PTFE分散树脂的加工和应用

陈 越 韩桂芳 周鹏飞 刘长海 胡 珂

(山东东岳高分子材料有限公司，山东 淄博 256401)

0 前言

根据聚合方法的不同聚四氟乙烯(PTFE)可分为悬浮树脂、分散树脂和浓缩液。PTFE分散树脂是由四氟乙烯单体经过分散聚合反应而生成的高聚物，与悬浮树脂最大的区别就是分散树脂具有一定的成纤性，在剪切力作用下易于形成一定数量和质量的纤维。

根据在加工成型中所用模具压缩比的不同，分散树脂又分为低压缩比树脂、中压缩比树脂和高压缩比树脂。低压缩比树脂主要用于加工生料带、弹性带、纤维和微孔膜等，中压缩比树脂主要用于加工厚壁管、电线电缆等，高压缩比树脂主要用于加工薄壁管、电线电缆等。

1 PTFE分散树脂的成型加工方法

PTFE分散树脂具有成纤性的特点，这就决定了分散树脂所使用的加工方法既要保证有一定的剪切力使其形成纤维结构，又不能破坏其纤维结构。故不能使用类似螺旋挤出等方法，必须使用平行推进的剪切力使其成型，在加工中通过推压成型来实现。

推压成型[1]又称糊膏挤出成型，它利用PTFE分散树脂具有受剪切力作用易成纤维状的特性，先将树脂中混入一定的助挤剂后预压成坯体，再把预成型坯体加入具有一定锥角的模具制得纤维状物，最后除去助挤剂，经烧结成型便可获得一定形状和力学强度的推压制品。

利用推压成型工艺可以生产的产品有小口径棒、薄壁管、厚壁管、电线电缆、生料棒和推压半成品等。推压半成品再通过压延和拉伸工艺，可以制得多种PTFE多孔制品，如生料带、弹性带和双向拉伸膜和纤维等。

2 PTFE分散树脂在储存和加工中需要注意的问题

1)PTFE分散树脂的储存

分散树脂的加工原理是利用它在剪切力作用下易于纤维化的特点，但是为了得到性能均匀的制品，在加工成型前必须避免其产生纤维化，这就要求在运输、搬运以及储存过程中需要注意以下几点：1)必须尽量避免分散树脂颗粒受到挤压和碰撞，因为树脂颗粒在受到挤压力时，树脂中的微小纤维会在力的作用下被拉出树脂颗粒表面而导致树脂结团，不利于加工；2)19 ℃是PTFE树脂的一级结晶转变温度点，19 ℃以下时PTFE树脂的晶体为三斜晶系，19 ℃以上时由三斜晶系变为六边晶系，此时，树脂颗粒变得更加柔软，更易于纤维化，因此，树脂在加工前应储存于19 ℃以下环境中。

2)PTFE分散树脂的加工

为了得到性能均匀的制品，在分散树脂的加工过程中需要注意以下几点：1)树脂若有结团现象，应于19 ℃以下环境中存放一定时间后再过筛，并且树脂的混料及筛分也应在19 ℃ 以下的环境中进行；2)19 ℃树脂发生晶形转变时，会发生一定的膨胀，因此，在树脂加工使用前应将混料后的树脂放置于19 ℃以上环境中保温一定的时间，以避免在加工过程中由于晶形转变而产生微小的裂纹；3)为了得到不同透明度的制品，可以通过在加工过程中控制烧结后的冷却速率来达到。

3 PTFE分散树脂的应用及加工工艺

由于PTFE分散树脂不仅具有优异的化学稳定性、耐气候性、电性能和表面性能等，还具有其他PTFE树脂所不具备的成纤性特点，使得PTFE分散树脂广泛应用于军事、电子、化工、医药、力学、纺织、航天航空以及尖端科学技术部门等，并随着社会的发展，逐渐深入到人们的日常生活中，在社会进步和科学发展的过程中发挥着至关重要的作用。

PTFE分散树脂的制品可分为两大类：一是推压管，用作传输液体或气体压力的增强软管、发电机冷却水管、绝缘用毛细管、热交换管、热收缩管和电线电缆等；二是多孔制品，主要包括生料带、弹性带、双向拉伸膜和纤维等。

3.1 PTFE电线电缆

由于PTFE分散树脂具有优异的电气性能、低介电常数、高稳定性、低可燃性、优异的耐候性、良好的力学性能等，所以PTFE分散树脂可用于加工电线电缆[2-3]。PTFE电线电缆在石油化工、航天航空、汽车和家用等行业得到了广泛应用。

根据客户加工设备压缩比的不同，适用于加工电线电缆的树脂可以分为两大类：中压缩比分散树脂和高压缩比分散树脂，客户在使用过程中必须根据加工设备压缩比和电缆的规格选择适宜压缩比的PTFE分散树脂。

使用PTFE分散树脂加工电线电缆主要有两种工艺：一是将分散树脂与助挤剂、填料混合后，经推压烧结成型加工成电线电缆，这种方法在目前生产中应用比较多，优点在于可以形成一个厚度均匀、外表平整、光滑的封闭式的绝缘结构，缺点在于对设备要求高、加工工艺比较复杂；二是将分散树脂推压成型，然后压延成薄膜，作细径电线绝缘或电线护套绕包用。这种方法的优点是衰减常数小、电缆的温度相位稳定性和柔软性好，缺点是绝缘的外径均匀性和外表平整性不好、阻抗均匀性差、介质损耗高。为了提高在高频下的衰减系数，国外已开始使用微孔PTFE绝缘工艺，但国内目前还处于研究阶段。程欢[4]采用了整体拉伸微孔PTFE绝缘工艺研究了PTFE在射频同轴电缆制造中的应用，结果表明，应用整体拉伸微孔PTFE绝缘的电缆性能优异，完全满足实际使用要求，产品性能已接近国外先进水平。

