氟树脂及其在行业中的应用董经博（浙江蓝天环保高科技股份有限公司，浙江杭州310023）文章编号:1006-4184（2010）01-0004-05摘要：主要介绍了氟树脂的性能及PVDF 、PFA 、ETFE 、PTFE 、e-PTFE 、FEP 、TFE 树脂在行业中的应用。

关键词：氟树脂；PVDF ；PFA ；ETFE ；PTFE ；e-PTFE ；FEP ；TFE收稿日期：2009-06-29作者简介：董经博（1979-），男，本科毕业。

从事氟树脂应用研究工作。

自1934年德国首先开发成功聚三氟氯乙烯（PCTFE ），1938年DuPont 公司开发成功聚四氟乙烯，并逐步工业化以来，氟树脂的种类一直在不断增加，应该领域不断扩大，迄今其身影已遍及航空、航天、石油、化工、机械、电子、建筑、农药、医药及生活材料等。

1氟树脂性能及种类氟树脂由含氟原子的单体通过均聚或共聚反应而得。

F 原子的电负性为4.0，范德华半径为1.35，C-F 键能为487.2kJ/mol ，C-F 键的极化率为0.68c-x ，再加之特殊的结构，使得氟树脂在耐热性、耐酸性、耐碱性、耐药品性、耐候性、疏水疏油性、耐玷污性、不粘性、生物体适应性、气体选择透过性、射线敏感性和低摩擦系数等方面有优良的表现。

使用中的氟树脂品种主要有：聚四氟乙烯（PTFE ）、聚三氟氯乙烯（PCTFE ）、聚偏氟乙烯（PVDF ）、聚氟乙烯（PVF ）、四氟乙烯－六氟丙稀共聚物（FEP ）、乙烯－三氟氯乙烯共聚物（ECTFE ）、乙烯－四氟乙烯共聚物（ETFE ）、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA ）、四氟乙烯－六氟乙烯－偏氟乙烯共聚物（THV ）和四氟乙烯-六氟丙烯-三氟乙烯共聚物（TFB ）等。

2氟树脂在行业中的应用情况2.1绿色能源二次锂离子电池是20世纪80年代末出现的绿色高能电池，具有电压高、容量大、自放电小、循环寿命长、绿色环保等优点，是国防工业、数码相机、手机、笔记本电脑、太空技术等领域近年来能源研究和开发的重点之一。

锂离子电池包括液体型锂离子电池（LIB ）和聚合物型锂离子电池（LIP ）。

在液体型锂离子电池中，PVDF 树脂主要用作阴阳两极电极活性物质的粘结剂；在聚合物型锂离子电池中，PVDF 改性树脂与锂盐、溶剂一起，被制成聚合物电解质膜。

PVDF 树脂由于碳链中的间个碳原子的氢原子被电负性为4.0的氟原子取代，氟原子相互排斥使得氟原子沿碳链呈螺旋状分布，所以碳链的四周被一系列性质稳定的氟原子包围，这种几乎无间隙的空间屏障使得任何原子或基团不可能进入其结构内部而破坏碳链，因而表现出极高的化学稳定性和热稳定性，这不仅使得PVDF 树脂具有足够的粘结强度，而且还使PVDF 树脂不易被氧化或还原。

同时，由于C-F 键的极化率极低，仅为0.68c-x ，因此PVDF 树脂还具有高度的绝缘性。

所以将PVDF 树脂应用于液体型锂离子电电池时，能够保证：（1）足够的粘结强度，以防止活性物质在集电器上脱落或在电池装配过程中裂化及被覆盖层从集电器上脱落或在反复充放电循环中裂化；A 。

（2）在操作电压范围内，不易被氧化或还原；（3）不溶于电解液的有机溶剂，但能溶于用作集电器表面的涂层；（4）少量用量即能提供足够的粘结强度。

此外，PVDF树脂价格合适，适合推广应用。

聚合物锂离子电池由阳极层、阴极层和两极之间的塑料电解质层组成。

电解质隔膜层的作用既要隔开正负两极，防止短路，也要保证锂离子的穿行，提供较高的电导率。

用作聚合物锂离子电池电解质膜的一般是PVDF改性树脂，如P（VDF-HFP）共聚物、PVDF-PEO交联聚合物等，它们不仅继承了PVDF树脂的热稳定性、耐腐蚀性、较大的介电常数和较高的机械强度等优点，而且克服了氟树脂溶解性和柔韧性差的缺点，是聚合物锂离子电池理想的电解质膜材料。

