借助对聚全氟乙丙烯的深入研发,我们不难发现其在高温下表现出的卓越的化学稳定性、良好的耐蚀性、低的表面能等一系列优良的性能使其在现代的微电子、半导体、光电、生物医药等领域的应用越来越广泛,对于将其应用的更广更深有着重要的意义
由四氟乙烯(TFE)与六氟丙烯(HFP)共聚的全氟烃类的树脂称为FEP,具有优良的热稳定性、化学稳定性、耐辐射性、耐腐蚀性、耐磨性等众多优良的性能,广泛用于各种高温的零部件、微波炉的油腻盘、空调的冷凝器、电机的绝缘等。由其分子链中大量的C-F键的存在使其具有极佳的化学惰性和较好的热稳定性[]。
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1. 基本性能
热性能
其可长期的连续工作于200℃左右的高温环境中,对短时的260℃左右的高温也能耐受.。
- 熔点约 567 K(≈ 294 ℃),热分解温度高,耐热循环次数可超过 3 万次。
化学耐受性
- 对强酸、强碱、强氧化剂以及大多数有机溶剂均表现出几乎不受侵蚀的特性,是少数能够在极端化学环境中长期使用的塑料之一[]。
电气特性
- 介电常数约 2.1,介质损耗低,体积电阻率可达 10¹⁵ Ω·cm,具备优异的绝缘性能,常用于高频电缆和阻燃通信线缆。
机械与摩擦
- 摩擦系数极低,表面光滑且不粘附,适合作为滑动件或防粘衬里。
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2. 加工方式
- 挤出与吹胀:可制成管材、薄膜、热收缩管等,常用于电缆绝缘和包装。
借助对氮气或其他的发泡剂的作用下形成的微孔的结构,极大的降低了介电常数和介质的损耗,使其可应用于同轴的射频电缆等高频的介质的填充材料中。
基于对粉末的高温高压的模塑成型,尤其可用来制造出复杂的形状的衬里或薄壁的部件等。
依托于将纺丝的加工途径从简单的纺制延伸到拉伸、热定型等复杂的后处理,纺丝的力学性能也能得到相应的显著提升,从而为其在高新材料的应用中提供了更广的发展空间。
依托于对FEP的化学蚀刻、电子束的接枝或等离子体的处理等方法,在其表面引入一定的极性基团,从而可大大地改善其与金属或其他聚合物的粘附性。
4. 前沿研究与发展趋势
1. 高导热复合材料
依托于将AlN的颗粒(其质量的30%)有机的加入FEP的基体中不仅可将其热导率提高至2.22W/(m·K),而且可将其体积的电阻率都控制在10¹⁵Ω·cm以上,既满足了电子封装的散热的要求,也可将高功率的器件的散热的需求都得到了很好的满足。
2. 介电与高频击穿调控
借助对TiO₂的添加可将介电常数的升高与高频的击穿强度的降低两者都得以很好的体现,反之Al₂O₃的加入可对高频的击穿阈值的显著的提升,对形成更耐高频的绝缘材料都有较好的理论依据。
3. 超疏水与自清洁表面
- 通过模压复制荷叶微结构并在 280 ℃、-0.1 MPa 真空下热压成型,FEP 表面可实现接触角 168° 的超疏水性能,且经 Piranha 处理后可快速恢复[]。
4. 防垢功能涂层
凭借对PVDF/FEP基体的10%的Al₂O₃或5%的ZnO的加入,可分别将其原有的疏水性(接触角>115°)大大地提高,同时将其所带来的碳酸钙的结垢量都降低至传统的涂层的60-70%以内,对于海水的淡化和热交换系统都有着较好的应用前景。
5. 颜色母粒技术
- 通过配制耐 380 ℃以上的无机颜料与分散剂,可在不显著影响电气性能的前提下实现彩色 FEP 电缆,满足视觉辨识和美观需求。
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5. 使用建议
- 加工时温度控制:为避免熔体破裂或热应力开裂,建议在 380 ℃左右、剪切速率 300 s⁻¹ 以下进行挤出。
- 表面粘接:若需与金属或其他聚合物粘合,推荐先进行化学接枝或等离子体活化,以提升表面极性并实现可靠的粘接[[31]]。
- 填料选择:对热导率有高要求时优先选用 AlN;对介电常数和高频击穿要求严格时可考虑 Al₂O₃ 而非 TiO₂[[32]]。
- 长期耐候:在户外或高辐射环境中使用时,建议选用经过 UV 稳定剂或表面涂层处理的 FEP,以防止光老化[[33]]。
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总结
以其堪称“高温之王”的超高的耐高温性、能抵抗各种恶性的化学介质的耐化学性、优异的电气绝缘性以及低摩擦的特性,Fluoroplastic(FEP)已成为高端的电子、航空航天、化工、医疗等领域的关键材料。近几年通过对FEP的填料复合、表面微结构的加工以及功能的母粒的技术的不断的突破使其在更高的导热、更好的防垢、更丰富的颜色以及更强的粘接等方面都取得了很大的突破从而大大地进一步的提升了其在新兴的高技术的应用中的竞争力。
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