聚四氟乙烯的物理性质和化学性质有哪些?

Question

聚四氟乙烯的物理性质和化学性质有哪些?

Answer 1

聚四氟乙烯的物理性质 密度：2.1–2.3 g/cm³ 　　聚四氟乙烯的机械性质较软.具有非常低的表面能. 　　聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列优良的使用性能:耐高温—长期使用温度200~260度,耐低温—在-100度时仍柔软；耐腐蚀—能耐王水和一切有机溶剂；耐气候—塑料中最佳的老化寿命；高润滑—具有塑料中最小的摩擦系数（0.04）；不粘性—具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；优异的电气性能,是理想的C级绝缘材料,报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压；比冰还要光滑.聚四氟乙烯材料,广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门. 产品：聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、车削板材. 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物.英文缩写为PTFE.结构式为 .20世纪30年代末期发现,40年代投入工业生产.性质 聚四氟乙烯相对分子质量较大,低的为数十万,高的达一千万以上,一般为数百万（聚合度在104数量级,而聚乙烯仅在103）.一般结晶度为90～95％,熔融温度为327～342℃.聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列,由于氟原子半径较氢稍大,所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向,而是形成一个螺旋状的扭曲链,氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面.这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能.温度低于19℃时,形成13／6螺旋；在19℃发生相变,分子稍微解开,形成15／7螺旋. 　　虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJ／mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ.所以在高温裂解时,聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯.聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率（％）每小时分别为1×10-4、4×10-3和9×10-2.可见,聚四氟乙烯可在 260℃长期使用.由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等,所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火. 力学性能 　　它的摩擦系数极小,仅为聚乙烯的1／5,这是全氟碳表面的重要特征.又由于氟-碳链分子间作用力极低,所以聚四氟乙烯具有不粘性. 　　聚四氟乙烯在-196～260℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能,全氟碳高分子的特点之一是在低温不变脆. 耐化学腐蚀和耐候性 　　除熔融的碱金属外,聚四氟乙烯几乎不受任何化学试剂腐蚀.例如在浓硫酸、硝酸、盐酸,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均无变化,也几乎不溶于所有的溶剂,只在300℃以上稍溶于全烷烃（约0.1g／100g）.聚四氟乙烯不吸潮,不燃,对氧、紫外线均极稳定,所以具有优异的耐候性. 电性能 　　聚四氟乙烯在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低,而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高. 耐辐射性能 　　聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（104拉德）,受高能辐射后引起降解,高分子的电性能和力学性能均明显下降. 聚合 　　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. 膨胀系数 　　（25～250℃）10～12×10-5/℃. 聚四氟乙烯的化学性质

聚四氟乙烯中的C-F键的键能高且稳定,分子为螺旋型构型,C-C主链完全被体积较大的氟原子遮蔽.所以,浓酸、浓碱、强氧化剂即使在高温时也不能对聚四氟乙烯起作用.聚四氟乙烯在几种常见化学介质中浸泡试验结果见表1-1. 聚四氟乙烯的耐化学品性能甚至超过贵金属.除全氟烷烃和全氟氯烷烃使聚四氟乙烯有轻微的溶胀现象外,酮类,醚类等有机溶剂均不能对它起作用.目前,发现能对它气作用的仅为熔融状态的碱金属、三氟化氯及氟元素等,但是只在高温下这种作用才明显.由于聚四氟乙烯的湿润性极小,所以它对酸和溶剂的吸收率较低,在高温下长期接触,一般仅增加1%左右.但是,由于聚四氟乙烯不能熔融加工,在制品中含有孔隙,有利于溶剂的渗透,预成型压力越小.孔隙越多,渗透越大.
（
表1-1聚四氟乙烯在化学介质中浸泡后性能的变化率/ %
化学药品 浸泡7d 浸泡28d
拉伸强度 伸长 质量 厚度 拉伸强度 伸长 质量 厚度
硝酸 -6.5 +4.8 -0.002 +0.3 -4.4 -0.8 +0.018 +0.3
氢氧化钠 -3.2 +1.5 +0.26 0.00 +2.5 +6.3 +0.14 0.00
四氧化碳 +1.1 +1.5 +1.7 -0.016 +2.6 +0.3 +1.74 -0.014
甲苯 +4.1 0.00 +0.3 0.00 +3.2 +6.2 +0.4 0.00
冰酸醋 +6.2 +2.5 -0.002 -0.3 -2.2 +4.5 +0.04 -0.3
丙酮 +2.2 +4.2 +0.15 -4.1 +6.0 +4.0 +0.04 -3.0 2）聚四氟乙烯的透气性
聚四氟乙烯中氟原子的电负性强和体积大,使分子的运动受到阻碍,在高于熔点的温度下,流动性还是不好.所以成型后的聚四氟乙烯材料内含有微孔,有利于流体的透过,聚四氟乙烯薄膜对几种物质的透气性能见表1-2
表1-2 聚四氟乙烯薄膜的 透气性能
溶剂 g/(645.16cm2*24h*0.0254mm) 气体 g/(645.16cm2*24h*0.0254mm)
四氯化碳 0.1 空气 0.771
苯 0.2 氧气 1.50
无水酒精 无 氮气 0.49
水 0.2 二氧化碳 7.30
70%硝酸 0.43~0.47 氢气 0.264
37%盐酸 1.4~1.6
冰醋酸 0.28~0.37 （3） 热裂解
聚四氟乙烯在2000C以上开始有极微量的裂解,逐渐升温到它的熔点3270C,在这个温度范围内裂解仍然很少,每小时失重仅为2%左右.400OC以上裂解速度逐渐加快,C-C键开始发生显著裂解,分子量降低,分解产物主要是四氟乙烯、全氟丙烯和八氟环丁烯.在475OC以上,在真空中高于500OC时分解产物中有极少量剧毒的全氟异丁烯.聚四氟乙烯分解得到较纯的单体.大量聚合物裂解时,会形成蜡状脆性低分子物质,这了能是单体再聚合而形成的.在低温下单体和氧反应形成聚过氧化物—(CF2—CF2—O—O)X,该化合物极不稳定,能发生爆炸;在温室下,氧和单体的混合物也能发生爆炸.在空气中,聚四氟乙烯热分解主要形成有毒的炭基氧化物,它的燃烧值为4600kj/kg.
（4）热老化
聚四氟乙烯具有良好的热稳定性,而且不受氧气、臭氧和紫外光的影响,不易老化,表1-3~表1-6列出了聚四氟乙烯的力学性能、介电性能鱼热老化的关系.