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高性能聚四氟乙烯(PTFE)纤维的结构与性能

发布时间:2019-08-14

1、PTFE纤维的发展史
聚四氟乙烯(PTFE)又称特氟隆(Teflon),我国称之为“氟纶”,是在 1938 年进行氟烷制冷剂试验中偶然发现的,最早被应用于军事工业,现已逐渐推广到民用产品中。
以 PTFE 粉末为原料,应用多种纺丝手段或薄膜切割或原纤化等方法,可得到具备多种优良性能的 PTFE 纤维。PTFE 纤维是最早实现产业化的特种合成纤维,由美国杜邦公司于 1953 年研发,1957 年工业化生产。奥地利兰精集团于 20 世纪70 年代初成功开发了膜裂纺丝工艺,并将此工艺广泛应用于聚烯烃纤维的生产。
我国在PTFE 纤维的制备和开发方面起步较晚,但发展较快。2011 年,我国成功地通过膜裂纺丝法制备出高性能 PTFE 纤维,且该方法可以达到千吨级产业化项目的量产。如今,我国产 PTFE 纤维的产量现已超过全球总量的 50%,且纤维的部分性能超过同类国际产品。
2、PTFE的结构与性能
PTFE 为结构完全对称的非极性线性高分子,无支链,大分子链呈螺旋形结构,而非像C、H分子链一样的锯齿形。其主链上的碳原子被氟原子紧密地包围着,分子链难以遭到破坏;侧向全部为稳定的C—F键,键能很高,不易被破坏。PTFE 分子的偶极矩极小,表面自由能和吸引力很低。
由于具有内在的稳定性、链结构的不活泼性等多种特性,PTFE 纤维对于高温和化学作用的综合影响具有极强的适应能力。
由于PTFE的特殊分子结构,其取向度和热稳定性非常好,可长期在-250-260℃下使用,短时使用温度可达300℃。且使用时允许温度波动、突变,且低温时不变脆。同时其抗老化能力极佳,对紫外线稳定,室外暴露15年后纤维力学性能未发生显著变化。此外PTFE纤维抗强酸强碱以及强氧化性物质,化学性质十分稳定,仅芳烃和卤化胺有轻微溶胀以外,其他有机溶剂对其无作用。另外,由于其表面能较低,其疏水性也相当出色,与水的接触角约为120°,通过后整理工艺可以用于自清洁材料。除此之外,由于氟原子带来的化学稳定性和超高电负性,其阻燃性、粘附性、润滑性也相当优异,摩擦系数比大部分化学纤维低,是一种性能优秀的高性能材料。
将PTFE进行纺丝后,其纵向和横截面的SEM图如图所示。纤维的纵向表面有很多沟槽,增大了纤维的表面积,一些纤维的表面有很多分枝,纤维的横截面是片状,不规则的,有粗糙的边缘,这是由于膜裂法形成的,是在纤维的纺纱过程中增大纤维之间的抱合力。

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