“塑料王”——聚四氟乙烯的改性及应用

“塑料王”——聚四氟乙烯的改性及应用

01

 引言

聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE）具有优异的化学稳定性、耐高温、耐腐蚀等特性，而广泛应用于电器、化工、航空、航 天、机械及生物医学等领域。。然 而，PTFE 制品应用于运动部件时极易磨损，从而导致其服役寿命减短，严重制约了其在相关领域的广泛应用。因此，改善 PTFE 耐磨性具有极其重要意义。

02

填充改性

为了提升 PTFE 综合性能，填充改性是一种较理想的改性方法。填充分为无机填充和有机填充，常见无机填充材料包括玻璃纤维 ( GF) 、Cu、SiO2 等;有机填充材料包括聚醚醚酮 ( PEEK) 、聚 酰 亚 胺( PI) 、γ－邻苯二甲酰亚氨基－α－羟基丁酸 ( PHBA) 、氟化乙烯丙烯共聚物 ( FEP) 等。

03

表面改性

(1)   表面化学改性：Song 等利用 DA 溶液 ( 多巴胺溶解于盐酸羟甲基氨基甲烷缓冲液中制得) 来改性 PTFE 膜。

(2)   表面物理改性：Ma 等采用太阳辐射模拟器对 PTFE 块体和薄膜样品进行辐射试验，并研究了辐射前后样品的润湿性及摩擦学性能。

      Sarani 等利用 Ar 和 Ar+CO2等离子体对 PTFE进行表面改性，结果发现等离子体改性时间会对PTFE 化学组成和形态产生影响。

       类金刚石碳 ( DLC) 膜具有高硬度、低摩擦磨损等特性，是保护材料表面的理想涂层。据报道，DLC 膜可用于聚合物材料表面改性。

04

应用

       随着我国经济的持续发展，氟塑料制品的应用不断拓展，近年来，PTFE 制品在环保、医学和 5G 通讯等高端领域的应用得到了广泛的关注和研究。

       (1)膨体聚四氟乙烯缩写为 e － PTFE，是 PTFE 分散树脂通过一定的生产加工工艺膨胀为一种多孔、低密度且高韧性的材料，如膨体微孔膜、膨体管和膨体纤维等。20 世纪 60 年代末，美国 Gore 公司首先采用机械拉伸方式开发出膨体聚四氟乙烯薄膜，产品名称为 GORE－TEX，它具有结点和纤维组成的网状结构

       膨体 PTFE 虽然在结构上发生了变化，但仍然保持 PTFE 的优良化学性能，同时还扩大了使用温度范围，提高了力学强度并增加了一些新的特性，如抗蠕变性能提高、膨胀系数减小，具有了多孔性、透气性、疏水性及极高的韧性。

      膨体聚四氟乙烯具有良好的生物相容性，几乎不与任何物质发生反应，且惰性极强、无毒、无致敏和无致癌等副作用，不会对人体产生伤害，已逐渐发展成一种重要的生物功能材料。e-PTFE 具有特殊的微孔结构，人体组织细胞、血管可在其微孔中生长并形成组织连接，连接后的组织接近自体组织，这种组织生长愈合的方式，从医学角度来看比传统的硅橡胶纤维包裹的组织愈合方式更为优越。目前，e-PTFE 已被成功应用于美容整形、人造血管、心脏瓣膜和消除肺部残腔等方面。

05

结论与展望

由于分子结构的特殊性，PTFE 具有优异的化学惰性和热学稳定性。然而，在实际应用方面其仍然存在局限性，所以适当改性是改善其性能的有效手段。填充改性方法已经比较广泛，但是其他方法还存在一定问题需要进一步探究:1) 表面化学改性处理 PTFE 表面时效果较好，但是容易污染环境，所以在选择溶液时，达到目的的同时一定要将不利影响降到最低。2) 辐射改性虽然操作简单，但是容易对 PTFE基体造成损害，影响其力学性能。3) PTFE 表面薄膜改性已广泛应用于医学领域，但在摩擦领域特别是其耐磨性方面仍有待提高。