FEP薄膜透光率高、耐光性好，可用于太阳能收集器。

Tekno Term AB公司生产的高效率太阳能收集器中以FEP膜作为对流隔障，测试结果显示该种集能器能够保证一年内供应温度大于100℃的热水。

该集能器外层用高透光性的耐火玻璃制成，在此玻璃层下面配置FEP薄膜，由于FEP薄膜的透光率高达96％，所以能够让太阳光几乎全部透过的同时大大抑制反向热流。

收集在集能器上的热量可直接使用或积蓄在水下容器中。

根据Tekno Term AB公司的资料，此种集能器能够保证热量的损失<1.6w/m2。

镀铝或银的FEP薄膜可用于航天器外表面的温度控制系统，其金属镀层能够保证高太阳辐射率，而FEP薄膜层则吸收航天器的热辐射。

2.2医疗器材近年来，各种氟树脂制品不仅越来越普遍地应用于人体，在医疗设备中的应用范围也越来越广。

氟树脂，尤其是聚四氟乙烯及其改性树脂，由于具有明显的生物惰性和经专门处理后具备很强的成孔能力，能在活体中应用，大大排挤和替代了金属及其他材料在医疗领域的应用。

膨体聚四氟乙烯（expanded polytetrafluoroethylene,e-PTFE）是一种高分子材料，1969年由美国W.L.GORE公司生产并获PDA批准。

它由内在的聚四氟乙烯结构通过多方向的聚四氟乙烯纤维相连，平均纤维长度为22μm，化学性质稳定。

在膨化过程中产生多孔的超微结构，微孔直径平均为50μm。

具有一定直径、气孔特点和表面的微起伏能使得组织在聚合物结构中定向生长，而使器官或组织恢复失去的功能。

同时e-PTFE材料质地柔软，故植入机体后不会因重力作用而逐渐移位，对组织的局部压强小，从而更利于组织长入。

用e-PTFE制造的人造血管可起到类似于自然血管的功能，能用于治疗动脉粥样硬化和血管替代品。

缝接于血液循环系统的e-PTFE管可被细胞和组织所适应，它的内表面（血流面）被血纤维蛋白（处于血液中状如单体的生理聚合物）和由胶原蛋白生成的细胞覆盖。

血纤维蛋白和细胞渗透进替代血管的微孔中，牢牢地把血纤维蛋白的垫底层与替代物壁结合在一起，可避免血纤维蛋白产生层离而导致的血管堵塞。

E-PTFE还可用作结膜、鄂面外科和外伤等的骨组织替代品，一般用的、心血管的、整形用的、口腔用的外科膜以及外科用的腱膜等[4]。

E-PTFE与颞筋膜瓣一起可用于修复面部皮下软组织缺损及凹陷畸形。

此外，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）具有与PTFE相似的结构，是另一种具备生物相容性的材料，也被广泛地用作人体病理器官的代用品。

在口腔正畸治疗中，虽然直接粘接技术具有方便、快捷、舒适、美观的优点，但这并不能弥补多带环技术中易造成牙釉质脱矿的缺点。

氟化物具有抑制釉质脱矿和使脱矿釉质再矿化的作用，因此在复合树脂中加入氟化物（三氟化镱，氟铝硅酸盐或氟化钙）制成含氟树脂用于粘结托槽后，树脂中的氟化物释放入口腔，直接作用于牙齿表面，起到抑制托槽周围釉质脱矿的作用[3]。

在医疗器械领域，全氟聚合物（主要是PFA）主要用作内窥检查数据传输微型同轴电缆的绝缘和护套。

2.3建筑业在建筑业，氟树脂主要以薄膜、涂料、增强和复合材料的形式用作结构材料、特殊的地面施工材料、保护性涂装（不粘、抗腐蚀、耐候、不燃等）、工程和建筑物的美化装饰工程等。

正在使用的建筑氟树脂材料主要有：PTFE、PVDF、PVF、FEP、ETFE和TFB （四氟乙烯－六氟乙烯－三氟乙烯共聚物）。

与其他氟树脂相比，聚四氟乙烯（PTFE）具有优异的化学稳定性，低摩擦系数和合适的介电性能，且制品能在-269～260℃的温度范围内使用，广泛用于生产建筑上使用的零件和组件、轴承、密封材料、屋面材料及涂层。

