供應(yīng)ptfe纖維為結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的非極性線性高分子,無(wú)支鏈,大分子鏈呈螺旋形結(jié)構(gòu),而非像C、H分子鏈一樣的鋸齒形。其主鏈上的碳原子被氟原子緊密地包圍著,分子鏈難以遭到破壞;側(cè)向全部為穩(wěn)定的C—F鍵,鍵能很高,不易被破壞。PTFE分子的偶極矩極小,表面自由能和吸引力很低。
由于具有內(nèi)在的穩(wěn)定性、鏈結(jié)構(gòu)的不活潑性等多種特性,PTFE纖維對(duì)于高溫和化學(xué)作用的綜合影響具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力。
由于PTFE的特殊分子結(jié)構(gòu),其取向度和熱穩(wěn)定性非常好,可長(zhǎng)期在-250-260℃下使用,短時(shí)使用溫度可達(dá)300℃。且使用時(shí)允許溫度波動(dòng)、突變,且低溫時(shí)不變脆。同時(shí)其抗老化能力極佳,對(duì)紫外線穩(wěn)定,室外暴露15年后纖維力學(xué)性能未發(fā)生顯著變化。此外PTFE纖維抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿以及強(qiáng)氧化性物質(zhì),化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,僅芳烴和鹵化胺有輕微溶脹以外,其他有機(jī)溶劑對(duì)其無(wú)作用。另外,由于其表面能較低,其疏水性也相當(dāng)出色,與水的接觸角約為120°,通過后整理工藝可以用于自清潔材料。除此之外,由于氟原子帶來(lái)的化學(xué)穩(wěn)定性和超高電負(fù)性,其阻燃性、粘附性、潤(rùn)滑性也相當(dāng)優(yōu)異,摩擦系數(shù)比大部分化學(xué)纖維低,是一種性能優(yōu)秀的高性能材料。
將PTFE進(jìn)行紡絲后,其縱向和橫截面的SEM圖如圖所示。纖維的縱向表面有很多溝槽,增大了纖維的表面積,一些纖維的表面有很多分枝,纖維的橫截面是片狀,不規(guī)則的,有粗糙的邊緣,這是由于膜裂法形成的,是在纖維的紡紗過程中增大纖維之間的抱合力。
四氟乙烯的生產(chǎn)原料是氟礦石(氟化鈣)(用來(lái)制備HF)和三氯甲烷。無(wú)水HF和三氯甲烷反應(yīng)得到二氟一氯甲烷,該氣體在-41℃沸騰并在600℃-800℃高溫下分解得到四氟乙烯。四氟乙烯單體在高溫高壓及引發(fā)劑等作用下聚合而成聚四氟乙烯,工業(yè)生產(chǎn)中主要采用懸浮聚合或乳液聚合的方式。
由于聚四氟乙烯的表面能較低,故其難溶于大多數(shù)溶劑,熔體粘度比較大,不能通過常規(guī)的溶液紡絲或者熔體紡絲法制備?,F(xiàn)在主要采用的是載體紡絲法、糊狀擠壓法、膜裂法和氣流噴射法,等等。
載體紡絲法是制備PTFE纖維常用的方法,它是借助成纖性聚合物,如黏膠、PVA等為載體進(jìn)行紡絲,然后在高溫下燒結(jié),使載體炭化,從而去除成纖聚合物的目的。一般視載體分類可分為干法紡絲和濕法紡絲。載體紡絲法工序簡(jiǎn)單,纖維線密度較為均勻,但是濕法紡絲載體用量大且紡絲原液不夠穩(wěn)定,干法紡絲燒結(jié)過程中較為耗能。
糊狀擠壓法是杜邦公司在其專利公開的方法。它將PTFE粉末與某種易揮發(fā)的潤(rùn)滑物質(zhì)調(diào)成糊狀物,通過噴絲頭擠壓紡絲,然后干燥、燒結(jié),使得潤(rùn)滑劑揮發(fā),拉伸后得到非均勻的白色帶條紗,所得纖維無(wú)確切的纖度,一般較粗,但是斷裂強(qiáng)度較高。
膜裂紡絲法是將PTFE粉末與潤(rùn)滑劑混合均勻后,加工成圓柱形胚體,之后壓延成薄膜,再經(jīng)過切割工藝得到一定寬度的窄條,之后進(jìn)行拉伸、燒結(jié)等工序得到PTFE纖維。該法制備的纖維纖度不夠均勻,可經(jīng)過切斷工序獲得短纖,用于加工針刺氈產(chǎn)品。該法對(duì)加工溫度要求較高,但是工藝簡(jiǎn)單成熟,無(wú)污染,已用于大規(guī)模生產(chǎn)。
氣流噴射法是2006年提出的制備方法,是將PTFE固體顆粒置入噴絲孔,并在高壓下通過高溫惰性氣體氣流(氮?dú)饣蛘邭鍤猓?,在氣流噴射下在孔?nèi)形成3mm-5mm長(zhǎng)的直徑,從亞微米到幾微米的平行的多根PTFE微米纖維,通過調(diào)節(jié)氣壓和溫度使得纖維表面形成納米級(jí)的孔洞。
由于PTFE纖維耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性較好,可利用PTFE短纖開發(fā)過濾材料(例如:與玻纖復(fù)合),且非常適合用于高溫高濕粉塵、耐腐蝕氣體的過濾。其具有良好的低摩擦性,表面光滑易清灰,運(yùn)行阻力低,且其耐溫性、絕緣性和隔溫性保證了其較長(zhǎng)的使用壽命。此外,也可以將PTFE長(zhǎng)絲經(jīng)過加捻、整經(jīng)和織造等工藝制備成微孔薄膜,將其與離子交換樹脂復(fù)合,可在污水處理、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮其作用。
由于PTFE耐紫外線,且其力學(xué)、隔溫性能較好,可將其與芳綸或者錦綸復(fù)合,制備宇航服中的隔熱層、防撕裂層。
在建筑上,可利用PTFE纖維制成膜結(jié)構(gòu)建筑材料,它具有良好的透光性,可降低照明及空調(diào)費(fèi)用。其表面摩擦系數(shù)低,不易積灰,輕量耐震不燃,能有效保障建筑安全,對(duì)大構(gòu)架屋頂?shù)慕ㄖて诳梢钥s短一半左右。
由于PTFE化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,無(wú)毒,且有較好的生理相容性,不會(huì)引起人體的的排異性,且消毒方便,故其可以用于制造手術(shù)縫合線,人體的軟組織,例如人工血管、心臟等。其抗微生物、撓曲壽命長(zhǎng)以及回潮率幾乎為0等優(yōu)點(diǎn),使得其在生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展。