3.2 PTFE微孔膜

PTFE微孔膜是高分子质量PTFE分散树脂与助挤剂制成的压延膜在一定温度下经单向或双向拉伸形成的具有纤维网络结构的膜材料。PTFE微孔膜不仅具有优异的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性，还具有出色的防水、防风、透湿、透气及电荷储存稳定性等特性，是一种在众多领域都具有应用前景的新型膜材料。PTFE微孔膜在防水透湿织物[5]、工业过滤[6]以及生物医用材料[7]方面都已经表现出优异的性能。

为了获得较高的孔隙率，一般使用高分子质量PTFE分散树脂来加工微孔膜，不过也有人研究用低分子质量树脂制备微孔膜，如宫香山[8]利用不同牌号的低分子质量PTFE树脂之间相容及表面张力间极微小差异，制备出具有两种结构的微孔膜。为了扩大PTFE微孔膜的应用领域，开始研究PTFE微孔膜的改性，如夏钟福[9]研究了充电后的PTFE正负极两类驻极体，结果表明，两类驻极体都表现出最好的电荷储存稳定性。刘鸣等[10]提出薄膜先吸附氢氧化铁胶体再聚合丙烯酸的改性方法，对PTFE微孔膜进行了亲水改性研究。

由于PTFE微孔膜的部分特性在某些领域限制了其发展，因此，对其进行适当改性，对扩大PTFE微孔膜的应用具有重要的作用。

3.3 PTFE纤维

PTFE纤维是以PTFE分散树脂为原料经膜裂或原纤化而制成的一种合成纤维，其品种有单丝[11]、复丝、短纤维[12]和膜裂纤维[13-14]。PTFE纤维的应用已经扩展到石油、化工、力学、电子电器、建筑和纺织等各个领域。

PTFE纤维的制造方法主要有两种：

1)挤压法[15-16]，挤压法是指将PTFE分散树脂通过糊膏挤出加工制成的纤维，基本工艺：分散树脂与助剂油混合均匀后，将糊膏挤出初级丝条，然后经去油、烧结和拉伸得到成品。此方法的优点是制备出的纤维强度较好，可以加工成各种颜色，并可以生产出超细长纤维，工艺相对简单；缺点是由于需要单根挤出，导致产率较低。挤压法所制得的纤维主要用来制作缝合线以及滤材的基布等，用于热电厂、焚烧垃圾厂以及医疗领域等。

2)膜裂法[17]，膜裂法是指通过将膜用力学的方式割裂制成纤维的方法，第一代膜裂丝采用悬浮树脂加工成车削薄膜，然后用刀片分切、拉伸而成，强度在0.5 g/d左右，单纤度200旦尼尔，束丝柔性很差；第二代膜裂丝采用悬浮树脂模压烧结后用旋转切割法形成初级丝条然后经拉伸而成，单纤度达100旦尼尔，但强度没有提高，由于该工艺生产的产品具有强度低、纤度大的缺点，不能使用在各种织物上，只能在密封填料行业使用；目前最前沿的是第三代PTFE纤维，是用分散树脂经糊膏挤出-膜裂而成，该工艺生产的产品强度达3.5 g/d，纤度更细(单纤度3旦尼尔左右)，优点是生产的纤维具有微孔结构、工艺流程简单、纤维强度高，缺点是制造的纤维较粗、细度不均匀、温度要求高、成本高，膜裂法的纤维可以应用在各种织物上，并大量应用在如垃圾焚烧、水泥厂和电厂等袋式除尘领域。

3.4 PTFE热交换管

由于传统金属换热器需要做防腐处理，并存在积灰、结垢和阻塞等问题。近几年，PTFE换热器[18]因为具有耐腐蚀、耐磨损、耐热性和耐弯曲性好等特点，逐渐受到了人们的青睐。

PTFE热交换管是将PTFE分散树脂与助挤剂混合后，经推压烧结成型而制得的不同规格的挤出管。虽然PTFE具有很多优点，但用它制作换热器时也存在一些问题，比如热性能差、冷流现象严重、表面粘结性差以及加工性能差等。为解决这些问题，人们对PTFE树脂进行了大量的改性研究。

目前，与换热器相关的PTFE分散树脂复合改性技术[19]主要包括表面改性、导热性能改进、力学性能改进以及加工性能改进等。导热性能改进主要是以PTFE为基体加入导热材料填充剂，从而改善 PTFE的导热性能，目前常用的导热填充剂有无机材料、金属材料、金属氧化物和有机材料4大类；力学性能改进常采用玻璃纤维、碳纤维和二硫化钼等无机填料。通过改性，PTFE材料的表面粘结性能、导热系数、力学强度和加工性能等都有了较大的改善，被广泛应用于工业余热回收[20]、污水源热泵、海水淡化、溴化锂吸收式制冷和制药轻工等领域，在腐蚀性、污染杂质多的环境中具有突出优势。

4 结语

随着社会的不断发展，PTFE分散树脂的应用领域将会逐渐扩大，加工技术的进步推动PTFE分散树脂的发展，PTFE分散树脂的发展又会带动加工技术的进步。市场的发展对PTFE树脂质量的要求越来越高，所以应在稳定现有产品质量的前提下，加快新产品的开发与研究，同时也应该加大制品加工成型技术的开发和应用。