聚四氟乙烯未燒結帶的分類及應用

李 棟邊巍巍

（1.天津市天塑科技集團有限公司技術中心，天津300350；2.天津市口腔醫(yī)院，天津300041）

聚四氟乙烯未燒結帶的分類及應用

李 棟1邊巍巍2

（1.天津市天塑科技集團有限公司技術中心，天津300350；2.天津市口腔醫(yī)院，天津300041）

介紹了聚四氟乙烯分散樹脂及未燒結帶的特點，綜述了聚四氟乙烯未燒結帶的分類和應用，指出了其存在的問題，并對未來的發(fā)展進行了展望。

聚四氟乙烯；未燒結帶；分散樹脂

0 前言

聚四氟乙烯（PTFE）是一種具有優(yōu)異綜合性能的特種工程塑料，有“塑料王”的美譽。聚四氟乙烯結構式為（CF2CF2）n，在聚四氟乙烯分子中，CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子的范德瓦爾斯半徑比氫原子稍大，原子之間范德瓦爾斯作用力較大，產生較強的排斥力，所以相鄰的單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的構象。由于氟原子具有合適的原子半徑，使每一個氟原子恰好能與間隔的碳原子上的氟原子緊靠，這樣的構象使氟原子能包圍在碳－碳主鏈周圍，形成一個低表面能的保護層。氟原子保護著易受侵蝕的碳原子鏈，使聚四氟乙烯具有各種優(yōu)異的性能：寬廣的使用溫度（長期使用溫度－180～250℃）、高度的化學穩(wěn)定性、卓越的電絕緣性、理想的防黏性、優(yōu)秀的自潤滑性、長期的耐大氣老化性、良好的不燃性和適中的機械強度等。目前，聚四氟乙烯材料已廣泛應用于航空航天、國防軍備、石油化工、電子電器、交通運輸、機械、能源、建筑、紡織、食品、醫(yī)藥等諸多領域［1］。

1 聚四氟乙烯分散樹脂及未燒結帶特點

1.1 聚四氟乙烯分散樹脂特點

聚四氟乙烯分散樹脂是四氟乙烯（TFE）單體在加有分散劑的水中，通過分散聚合工藝首先生成0.1～0.4μm的初級粒子，再凝集成幾百μm的細粉顆粒。這種細粉顆粒是由纖維線團組成，在機械力作用下可拉伸成極細的絲，這一過程被稱為纖維化。由于聚四氟乙烯分散樹脂具有這樣的成纖性，在剪切力作用下，分散樹脂顆粒之間可形成具有相當強度的絲網結構，這一特性賦予了聚四氟乙烯分散樹脂獨特的加工方式和制品用途［2－3］。

1.2 聚四氟乙烯未燒結帶特點

聚四氟乙烯未燒結帶是指未經過燒結步驟的一類膜帶制品，由聚四氟乙烯分散樹脂制備。聚四氟乙烯分散樹脂添加助擠劑后，經過預成型、糊膏擠出、壓延、烘干、拉伸、定型等步驟制備出未燒結帶。與燒結后的聚四氟乙烯相比，未燒結帶的密度較低，柔軟性好，易于與其他材料通過纏繞等方式結合，可直接使用或作為制備下一步制品的中間產品。

2 聚四氟乙烯未燒結帶的分類及應用

2.1 螺紋密封用未燒結帶（生料帶）

聚四氟乙烯螺紋密封用未燒結帶又稱生料帶、密封帶、止瀉帶，由美國杜邦公司于1961年首先研制成功，在美國標準ASTM－D－6585［4］中被歸類為Ⅰ型帶，厚度一般為0.05～0.2 mm，表觀密度一般為0.25～1.6 g／cm3。

聚四氟乙烯螺紋密封未燒結帶的主要制備步驟如圖1所示。

圖1 聚四氟乙烯螺紋密封帶制備步驟

聚四氟乙烯螺紋密封帶利用聚四氟乙烯分散樹脂在外力作用下可產生剩余形變的特性，主要用于各種輸送強氧化、強腐蝕性介質管道螺紋絲口的氣液密封，現在已成為化工、建筑等領域常用的材料。我國從20世紀六七十年代開始研究聚四氟乙烯螺紋密封帶的加工，目前已成為全球最大的產品供應國，產品產能超過全球產能的一半。

