[科普中国]-聚三氟氯乙烯

聚三氟氯乙烯（PCTFE）是最早研究开发并生产的热塑性氟塑料。首篇制备报告是由法国法本公司于1937年发表的。其后美国在执行曼哈顿计划过程中，对其制备技术路线及产品性能做了大量研究工作，1942年由3M公司投入生产，以Kel-F商标出售。当时主要用于铀同位素分离材料。其后俄罗斯、法国、德国和日本的产品相继问世。 中国在1959年开始研制PCTFE树脂，1960年试验成功，1966年建成年产25tPCTFE树脂的生产装置。1

基本信息PCTFE的分子量在10万-20万。分子结构中的氟原子时聚合物具有化学惰性，一定的耐温性，不吸湿性和不透气性。分子结构的氯原子存在，是聚合物具有良好的加工流动性，透明性及硬度特性。由于PCTFE分子结构中C-Cl键的引入，除了耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物稍差外，硬度、刚性、耐蠕变性均较好，渗透性及熔点、熔融粘度都比较低。1

结构聚三氟氯乙烯（PCTFE）是三氟氯乙烯的均聚物，具有在主碳链周围含有氟原子与氯原子的结构。其化学结构通式：4

分子结构中的F原子使聚合物具有化学惰性，CI原子则使聚合物具有透明性、热塑性与硬度，因此PCIFE是具有高度稳定性、耐热性、不燃性、不吸湿性、不透气性以及惰性的优质热塑性树脂。由于PCTFE分子结构中C-CI键的存在，除耐热性及化学惰性较聚四氟乙烯（PTFE）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）稍差外，其硬度、刚性耐蠕变性均较好，渗透性、熔点及熔融粘度都较低中。4

性质聚三氟氯乙烯是三氟氯乙烯的聚合物。英文缩写PCTFE。熔融温度213℃，具有优良的化学稳定性、绝缘性和耐候性，可在-196-125℃长期使用 ，机械强度和硬度优于聚四氟乙烯，制成薄膜则有较好透明度和较低透气速率。PCTFE是结晶性的高分子，熔点为218.33℃，密度为2.13g/cm3（克/立方厘米）。3

PCTFE是三氟氯乙烯自由基引发聚合的带有主要是重复-CF（cl）-CF单元线性主链的产物。3

PCTFE在室温下对大多数活泼的化学品呈惰性，而在212T以上可被少数几种溶剂溶解，也可被一些溶剂溶胀，尤其是氯化过的溶剂。PCTFE具有优异的阻隔气体的能力，其膜产品的水蒸汽透过性在所有透明塑料膜中是最低的。其电性能与其它全氟聚合物相似，但介电常数和损耗因数稍高，尤其是在高频时。PCTFE可制作厚的（1/8英寸）光学透明制件。3

性能PCTFE的基本性能，除与它的分子结构有关外，还取决于其分子量及结晶度。4

1. 机械性能

PCTFE的常温机械性能优于PTFE ，其压缩强度大，冷流较小，压缩回弹率也比较大，具有良好的弹性恢复力。但是，由于PCTFE是结晶性高分子，因此其机械性能受温度影响很大，并且还会因结晶度、分子量的高低而有一定的差异。成型时进行骤冷，则可形成结晶度较低的透明制品：缓慢冷却，则形成半透明的高结晶度成型品。一般来说，其拉伸强度与硬度会随着结晶化的推进而增大但延伸率却会下降。4

2. 热性能

PCIFE 的热熔融温度（Tm）为211-216℃，玻璃态温度 （Tg）为 71-99°C。在250°C高温条件下，PCTFE仍能保持良好的热稳定性能。但从 130°C起开始出现结晶，在 160-200°C温度范围内结晶速度最快，随着结晶度的增加，脆性逐渐增大。因此其长期使用温度应保持在130°C以下；若使用温度超过200°C，将会逐渐地分解而遭损坏。4

3. 耐低温性

在液氮、液氧和液化天然气中不发生脆裂、不蠕变，在一定条件下能在接近绝对零度（-273°C）下使用。4

4. 耐腐蚀性

高氟含量使PCTFE能耐几乎所有的化学物质和氧化剂。可在酸、碱或者氧化剂中长时间浸渍而不发生任何变化，仅在高温下能为熔融碱金属、氟元素及三氟化氯所腐蚀，在高温条件下与苯及苯的同系物、多卤化物接触时产生溶胀。4

5. 渗透性

在所有塑料中，PCTFE的水蒸气渗透率是最低的，不渗透任何气体，是一种良好的屏障聚合物。4

6. 电气性能

在电气性能方面，PCTFE的介电常数与介电损耗因子在很宽的频率范围内都比较小，绝缘电阻与介电击穿电压等电气性能优良，并且几乎不受温度或湿度的影响，是一种远比传统材料更能承受苛刻条件的高频绝缘材料。4

7. 光学性能

PCTFE具有优良的光学性能，3mm厚的PCTFE塑料片是光学透明的，2μm厚的薄膜能透过1-4μm肌红外光95%，它的紫外光吸收率也很低。4

8. 耐气候性

PCTFE还有良好的耐气候性，它暴露在户外阳光下一年对性能仍无任何影响。4

制备聚三氟氯乙烯是三氟氯乙烯的均聚物，主要以悬浮法、乳液法等聚合方法制得。5

1. 悬浮聚合

该法用于制备高分子量聚三氟氯乙烯。在聚合釜中加入水，引发剂过硫酸铵，还原剂焦亚硫酸钠及pH缓冲剂，然后加入三氟氯乙烯进行悬浮聚合。5

2. 乳液聚合

三氟氯乙烯100份、水30份、引发剂过硫酸钾2.0份、乳化剂过氟辛酸2.4份，调节到pH为7，于30℃聚合20h后，得稳定的聚三氟氯乙烯乳液，粒径0.1um。我国主要生产厂家为上海曙光化工厂。5

