可熔性聚四氟乙烯(PFA)的性能及其应用

沈 潮 程井动 郭玉玲 吴君毅

(上海三爱富新材料股份有限公司，上海 200241)

可熔性聚四氟乙烯(PFA)的性能
及其应用

沈 潮 程井动 郭玉玲 吴君毅

(上海三爱富新材料股份有限公司，上海 200241)

介绍了可熔性聚四氟乙烯(PFA)的结构和性能，详述了PFA的主要应用领域，指出增加PFA制品的品种以及对现有品种进行系列化将是今后我国PFA应用领域的重要研究方向。

可熔性聚四氟乙烯(PFA)；性能；应用

0 概述

四氟乙烯(TFE)与全氟丙基乙烯醚(PPVE)的共聚物，简称PFA,俗称可熔性聚四氟乙烯。它拥有优良的化学稳定性、物理机械性、电绝缘性、润滑性、不黏性、耐老化性、不燃性和热稳定性。与“塑料王”聚四氟乙烯(PTFE)相比，PFA最大的优点是可熔融加工，即可采用常规的热塑性树脂加工方法加工。另外，PFA在高温下的机械强度是普通PTFE的2倍左右。

PFA树脂首先由美国杜邦公司于1973 年开发成功，商品名为Teflon PFA。此后大金公司(Neoflon PFA)、旭硝子公司(Flon PFA)、3M公司(Dyneon PFA) 和苏威 (Solvay solexis)公司(Solef PFA)等先后开发成功。目前，世界上PFA树脂的主要生产厂家有杜邦、大金、旭硝子、3M和苏威公司，国内还未有厂家生产。

1 结构与性能

PFA为少量丙基全氟乙烯基醚(PPVE)与四氟乙烯(TFE)的共聚物。PFA中的共聚单体PPVE含量为1%～10%，少量PPVE的引入，有效抑制了PTFE的结晶过程，在赋予PFA良好机械加工性能的同时，保持了聚四氟乙烯优良的物理机械特性、电性能和化学性能等性能[1-3]，见表1和表2。

表1 PFA树脂的物理机械性能[4]

表2 PFA树脂的电性能

2 可熔性聚四氟乙烯(PFA)的应用

PFA不仅具有聚四氟乙烯(PTFE)出色的耐腐蚀性、耐热性、电绝缘性、自润滑性、不黏性、摩擦系数低、耐大气老化性等优异特性，而且可以通过常规加工工艺进行熔融加工。工业中，PFA常被作为防腐涂层、防老化涂层、特种过滤纤维、反应釜内衬、管材内衬、光缆外皮、宇航器材等，广泛应用于建筑、化工、机械、电气、航天、医疗等众多领域[5-7]。

2.1 在高温电线电缆方面的应用

PFA在室温下具有优良的电气绝缘性能。PFA制作的电线电缆绝缘层连续使用温度高，耐应力开裂性强，并且PFA能热熔融流动，成型制品内孔隙少，可以确保它具有稳定的电性能。因此，PFA广泛用于制造加热电线、安装线等电线主绝缘线、同轴电缆、多芯电缆护套、扁平电缆、绕包薄膜、硅片承载器、连接件、接线柱、支座、插口等。

1)同轴电缆

近年来，以手机、笔记本电脑为代表的消费类电子产品和通信、医疗、军事类电子产品的微型化发展趋势加快，性能要求不断提高，这些产品内的传输各种频率信号的带状电缆、柔性电路板等传统布线元件迅速被传输速率高、频带宽且抗电磁干扰强的极细同轴电缆取代。特别是20世纪90年代中期移动通信的普及，更是促进了极细同轴电缆的研发和规模生产[8]。

通常情况下，绝缘材料多选用具有优异的机械物理性能、耐高低温性能、电气性能和阻燃性能的氟塑料，如可熔性全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)等。其中PFA主要用于柔软性要求高或绝缘外径小于0.3 mm的极细同轴电缆，FEP主要用于柔软性要求低或绝缘外径大于0.3 mm的极细同轴电缆，绝缘型式多为实心结构。在医疗设备或工业机器人用电缆中，还会大量用到泡沫或泡沫皮绝缘结构以进一步减小电缆尺寸。一些尺寸相对较大的电缆，也采用PFA薄膜绕包，然后通过高温烧结而形成绝缘层。

能用于薄壁绝缘的高速挤塑PFA，应当具有较高的熔融指数和熔体延伸率。配用色母料应当与绝缘料有良好的相容性，其中的颜料或染料的颗粒直径应细腻而分散均匀，否则将导致挤塑时出模熔体锥有明显的“熔体坨”、且无法拉细到所要求的绝缘外径。

以PFA制造的同轴线缆具有优良的热稳定性、机械耐磨性和电绝缘性能，可抗强酸强碱、耐腐蚀、耐火不燃、氧指数高、低烟无卤、不老化。适用于电子机器、小型电器设备内部布线、对弯曲性能要求较高的场所,如手机、笔记本电脑、数字Video等。

2)加热电线

加热电线中的导体用电阻线。加热电线绕在列管外，通电后发热，比蒸汽加热列管容易保温，控制方便，操作简单又经济。PFA加热电线可直接用于较短管道的加热。长距离管道的加热，一般采用表面电流加热法(SECT)。SECT法的原理是交流电的表面效应在管道中的应用。电流在导体表面流过，特别对于磁性强的钢管，电流仅在钢管内壁深度 1 mm 处集中流动而使管道发热。