2.2 低介質損耗射頻同軸線纜用聚四氟乙烯未燒結帶（低介損帶）

聚四氟乙烯低介損帶在美國標準ASTMD－6585［4］中被歸類為Ⅱ型帶，厚度一般為0.0502～0.254 mm，密度一般為0.6～0.8 g／cm3。

聚四氟乙烯低介損帶主要用于高品質射頻同軸線纜的制備。射頻同軸線纜廣泛應用于廣播、電視、雷達、導航、儀表等領域，用作設備內外信號傳輸。射頻同軸線纜內導體與外導體處于同心位置，電磁能量局限在內外導體之間的介質內傳播，因此，具有衰減小、屏蔽性能高、使用頻帶寬及性能穩(wěn)定等優(yōu)點。射頻同軸線纜內外導體間的絕緣介質是決定線纜性能的關鍵，該層絕緣介質需要具備一定的絕緣能力、較低的介電常數、較小的介電損耗、性能穩(wěn)定、壽命長等特點。聚四氟乙烯的介電常數和介電損耗都很低，而且受溫度及頻率的影響很小，非常適合充當內外導體間的絕緣介質。目前，較為高端的射頻同軸線纜基本采用聚四氟乙烯作為絕緣層。

2.3 包覆成型用聚四氟乙烯未燒結帶（繞包帶）

聚四氟乙烯繞包帶在美國標準ASTM－D－6585［4］中被歸類為Ⅲ型帶，厚度一般為0.05～0.508 mm（常用厚度為0.05～0.15 mm），密度一般為1.5～1.7 g／cm3。

聚四氟乙烯繞包帶主要應用于絕緣、防腐等領域，用于制備各種特種耐溫線纜（如小截面航空航天線纜、海底線纜、核級線纜、軍工線纜、超高壓線纜等）的絕緣層、化工管道防腐蝕襯層以及其他制品的潤滑防黏層和耐候層。由聚四氟乙烯繞包帶所制備的線纜可在－150～260℃溫度范圍內長期使用。

2.4 金屬纏繞墊用聚四氟乙烯未燒結帶（纏繞帶）

聚四氟乙烯纏繞帶是以密封為主要用途的未燒結帶［5］，厚度一般為0.4～0.8 mm，密度大于1.5 g／cm3。

聚四氟乙烯纏繞帶主要應用于制備金屬纏繞墊，所制備的纏繞墊在高溫、深冷或冷熱頻繁交變、強腐蝕介質等惡劣工況條件下，用作閥門、泵、換熱器、塔、人孔、手孔等法蘭連接處理想的靜密封部件。

2.5 接觸面密封用聚四氟乙烯未燒結帶（彈性帶）

聚四氟乙烯彈性帶也是以密封為主要用途的未燒結帶，制備方法與螺紋密封帶基本相同，但是彈性帶的厚度較厚，厚度一般為0.5～10 mm，密度一般為0.6～1.2 g／cm3。

聚四氟乙烯彈性帶主要適用于中低壓力下，各種搪瓷襯里、玻璃襯里、塑料襯里、橡膠襯里、石墨襯里及不銹鋼、鈦鋼的塔、熱交換器、反應釜、各種管道和管道配件等法蘭面及異形接觸面的密封，尤其適用于表面加工精度較差、不平整區(qū)域較大、形狀不規(guī)則、螺栓緊固力不易用足或不宜過大的大口徑設備的法蘭面密封，以及強腐蝕介質和不能被絲毫污染的流體密封。

2.6 雙向拉伸帶

聚四氟乙烯雙向拉伸帶又稱雙拉膜、微孔膜，它于20世紀70年代后期首先由美國W.L.Gore公司研制開發(fā)成功。

聚四氟乙烯雙向拉伸帶的制備步驟如圖2所示。

圖2 聚四氟乙烯雙向拉伸帶制備步驟

聚四氟乙烯分散樹脂的結晶呈折疊鏈排列，在一定溫度和拉伸力作用下，折疊著的分子鏈被拉開成纖維狀結構，纖維狀分子鏈相交成為纖維的結點，纖維與結點之間的空隙就是微孔［6］。不同尺寸的微孔孔徑和聚四氟乙烯優(yōu)異的綜合性能賦予了聚四氟乙烯雙向拉伸帶強大的氣液分離和氣固分離能力。依托這種能力，聚四氟乙烯雙向拉伸帶在環(huán)保、防護、化工、食品、生物、醫(yī)學、特種服裝等行業(yè)的富集、提純、分離、凈化等方面擁有巨大的市場潛力。