一些建筑结构，如展览馆和体育馆的屋顶等，国外普遍采用涂有PTFE的玻璃布，这是因为此种材料具有优异的透光性（透光率达15%）、高机械强度、使用温度范围广（-50～120℃）和使用寿命长达20年的特性。

四氟乙烯－六氟丙烯共聚物（FEP）除了使用温度范围（-190～200℃）小于聚四氟乙烯外，几乎具备了PTFE的全部优点。

FEP最突出的优点是可以采用热塑性塑料传统方法来加工[5]。

FEP薄膜具有高透光性（97％）、不透蒸汽和不透水性、耐化学品性、耐候性和耐热性（在太阳能集热器中的最高温度可达200℃）、增强的力学性能和尺寸稳定性等特点，在建筑行业主要用作屋面材料和太阳能集热器。

在日本东京一些学校体育场馆的园顶结构采用FEP 薄膜后，其安装工期和成本均低于钢筋混凝土结构。

加拿大游泳馆采用集热器加温池水也取得很好效益。

并且FEP薄膜表面经专门处理后可用耐热胶把它们粘贴在金属（如碳钢、铝、铜等）和非金属材料表面制成一种很好的耐磨耐腐蚀表面的建筑用结构材料。

虽然ETFE制品的使用温度范围（-100～180℃）没有PTFE宽，耐热性、介电性、耐化学性和摩擦系数也没有PTFE好，但ETFE具有较高的机械强度和硬度，较好的大气稳定性和耐化学性，极高的可见光透光性，且使用寿命可长达15年以上，在建筑行业ETFE薄膜通常以气垫的形式用于建筑物（游泳池、休养所、暖棚等）和太阳能电池上。

虽然ETFE膜材价格较高，但由于非常轻，因为可以大大节省支承结构及基础工程的造价，就整个项目而言，利用ETFE气垫作屋盖较之传统透明材料（如玻璃），其初始投资仅为传统材料的65％～70％。

据悉2008年北京奥运会国家体育馆等场馆也采用ETFE膜材料[7]。

PVF薄膜由于具有不易沾染脏物、容易用水洗净和不被风化等优点，在建筑业上主要用作公共设施、工业建筑、楼房等外墙上的抗腐蚀防护层和美观装饰。

2.4半导体业自1969年日本人Kawai发现高分子材料聚偏氟乙烯（简称PVDF）具有极强的压电效应以来[11]，几十年来人们对PVDF薄膜的研究热情始终没有消退过。

PVDF是一种半结晶态高聚物，由重复单元（CH2CF2）n形成链状结构。

由于与碳原子相连的氟原子体积小、电负性大，再加之-CH2-是强偶极子，所以CF2沿电场力取向比较容易，分子链容易规整排列，因而可具有较高的结晶度（约50％～80％）。

PVDF至少有四种晶体结构，α、β、γ和δ，α型分子链呈螺旋结构，偶极反向平行，是非极性晶体；β型分子链呈平面锯齿结构，偶极同向平行排列是极性晶体；γ和δ型也是极性晶体，但极性小于β型。

在正常情况下，PVDF薄膜是没有极化的，但经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。

拉伸极化后的PVDF薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应，这就将压力信号转变成电信号，从而成为一种非常有用的压力传感器。

与常用的压电陶瓷和压电晶体相比，PVDF压电材料具有以下优点：（1）密度小，仅为1.78g/cm3，是压电陶瓷材料PZT的四分之一，高弹性，柔顺性好，可以加工成特定形状，易于与被测表面贴合，机械强度高，抗冲击；（2）输出电压高，在相同条件下，其输出电压比陶瓷材料高10倍；（3）介电强度高，为13，可以承受高达75V/um 的强电场，此时大部分的压电陶瓷已经退极化了；（4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz～109Hz均能转换机电效应，而且振动模式单纯；（6）抗化学和油性腐蚀，可加工成大面积和复杂形状的膜使用；（7）价格便宜因此，PVDF压电薄膜可制成音频换能器、机电换能器及器件、超声及水下换能器和红外及光学器件，具体应用见表1。