一文了解四种氟塑料：PTFE、ETFE、FEP、PFA

氟塑料的历史开始于1934年，由德国 I.G.Farbenindustrie 公司的 F.Schloffer 与 O.Scherer 发明了聚三氟氯乙烯（PCTFE），之后杜邦公司普兰科特（Plunkett）的博士于在1938年发明聚四氟乙烯（PTFE），开启含氟聚合物研究应用之先河。

在此之后，随着市场需求的增长和科学技术的进步，各种氟塑料先后被发明出来。

1955年，偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物（VDF-CTFE）被发明；1960年前后，聚氟乙烯（PVF），聚偏氟乙烯（PVDF）以及乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）相继被发明；20世纪 70年代，全氟磺酸树脂（XR树脂）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）、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）先后被创造。

因为氟塑料中含有氟原子，所以具有较多优异的性能，比如说卓越的阻燃性能、稳定性，优良的电绝缘性能、机械性能，高超的耐热性，突出的耐油性、耐溶剂和耐磨性能，良好的耐湿性和耐低温性等优异性能。

得益于这些优异的化学、物理以及热学性能，氟塑料被广泛应用于国防军工、航空航天、半导体、电子电气、建筑、医疗、汽车、机电、冶金、石油化工等领域，是现代科技不可缺少的材料。

我们来了解一下PTFE，ETFE，PVDF，FEP，PFA这几种常见的氟塑料。

1、PTFE（聚四氟乙烯）

聚四氟乙烯简写为PTFE，是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物。PTFE这种物质是一种超强的材料。

PTFE十分耐寒，在-196℃的液氮中也能够有良好的机械韧性，并且还能够保持5%的伸长率，甚至其还能承受-268.785℃的液氦。

同时，它特别耐腐蚀，对大多数化学药品和溶剂都表现出惰性。特别难被浸湿，在水中浸泡一年，也不会膨胀，重量也不会增加；具有良好的润滑性，是固体材料中摩擦系数最低的，也是表面张力最小的，不粘附任何物质；介电性能特别好，可以抵抗1500伏高压电，在电器中可以用作很好的绝缘材料；其无毒无害，具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内没有不良反应。PTFE这些性能让它具有“塑料王”的称号。

也正因有这些性能，PTFE的用途十分广泛。常被用做连接线、同轴电缆等，尤其是在高频无线电领域。结合其高熔点的特征，PTFE成为了聚乙烯的高性能替代品。加上其极低的摩擦系数，常被用来制作滑动轴承，齿轮，滑板，密封，垫圈，衬套，甚至是润滑剂，有效减少机械摩擦，能够提升能量利用率。

在第二次世界大战中，PTFE以其优异的性能被列为军需品，随着化学工业发展到较高水平后，成为产量最大、消费增长最快的氟树脂品种。

PTFE除常用在消费工业领域外，在我们的日常生活当中，也能够看到PTFE身影。

比如我们常见的不粘锅，其表面就是涂了一层PTFE，还有冲锋衣。冲锋衣以前用PU、PVC等涂层织物虽然能够防水保暖，但是无法把汗气排到服装外界，会让人觉得比较闷。而PTFE膜可让人体干爽舒适，被称为“可呼吸的面料”。用PTFE制成的衣服能通过水蒸气，而水滴不能通过，防水透湿，并且风也不能透过，从而又防风保暖。

PTFE除了能制成冲锋衣外，亦可制成军队服装、消防、防毒等各种特种防护服、鞋、帽、雨具、口罩等。PTFE微孔膜还可用于化工、钢铁、发电、垃圾焚烧等各种工业熔炉的烟气过滤。

此外，PTFE还被应用于5G领域，其在高频覆铜板、射频线缆、基站天线滤波器中有应用外，还作为绝缘介质被应用于5G领域的各种连接器当中。

不过PTFE虽然性质好，应用广泛，但是这世界上没有十全十美的东西，也没有什么材料能够适用于所有场景，PTFE亦是如此。PTFE作为一种熔点极高的氟材料不能熔融加工。其与设备金属无法很好地结合，部分物理性能，如机械强度等不足造成了PTFE在防腐领域应用不多。

而ETFE由于很好地继承了 PTFE优异的耐化学和腐蚀性能，同时其对金属的附着性能很好，膨胀系数也比较接近碳钢，可熔融加工，目前成为了和金属复合的理想材料。

2、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)

不同于PTFE的诞生源于偶然，ETFE的诞生，目的性很强。1970年，美国为保护太空飞船跟宇航员不受宇宙辐射的侵害，美国太空总署跟杜邦公司改变PTFE的化学结构，研发创造出四氟乙烯（ETFE）这种物质。

因为是在PTFE的基础上创造出来的物质，所以ETFE在保持了PTFE良好的耐热、耐化学性能，和电绝缘性能的同时，耐辐射跟机械性能都有了很大程度改善，其拉伸强度是PTFE的两倍，接近50Mpa，因而ETFE被称为是最强韧的氟塑料。由于ETFE膜材的重量只有玻璃的1%，透明度胜过玻璃，可以透过更多的光线，作为太空时代的产物，又是一种绝佳的隔热材料，加上比玻璃更有弹性，于是又被大家称为“软玻璃”。