在環(huán)保領域，隨著我國大氣和水污染的不斷加劇，在防污減排的壓力下，各行業(yè)對過濾分離材料性能的要求越來越高。在工業(yè)除塵方面，與傳統(tǒng)的濾料相比，以聚四氟乙烯雙向拉伸帶為濾料制備的除塵設備具有過濾效率高、壓力損失低、清灰周期長、清灰時間短等優(yōu)點，可大大降低電能消耗，該類除塵設備主要可應用于電力、鋼鐵、水泥、供熱、垃圾焚燒等企業(yè)，用作工業(yè)窯爐中高溫氣體的除塵；在水處理方面，采用聚四氟乙烯雙向拉伸帶制備的水處理設備可處理含有多種復雜成分和油污的污水、廢水，主要應用于油田、化工廠、藥廠、試劑廠等企業(yè)的污廢水處理。

在建筑領域，聚四氟乙烯雙向拉伸帶由于具有阻燃性好、膜材強度高、彈性模量較低，有利于形成復雜曲面、使用溫度范圍廣且耐老化、表面能低、自清潔性好、透聲性能優(yōu)異、透光率高達13%、熱能反射率達73%且熱吸收量很少等諸多優(yōu)異性能，可作為建筑采光頂用膜材料。國家體育場“鳥巢”共使用了約5.3萬m2的聚四氟乙烯雙向拉伸帶，這層聚四氟乙烯雙向拉伸帶不僅有效弱化了陽光下鋼結構形成的巨大陰影，使“鳥巢”的整體美學效果趨于完美，而且很好地改善和調控了“鳥巢”內的聲學效果［7］。

在高端服裝領域，由于聚四氟乙烯雙向拉伸帶擁有獨特的微孔結構，它具有非常優(yōu)異的防水透濕性能，防水透濕性是指服裝面料在一定壓力的水作用下，不被水滲透，而人散發(fā)的汗液蒸汽可通過該層面料擴散到外界，不在體表和面料之間聚集［8］。除防水透濕性外，聚四氟乙烯雙向拉伸帶還具有卓越的防風、保暖及防核生化性能?；谥T多優(yōu)異性能，聚四氟乙烯雙向拉伸帶已被廣泛應用于高端特種服裝領域，如高檔的風衣、夾克、登山裝、滑雪裝、帽子、鞋材、防護服等［9－10］。

在臨床醫(yī)學領域，聚四氟乙烯雙向拉伸帶具有非常優(yōu)異的生物相容性、化學穩(wěn)定性及柔韌性，近年來成為重要的生物功能材料。目前，聚四氟乙烯雙向拉伸帶已廣泛用作促進人體病理和創(chuàng)傷組織或器官恢復、促進骨折愈合以及燙（燒）傷治療的功能膜。田田［11］采用聚四氟乙烯雙向拉伸帶作為創(chuàng)面覆蓋材料，結果表明，聚四氟乙烯雙向拉伸帶引起的炎性反應及異物反應較小，置于受損創(chuàng)面上未見不良反應，可以將其作為創(chuàng)面覆蓋材料。王新木［12］等將聚四氟乙烯雙向拉伸帶應用于牙即刻種植體，臨床實驗表明，聚四氟乙烯雙向拉伸帶具有良好的骨再生效果。

除上述領域，聚四氟乙烯微濾膜在飲用水處理、海水淡化水前處理、化學試劑純化、特種分析檢測、軍用雷達天線等領域都有非常廣闊的應用前景。

3 結語

聚四氟乙烯未燒結帶是一類重要的特種高分子產品，其應用涉及軍事工業(yè)和民用的諸多領域。我國是聚四氟乙烯未燒結帶產品的生產和消費大國。近年來，隨著經濟的增長，未燒結帶產品的需求量逐年遞增。目前在螺紋密封帶等較低端產品方面，我國產品已經基本占領市場，但是在高端產品（高檔繞包帶、低介損帶、雙向拉伸帶等）方面，我們在原料、設備及工藝等方面與西方發(fā)達國家仍然有較大差距。我國相關企業(yè)應加強與高校及科研院所的合作，大力發(fā)展相關技術，提高自主研發(fā)水平，盡快替代進口產品，保障我國相關產業(yè)快速發(fā)展。

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Classification and Application of Unsintered Extruded Polytetrafluoroethylene Tape

Li Dong1，Bian Weiwei2
（1.Tianjin Tiansu Science＆Technology Group Co.，Ltd.，Technical Center，Tianjin 300350，China；
2.Tianjin Stomatological Hospital，Tianjin 300041，China）

The characteristic of the polytetrafluoroethylene dispersing resin and unsintered extruded tape were introduced.The classification and application of the unsintered extruded polytetrafluoroethylene tape were reviewed.points out the existing problems，and for the future developmentwas prospected.

polytetrafluoroethylene；unsintered extruded tape；dispersing resin

李棟（1981—），男，研究生。從事聚四氟乙烯及其他氟塑料加工改性工作。