图1为发热钢管与管道示意图。发热钢管(SECT管)中SECT线的结构是在直径6 mm的导体外包覆3.5 mm厚的有机硅橡胶，再外包2层各厚 1.6 mm 的PFA，成为直径16 mm、长6 m的发热线。这种包线可加热至120～150 ℃温度，用来输送重油。

1.输液管 2.保温层 3.伴热电缆 4.伴热管

2.2 在防腐防酸碱、机械方面的应用

根据美国商务部的一篇报告,估计美国每年因腐蚀而报废的设备约占其钢铁年产量的40%，前苏联对自己的估计是30%,澳大利亚估计是20%。1974年世界钢产量是7亿多吨,如都以20%计算,则每年有一亿四千多万吨钢用于更换因腐蚀而损坏的设备。腐蚀造成的经济损失就更高了,美国每年高达150亿美元,占国民生产总值的1.25%。这一数字较之美国每年因水、火、风及地震等灾害的损失总和还要多26亿美元[9]。而由于合金、陶瓷、橡胶、玻璃等材料在性能上存在着某些缺陷，难以满足工业生产当中苛刻的温度、压力和化学介质共存的情况，然而PFA有良好的耐温、耐溶剂化学稳定性,成为了原子能、石油、化学和纺织工业等方面不可缺少的关键性的耐腐蚀材料，经常被用作半导体制造装置；热交换器、蒸气配管；高纯度试剂输送管；各种腐蚀性介质(苛刻溶剂)输送管道；复极式离子膜法烧碱生产中进出口挠性软管；各种频率电线电缆护套，槽绝缘管；全包氟塑胶O型密封圈用管等。

PFA的物理性能、电性能和化学性能与聚四氟乙烯类似。两者最主要的区别是PFA为可熔融加工的热塑性塑料。PFA管具有优异的耐应力开裂性和弯曲寿命，但是渗透性能不如PTFE。PFA管金属离子含量很低，并且在较高的温度下能够保持较强的机械强度和爆破压力。其化学纯度符合FDA要求，耐温高达260 ℃。由于PFA树脂有优良的高温强度、挠曲寿命和化学惰性，又有熔融加工性，所以可通过挤出、注塑、压模等加工方法将PFA树脂加工成各种制品：如管配件、泵、阀门、容器，贮槽的衬里，膜片、接头、波纹管、垫片、精馏塔填料等。

3.3 在其他方面的应用

利用PFA的不黏性作为静电复印机的轴承、脱模涂层及其他要求润滑性好的部件；利用其光学性能将PFA薄膜作为太阳能装置包覆材料；利用PFA树脂和PTFE的热熔黏结性，PFA树脂制成各种焊条以焊接PTFE板、管等。

3 结语

PFA成型制品的性能与PTFE、FEP等相比有许多优势,并且潜力巨大，可广泛应用于工业、农业、国防、生活等各个领域。国外根据PFA的不同用途及制品的加工特点,开发出各种品级的PFA,满足了现代人们个性化的需求。随着我国PFA应用领域的不断开发,增加PFA的品种以及对现有的品种进行系列化,将是今后我国科研技术工作者的一个重要研究方向。

[1] Ralph K, Helmut T. Perfluoro copolymers of tetrafluoro-ethylene and perflouro alkyl vinyl ethers: US, 6686426[P]. 2004-02-03.

[2] Kazutaka H, Tatsuro U, Shinichi Y. Modified polytetra-fluoroethylene fine powder and process for preparing the same: US, 6747108[P]. 2004-06-08.

[3] Klaus H, Ralph K, Friedrich K. Fluoropolymers from tetrafluoroethylene and perfluoro (alkoxyalkyl vinyl) ether: US, 7060772[P]. 2006-06-13.

[4] 邓凯. 含氟聚合物PTFE与PFA的技术分析[R]. 深圳琦富瑞电线电缆研究所, 2009.

[5] Vita G, Ajroldi G, Miani M. Process of making multifila-ment yarns of thermoplastic polymers basic on tetrafluoroethylene: US, 5618481[P]. 1997-04-08.

[6] Thomas J B, Lisa P, Chen R. Fluoropolymers resistant to stress cracking: US, 6984697[P]. 2006-01-10.

[7] Thomas J B, Denis D. High purity fluoropolymers: US, 714301[P]. 2006-12-12.

[8] 代康, 肖飚. 极细同轴电缆技术及标准简介[C] //第二届高品质射频电缆及组件技术研讨会论文集. 上海： 中国电子元件行业协会, 2011.

[9] 黄魁元. 国外金属腐蚀与防腐蚀有关资料介绍[J]. 陕西化工, 1979(2): 13-15.

Properties and Application of Perfluoroalkoxy Polymer

Shen Chao, Cheng Jinadong, Guo Yuling, Wu Junyi

(Shanghai 3F New Materials Co., Ltd., Shanghai 200241, China)

This paper introduces the properties and application of perfluoroalkoxy(PFA) and describes the main application fields of PFA in detail. Also points out that increasing the variety of PFA resins and serialized product will be the important research direction of the PFA application field in the future.

perfluoroalkoxy resins; properties; application

沈潮(1990—)，男，毕业于江苏大学材料学院，助理工程师，高级实验员。从事可熔性聚四氟乙烯(PFA)的研究与开发。