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高性能聚四氟乙烯(PTFE)纖維的結構與性能

編輯:本站 發布時間:2019-09-20
1、PTFE纖維的發展史
聚四氟乙烯(PTFE)又稱特氟隆(Teflon),我國稱之為“氟綸”,是在 1938 年進行氟烷制冷劑試驗中偶然發現的,最早被應用于軍事工業,現已逐漸推廣到民用產品中。
以 PTFE 粉末為原料,應用多種紡絲手段或薄膜切割或原纖化等方法,可得到具備多種優良性能的 PTFE 纖維。PTFE 纖維是最早實現產業化的特種合成纖維,由美國杜邦公司于 1953 年研發,1957 年工業化生產。奧地利蘭精集團于 20 世紀70 年代初成功開發了膜裂紡絲工藝,并將此工藝廣泛應用于聚烯烴纖維的生產。
我國在PTFE 纖維的制備和開發方面起步較晚,但發展較快。2011 年,我國成功地通過膜裂紡絲法制備出高性能 PTFE 纖維,且該方法可以達到千噸級產業化項目的量產。如今,我國產 PTFE 纖維的產量現已超過全球總量的 50%,且纖維的部分性能超過同類國際產品。
2、PTFE的結構與性能
PTFE 為結構完全對稱的非極性線性高分子,無支鏈,大分子鏈呈螺旋形結構,而非像C、H分子鏈一樣的鋸齒形。其主鏈上的碳原子被氟原子緊密地包圍著,分子鏈難以遭到破壞;側向全部為穩定的C—F鍵,鍵能很高,不易被破壞。PTFE 分子的偶極矩極小,表面自由能和吸引力很低。
由于具有內在的穩定性、鏈結構的不活潑性等多種特性,PTFE 纖維對于高溫和化學作用的綜合影響具有極強的適應能力。
由于PTFE的特殊分子結構,其取向度和熱穩定性非常好,可長期在-250-260℃下使用,短時使用溫度可達300℃。且使用時允許溫度波動、突變,且低溫時不變脆。同時其抗老化能力極佳,對紫外線穩定,室外暴露15年后纖維力學性能未發生顯著變化。此外PTFE纖維抗強酸強堿以及強氧化性物質,化學性質十分穩定,僅芳烴和鹵化胺有輕微溶脹以外,其他有機溶劑對其無作用。另外,由于其表面能較低,其疏水性也相當出色,與水的接觸角約為120°,通過后整理工藝可以用于自清潔材料。除此之外,由于氟原子帶來的化學穩定性和超高電負性,其阻燃性、粘附性、潤滑性也相當優異,摩擦系數比大部分化學纖維低,是一種性能優秀的高性能材料。
將PTFE進行紡絲后,其縱向和橫截面的SEM圖如圖所示。纖維的縱向表面有很多溝槽,增大了纖維的表面積,一些纖維的表面有很多分枝,纖維的橫截面是片狀,不規則的,有粗糙的邊緣,這是由于膜裂法形成的,是在纖維的紡紗過程中增大纖維之間的抱合力。

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