总之，简单概括一下ETFE的特点，主要有这三方面：

一是金属的理想复合材料。ETFE具有PTFE的耐腐蚀特性，同时又有对金属特有的较强粘着特性，克服了PTFE对金属的不粘合性缺陷，加之其平均线膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，使得ETFE成为和金属的理想复合材料，具有极优良的耐负压特性。

二是建筑师最喜欢的高分子材料。ETFE薄膜防火等级可达到B1、DIN4102防火等级标准，燃烧时也不会滴落，质量轻、透光率高达95%,韧性好、抗拉强度高、具有自清洁功能，加上环保并且使用寿命长等这些特性。因而常被用来做各种建筑物的薄膜，比如英国的“伊甸园”，北京的“水立方”，慕尼黑的安联体育场等等，都贴的是ETFE膜。

三是易加工。氟材料ETFE的易加工性能使ETFE既可以加工成板材衬于管道内壁或做成密封材料，也可以做成粉末涂料喷涂在设备及管道的内壁做成防腐涂层。其防腐涂层的优点是涂层硬且薄、密封性好、防腐寿命长，可达3年左右。

ETFE因其优异的性能，市场对其需求也在日益增大。不过，还是那句话，任何事物都是没有十全十美的，虽然ETFE的物理性能跟化学性能在很多方面都很优异，但在有一些方面还是有着欠缺的，例如ETFE熔点和使用温度比PTFE低很多。

3、FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）

FEP是全氟乙烯丙烯共聚物的简称，是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的，六氟丙烯的含量约为15%左右，是聚四氟乙烯的改性材料。

PTFE为线性高分子、结构对称，FEP为支链型高分子，故FEP的结晶性没有PTFE高，加工性能要比PTFE好，熔点较之更低。

此外FEP是一种软性塑料，其拉伸强度、耐磨性、抗蠕变性低于许多工程塑料。它是化学惰性的，在很宽的温度范围内具有较低的介电常数（2.1）。该材料不引燃，可阻止火焰的扩散。能在负八十五摄氏度至两百摄氏度的温度范围内连续使用，即使在负两百摄氏度和二百六十摄氏度的极限情况下，其性能也不会恶化，可以短时间使用。总之，FEP具有类似聚四氟乙烯（PTFE）的优良性能，同时具有热塑成型的特点，用刚柔并济来形容是非常的形象生动。

其化学性质跟物理性质决定了其用途，FEP主要用于制作管和化学设备的内衬、滚筒的面层以及各种电线和电缆、比如飞机挂钩线、增压电缆、报警电缆、扁形电缆和油井测井电缆，太阳能收集器的薄涂层等。

4、PFA(可溶性聚四氟乙烯)

PFA是PTFE的改性材料，所以其在保持了聚四氟乙烯的优异物理、化学性能的同时，其冷流动性也得到了改善，熔融粘度也降低了许多，能够采用常规的模压成型、挤出成型和注射成型等方式进行加工。

PFA熔点为300-310℃，成型温度为350-410℃，加工特性与FEP（聚全氟乙丙烯）基本相同。但由于它的熔融黏度FEP树脂要高，所以加工温度更高，加工速率更小，热加工设备的腐蚀情况更严重。

在工业中，PFA常作为防腐涂层、防老化涂层、特种过滤纤维、反应釜内衬、管材内衬、光缆防护层和宇航器材零部件等等，广泛应用于建筑、化工、机械、电气、航天跟医疗领域。

虽然PFA保留了PTFE的绝大多数优点，又能熔融加工。但美中不足的是PFA的成本和价格比较贵。

5、PVDF(聚偏氟乙烯树脂)

1944年，PVDF由美国杜邦公司研制成功。1960年，美国庞沃特公司首先实现商品化。

PVDF是偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他含氟乙烯基单体的共聚物。PVDF除具有PTFE的优良性能外，其刚性、硬度、抗蠕变等性能尤其突出。它的加工和成型等特性大大优于PTFE。

除具备PTFE的性能外，它的耐腐蚀和力学性能大大改善，拉伸强度可以达到50Mpa，几乎是PTFE两倍。熔点相较于PTFE低，在170摄氏度左右，加工性能良好，成型方便，可用一般热塑料的加工方法，比如注射、模压、挤出、吹塑等工艺成型，是氟塑料中唯一能制成硬管的材料。

抗冲击强度高，耐磨耗，可在负六十二摄氏度至一百五十摄氏度温度范围内长期使用，具有较高的耐热性，突出的耐气候老化性。

PVDF碳氟分子链中C-F键的极距大，是一种有着极高极性的高聚物，介电性能优异。得益于这些优异的性质，PVDF从20世纪70年代开始，在建筑涂装、化工厂塑钢和造纸纸浆加工等方面大量使用。

80年代，美国全国电气规程提倡在建筑物、天花板隔层使用PVDF材料作为报警线路绝缘护套。

同样80年代，高纯度半导体厂商开始在生产计算机设备中用PVDF制作的塑料管路。90年代末，PVDF作为电极粘接剂材料被应用于新型液态锂离子电池。现在随着二次锂电池等新能源的飞速发展，PVDF树脂在锂电池中的用量也急剧增加。

总之，PVDF被广泛用于计算机、航空航天、信息处理、音响器材、医疗器械、机器人、物理测试、光学仪器、兵器工业等。