化剂存在下被HF氟化而生成含氟化合物。
这样得到的含氟烃再经过热分解、脱氯等反应便可得到四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯等单体。
由这些单体均聚或共聚便可得到各种氟塑料。
氟塑料的性能视其聚合方法(如悬浮聚合、乳液聚合、溶液聚合)、聚合度、分子量分布后处理工艺而异。
二、氟塑料的品种及应用氟塑料是由含氟单体如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、六氟异丁烯、全氟代烷基乙烯基醚及乙烯等单体通过均聚或共聚反应制得。
主要的氟塑料品种如下，但按数量及用途来说还是以聚四氟乙烯为最重要。
以F4为代表的氟塑料具有一系列优良的使用特性，耐高温长期使用温度达200℃；耐低温在-100℃以下仍柔软，耐腐蚀能耐王水和切有机溶剂；耐气候有塑料中最佳的老化寿命；高绝缘体积电阻达1018欧姻·厘米，而且介电性能几乎与温度及频率的变化无关；高润滑具有塑料中最小的静摩擦系数；不粘附有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害具有生理惰性、宜与血液接触。
由于氟塑料兼备以上种种实用性能、使它可在国民经济的许多领域大显身手。
诸如化工防腐蚀管道及设备上的衬里和涂层、超纯物质的过泸材料、耐高低温的液压传递软管、耐各种苛刻环境之密封垫圈、低摩擦之桥梁伸缩滑块、各类无油润滑活塞环、高温高频电子仪器的绝缘、可挠电缆、高级印刷线路板，有压电压热性能材料，无油烹调饮具的脱模涂层、人体血管及心肺脏器的代用品等等，都只是它在这些领域的代表性用途。
第11章 聚醚类塑料
• 美国塞拉尼斯（Celanese）公司于1960年开发成功以三聚 甲醛和环氧乙烷制造共聚甲醛的技术，并于1962年实现了 工业化生产，其商品名为Celcon。（赛钢） • 1963年德国Hoechst和Celanese合资成立公司泰科那 （Ticona），以“Hostaform”为商品名生产销售聚甲醛。 • Ticona和Daicel合资的宝理公司(Polyplastic)于1968年开始 了以“Duracon”为商品名的共聚甲醛工业化生产。（夺钢）
4
一、聚甲醛的合成原理
I. II. III. 三聚甲醛的开环聚合 无水甲醛的加成聚合 甲醛在水溶液或醇溶液中缩聚
5
二、均聚甲醛的制备
开环聚合：以三氟化硼为引发剂，阳离子型聚合机理
酯化或醚化封端
6
三、共聚甲醛的制备
3-5% 摩 尔 比
7
11.1.2 聚甲醛的结构与性能
一 、结构与性能相互关系
线形，无侧链，规整性好，柔顺性大， 极易结晶；
白色细粉
40
3.2氯化聚醚的结构与性能
CH2Cl | — — 氯化聚醚是由（CH2—C—CH2—O）机构单元接起来的 | 线 CH2Cl
性大分子聚合物。氯化聚醚分子链中含有大量的醚键， 与醚键相连的次甲基上的碳无取代基，因而赋予大分子 良好的柔顺性。但由于分子链上季碳原子上连有两个位 阻较大的氯甲基，又增加了链的刚性，使大分子的柔性 比聚甲醛低，其Tg(10℃)远高于聚甲醛(-83℃)，而且脆 化温度(-40℃)也较聚甲醛高。氯化聚醚的力学性能随分 子量增加而有所提高，但当其特性粘度[η ]>=1.0~1.2以 后便不再明显地增加，因此作为结构材料的氯化聚醚其 特性粘度[η ]应不低于1.2。
第十一章：氟塑料详解
推压成型中常用的润滑剂为石油醚、白油等。前者 用于推压管、棒等，后者用于生料带。润滑剂用量为总 量的15~20%之间，太少则推压时阻力大，易使树脂过 度疲劳，引起制品裂纹；用量过多在制坯时易造成溢出 损失，且使坯料不结实，制品收缩大。
组分中ห้องสมุดไป่ตู้可加入颜料，但其耐热温度必须超过400℃ 常用无机颜料有镉红、钴蓝、群青、铬绿、炭黑、煅烧 氧化铁、钛白粉等。 推压成型是一种间歇式的成型方法，其推出物长度受 推压机加料室容积限制。该工艺主要适用于制造薄壁管 、电线包覆、小直径棒材以及由棒材辊扎成生料带制品。