成型加工PCTFE可用一般热塑性塑料的成型方法加工，具体成型方法有模压、注射、挤出、涂覆等。6

工艺特性（1）PCTFE是一种结晶型聚合物，结晶熔融温度215°C，结晶度随加工时热处理条件而异，在195℃时达到最高结晶度（90%），结晶度的高低直接影响着制品的性能，成型后制晶的收缩率为1%-2-5%。6

（2）PCTFE在熔融状态的流变性和相对分子质量大小有关，高剪切应力范围内，高相对分子质量PCTFE的流动性接近于非牛顿型，低相对分子质量则趋向于牛顿型流动。6

（3）PCTFE的熔融温度高（215℃），熔融状态时的粘度极高（230℃ 时达5X105-50X105Pa▪s），必须在相当高的温度和压力下，才能保证其成型加工的流动性。6

（4）适合的成型温度（250-310°C）与其分解温度（315℃）相当接近，致使成型温度范囤狭窄，加工困难。6

（5）热导率小，传热差，故成型加工时应注意控制升温速度。6

（6）PCTFE加热至300°C以上，会分解出有毒气体，必须严格控制成型温度。6

另外，成型时对设备腐蚀厉害，所以成型料简、喷嘴、模具等都应采用耐腐蚀的特种钢材。6

加工方法（1）模压成型

所用模具需镀硬铬，用有机硅脱模剂，压编比为2：1，热压时压力为3. 92-9.8MPa；冷压为9.8-39.2MPa，模压时间随制品厚薄等不同而异。6

（2）注射成型

可用通常的注塑机，无特殊要求 ，但与物料接触的表面必须镀硬铬。机筒温度276℃，喷嘴温度286-306℃，模具温度130-150℃，注射压力147-245MPa，为减少洗道、浇口的回头料，可采用热流道模具。6

（3）挤出成型

机简料斗处温度120-150℃，后部236-260°C，前部286-296℃，口模286-310℃。螺杆转速15-20r/min，对薄壁管，从口模出来应进入水中急冷，而得透明且有弹性制品；对厚壁制品应缓冷，以产生气泡。6

此外，PCTFE还可用传递、流延等方法成型加工成各种制品。如果把PCTFE 和石量粉或氧化够和乙醇共混，配成含量为30%-40%的悬浮液，可用喷除、浸涂、刷涂等。6

应用举例1. 聚三氟氯乙烯涂料

PCTFE涂层具有优异的化工防腐性能，可以涂覆在金属及其他塑化、淬火骤冷时涂层不破裂的材料表面。PCTFE涂料可采用悬浮液喷涂、浸涂、刷涂或采用静电喷涂，按涂件形状结构的不同，选用不同的涂覆工艺，先涂覆，后烧结。可施用于反应罐、贮罐、反应塔、管子、各种容器、鼓风机、滚筒等。4

2. 耐腐蚀泵、阀门

由PCTFE制造的离心泵、液压泵具有极为优良的耐腐蚀性能，可用于输送不含固体颗粒、温度不高于100℃的任意浓度的各种强酸、强碱、强氧化剂等腐蚀介质，特别是用于输送氢氟酸，最能发挥其优良性能，为一般衬胶泵、不锈钢、玻璃、氯化聚醚等泵所不及。PCTFE已广泛应用于防腐蚀阀门（球阀、截止阀和隔膜阀等）的制作。4

3. 包装材料（PCTFE薄膜）

美国Allied Chem公司生产的商品名为“Aclar”的三氟氯乙烯共聚物和均聚物薄膜广泛用于对水份作用敏感的制品和零件的包装。例如，美国TekniPlex公司用Allied Chem公司生产的氟聚合物与聚氯乙烯和聚乙烯作成层合材料用于儿童用维生素的泡罩型包装来防止维生素的受潮和褪色。4

日本日东电工公司用PCTFE生产不透水汽的膜Nitoflon，它用于包装电气组件、太阳能收集器和显示器的保护层及场致发光组件等的封装材料。4

4. 电缆包覆材料

意大利ABUSLEME JULIO A等以PCTFE为主要材料加入成核剂的方法对电缆进行包覆。在进行电缆外包覆过程中因其发泡而成为良好的绝缘层，这种方法可显著改善使用发泡剂所带来的负面影响，例如残存在电缆绝缘层中的发泡剂使氟材料本身的优良介电特性变差。另外因在电缆包覆过程不使用发泡剂，而使包覆工艺大大简化 。4

5. 新型塑料

比利时METZ JEAN-YUES等用偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚合成新型塑料，用在电缆及光学纤维的外包装、管材制造、贮藏及运输容器的包覆、农用或建筑用单层或多层薄膜的挤出等方面。它既具有偏氟乙烯均聚物所具有的优异机械性能、高的化学稳定性及优良耐紫外线等特性，又改善了偏氟乙烯弯曲性差的缺点。4

6. 伸线剂

日本中川光太郎等把三氟氯乙烯的低聚物制成水性分散液用于伸线剂及伸线前处理剂，它与传统的伸线剂相比较具有对环境污染小、毒性小、安全性高、分散稳定性优异等特点。4

7. 其他

PCTFE优异的耐低温性能，可用于制作液氮、液氧、液态燃料的密封材料；利用 PCTFE的机械稳定性及优良的光学性能，可用于制造带丝扣的管、管件及透明视镜、光学仪器等；其优异的电器性能可用于制作在潮湿环境中使用的插件、印刷电路板等；还可用于制取氟氯油等。4

耐腐蚀性能

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本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学