“塑料王”之称。
⑷ 在大分子中，氟原子的相互排斥力很大， C—F键呈螺旋形的空间排列，使整个大分子偶 极距接近于零。因此大分子不带极性，其介电 常数很小，具有极其优良的电性能。这种螺旋
形空间排列也有利于其耐寒性的提高。
PTFE 四氟乙烯
131 螺旋 90°C以下
⑸ 大分子的表面自由能很低，几乎所有材料都 不能粘附在其表面，从而使其表面极端惰性。由 于其表面对其它分子的吸引力很小，故具有非常 小的摩擦因数。 ⑹其分子链中不存在双键，而主链上的碳原子 又被遮蔽起来，所以耐候性也很好。
型，能够在室温下压制成不同形状密实的型 坯。经压制的型坯具有一定的强度，在送入 加热炉内进行烧结过程中，其表面能量不稳 定的颗粒团熔融粘结，经冷却凝结成坚实的
制品。
⑶ PTFE烧结成型中要严格控制加热温度和时 间，因其导热系数小，传热差，如果温度超过 390℃，就会发生分解，并放出有毒的气体。 ⑷ PTFE冷却收缩和受热膨胀比大多数塑料 大。例如在室温下模压的型坯冷却至－180℃时 收缩率达2%，而从室温加热到260℃时其膨胀达 4%。这一特点在成型加工时需要特别引起注意。
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第一节：概述
氟塑料是含有氟原子的各种塑料总称。
氟塑料的第一种产品是聚三氟氯乙烯 （PCTFE），于1934年研制成功，1948年实现 工业化生产。 聚四氟乙烯（PTFE）于1938年由美国杜邦 公司首先发现，1941年中试，1949年实现工业化 生产。
目前氟塑料主要品种除PCTFE、PTFE外，
LDPE
PTFE
2.1～2.2 15~30 400 55~70
HDPE
0.941～0.965 21~37 400~1100 60~70
相对密度： 0.910～0.925 拉伸强度MPa ： 7~15 拉伸弹性模量MPa ： 100~300 邵氏硬度： 41~46
2. PTFE的主要性能——具有优良的综合性能
PTFE耐候性优良。
⑶ 力学性能：
PTFE的力学性能、刚度、硬度等较其它塑 料差。 PTFE的摩擦因数是塑料中最低的。 PTFE的摩擦因数小，动静摩擦因数相接 近，因此是一种良好的减摩、自润滑材料。 PTFE抗蠕变性差。 ⑷ 电性能： PTFE大分子无极性，不吸湿并具有耐热性， 一种优良的电绝缘材料。
⑵大分子链中含有较稳定的C—F键 和C—Cl键，因而其耐热性比较高，但 C—Cl键的键能比C—F键能小，所以耐 热性比PTFE低。其熔点为215℃，Tg约 为58℃，当其加热到熔点以上，晶体熔 化，呈粘流态，可采用一般热塑性塑料 的加工方法。
⑶ 由于氯原子的引入，分子间的作用力增 大，使聚合物硬，其拉伸强度、压缩强度等比 PTFE皆有提高。 ⑷氯、氟原子的体积都比较大，能把主链屏 蔽起来，因而使其具有良好的耐腐蚀性。但其耐 腐蚀性不如PTFE，在高温下能够溶解于某些高 度卤化的溶剂中。
型，能够在室温下压制成不同形状密实的型 坯。经压制的型坯具有一定的强度，在送入 加热炉内进行烧结过程中，其表面能量不稳 定的颗粒团熔融粘结，经冷却凝结成坚实的
制品。
⑶ PTFE烧结成型中要严格控制加热温度和时 间，因其导热系数小，传热差，如果温度超过 390℃，就会发生分解，并放出有毒的气体。 ⑷ PTFE冷却收缩和受热膨胀比大多数塑料 大。例如在室温下模压的型坯冷却至－180℃时 收缩率达2%，而从室温加热到260℃时其膨胀达 4%。这一特点在成型加工时需要特别引起注意。
PCTFE是一种直链的高分子化合物， ⑴由于大分子中氯原子的引入，破坏了分子的对 称性，但大分子链还是比较规整，易于结晶，结 晶度虽低于PTFE，但最高仍可达85~90%。结晶 度受热处理条件影响。可在10~80%范围内变动 晶体属六方晶系，晶胞尺寸为65nm和35nm，在 这种晶体中，大分子链呈螺旋形，结晶度还与分 子量有关，分子量越大，结晶度越小。当PCTFE 熔体被骤冷时，成为无定形聚合物。
⑴ 热性能：
PTFE具有优良的耐热性和耐寒性。长期使 用温度为-195℃~250℃，耐高温老化性能优异 。PTFE的熔点为327℃，加热到熔点以上仍无粘 流态转变，温度上升到390℃时开始分解。 导热系数小，线膨胀系数比多数塑料大，并 随着温度的↑而↓。
⑵ 化学性能：
PTFE具有优异的化学稳定性，PTFE只有在 高温下才与熔融碱金属、三氟化氯等会有明显的 作用。PTFE通常在高于390℃时才发生分解。故 有“塑料王”之称。 PTFE耐辐射性能差，经射线辐射后分解放出 CF4气体，分子量降低，性能变劣。
“塑料王”之称。
⑷ 在大分子中，氟原子的相互排斥力很大， C—F键呈螺旋形的空间排列，使整个大分子偶 极距接近于零。因此大分子不带极性，其介电 常数很小，具有极其优良的电性能。这种螺旋
形空间排列也有利于其耐寒性的提高。
PTFE 四氟乙烯
131 螺旋 90°C以下
⑸ 大分子的表面自由能很低，几乎所有材料都 不能粘附在其表面，从而使其表面极端惰性。由 于其表面对其它分子的吸引力很小，故具有非常 小的摩擦因数。 ⑹其分子链中不存在双键，而主链上的碳原子 又被遮蔽起来，所以耐候性也很好。
三、PTFE的成型加工
1. 加工工艺特性
⑴
PTFE虽然属于直链热塑性高聚物，但是加热 到其熔点327℃以上温度时，只是形成无定形的凝 胶态，其ηa约1011~1012 Pa· s，不能流动，因此 不能用一般热塑性塑料的加工方法加工，而采用 类似“粉末冶金”那种冷压烧结的方法成行。
⑵ PTFE为白色纤维状细粉末，容易结块成
⑵
PTFE分子中，碳链两侧具有电负性极强 的氟原子，氟原子之间的斥力很大，所以该大 分子链的内旋转困难，分子链僵硬，这种特性 使其熔点可高达327℃。温度达到熔点后，不 能 成为可流动的熔体，在温度达到分解温度时， 还没有发生可观察到的流动。因此不能用加工 一般热塑性塑料的方法加工PTFE。
⑶大分子中只有（稳定的）C—F键和C—C键。 从空间上讲，碳链周围围着一层氟原子，由于氟 原子体积较大，把主链上的碳原子屏蔽起来，这 种结构使其具有既耐高温又耐腐蚀的特性。故有
还有聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯与四氟乙
烯共聚物等。其中应用最广、产量最大的是
PTFE，其次是PCTFE、聚偏氟乙烯和聚全氟乙 丙烯。
第二节：聚四氟乙在游离引发剂存在
下聚合得到的。
二、PTFE的结构和性能 1. 结构 分子式为： ⑴ 与碳链相结合的完全是氟原子，分子链的规 整性和对称性极好。大分子链为线型结构，几乎 没有支链，容易形成有序排列，极易结晶，且结 晶都很高，一般制品的结晶度为57~75%，最高 可达93~97%。
2. PTFE的成型加工 方法主要有压塑烧结、 挤出成型、 推压成型、 液压成型、 压塑型坯切削法等。 以上诸方法都必须先后经过制型坯、烧结、 冷却三个步骤。
⑴ 压塑烧结成型
① 型坯制造：将悬浮聚合的PTFE粉末经20目筛网过筛 后，按制品所需要的重量加入模具内，并使物料均匀地分 布在型腔里，然后将模具放入压机，缓慢升压。升压速度 （指阳模压入的速度）根据制件的高度和形状而定，通常 直径大而高的型坯，升压速度较慢，为5~10 mm/min ； 一般的型坯，升压速度在10~20 mm/min。通常压塑压力 为30~50 MPa，当施加压力达到规定值后，尚需保压一 段时间，直径大而壁厚的制品，保压时间为10~15 min， 一般制件保压时间为3~5 min。当达到规定的保压时间 后，缓慢卸压，最后取出制品。