改性PTFE纖維的研究進展

摘 要：文章介紹了PTFE纖維的國內外研究現狀及制備方法，著重闡述了以PFA、FEP和ETFE為代表的改性PTFE樹脂的性能及其熔融紡絲的研究進展。希望通過文章的分析，能夠對相關工作提供參考。

關鍵詞：PTFE纖維；制備方法；熔融紡絲

有機氟聚合物因其分子鏈中C-F鍵的存在及F原子本身的獨特性能而具有的優異性能。PTFE纖維具有優異的耐熱性、耐溶劑、耐酸堿、阻燃性、滑動性和電氣性能[1，2]，被廣泛應用于科技尖端領域、國防工業及很多涉及國計民生的行業，如汽車飛機配件、醫療產品和化工產業等。

1 PTFE纖維的國內外研究現狀

PTFE纖維最早由杜邦公司開發，包括單絲、復絲、短纖維和膜裂纖維，并于1953年開始生產[3，4]，商品名為“特氟龍”。隨后又于60年代和80年代相繼開發出FEP纖維和PFA纖維。20世紀70年代，奧地利Lenzing公司通過膜裂法成功制備了PTFE的膜裂纖維，其強度與乳液紡絲法所得纖維強度相近。俄羅斯在開發多種含氟纖維方面也頗有成效，美國W.L Gore Assoeietes公司則生產特殊的多孔PTFE纖維“GoreTex”，而美國聯合化學和牛頓長絲公司各生產乙烯三氟氯乙烯復絲與單絲“Halar”，美國阿爾巴尼國際公司與日本吳羽化學等各生產聚偏氟乙烯單絲和復絲。1979年德國研制出了聚偏氟乙烯（PVDF）纖維。2000年，日本東洋聚合物公司開發出由100%的氟樹脂組成的直徑為15μm和20μm細氟纖維。

2 含氟纖維的制備方法

含氟纖維的制備方法主要有：乳液紡絲法、膜裂法、糊料擠壓法和熔融紡絲法。

2.1 膜裂法

奧地利Lenzing公司在70年代初開發了“切割膜裂”法并用于生產PTFE纖維。1990年，旭化成公司將PTFE膜撕裂成纖維，經加捻、拉伸得到了高抗張強度、耐化學性能優良的PTFE紗。1997年，田丸真司等公開了集塵濾布用膨松聚四氟乙烯長纖維及裂膜絲的制造方法。2005年，黃雅夫等用PTFE粉制成原始膜后縱向切割取向制備PTFE長絲的方法，該方法工藝復雜，成本較高。膜裂法對于分裂裝置的要求較高，纖維的線密度、長度等性能都受分裂裝置的限制，使其在某些領域的應用具有很大的局限性。

2.2 乳液紡絲法

1956年，杜邦公司在專利US2772444中公開了PTFE的乳液紡絲法。乳液紡絲法是將PTFE微粒與粘結劑混合作為紡絲流體，紡絲流體從噴絲孔噴出后進入化學洗滌液中生成長絲，通過漸進加熱以降低粘結劑和凝結含量或燒結使聚四氟乙烯樹脂成分成為連續長絲，但此工藝不宜生產單絲。初生長絲經過拉伸等后加工工序，大分子取向度大幅度提高，比未處理的PTFE樹脂強度高25倍以上。

2.3 糊料擠壓法

糊料擠壓法是將PTFE粉末與煤油或石油醚等低沸點溶劑充分混合，制成糊狀物，經擠壓紡絲、干燥、燒結、高溫拉伸等工序，得到的白色帶條紗，呈泡沫狀、非均相結構，其斷裂強度可達3.5cN/dtex。Edward F. H等和何正興等分別在專利US3003912、CN1966786A中公開了糊狀擠壓法制備PTFE纖維的工藝。糊狀擠壓法要經過多道工序才能制得PTFE纖維，加工成本高。另外，采用糊狀擠壓法得到纖維沒有確切的纖度，使其在對纖度具有嚴格要求的場合無法應用。

2.4 熔融紡絲法

熔體紡絲較膜裂法、乳液法和糊狀擠壓法工藝簡單，制品純凈，制得的纖維具有更好的耐熱性能和機械性能等。由于PTFE在高溫下易發生分解，且熔體粘度較大，所以無法采用熔紡法進行紡絲。通過對PTFE進行改性以來降低熔體粘度，得到熔體流動速率較大的改性PTFE樹脂，ETFE、FEP和PFA克服了PTFE不能進行熔體紡絲的缺點，對于紡絲工藝的改進也有很大的促進作用。

3 改性PTFE的熔體紡絲

3.1 FEP的熔體紡絲

FEP是三種可熔融加工PTFE中最早開發出來的產品，最初由DuPont公司研制成功，并于1950年商品化。FEP是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，可采用乳液聚合、懸浮聚合、超臨界聚合、半間歇式分散聚合法和連續聚合法制得，一般TFE/HFP共聚物中HFP的含量介于9.6～29wt%之間。

用FEP進行熔體紡絲可得到具有優良的耐溫性和耐腐蝕性，表面光滑，半透明的單纖維。專利CN1339073A與US6048481A1中公開了拉伸強度190MPa、斷裂伸長率低于27%的FEP纖維熔紡工藝，剪切速率和噴絲頭拉伸比對纖維的強度有顯著影響，增加剪切速率并降低噴絲頭拉伸比時，纖維的強度可保持不變。

3.2 ETFE的熔體紡絲

ETFE發現于1946年，并于70年代由DuPont公司和旭硝子公司開始生產，是繼FEP之后開發又一種可熔性氟樹脂，由四氟乙烯和乙烯共聚而得。ETFE熔點在256～280℃之間，結晶度可達50%～60%，力學性能優良，其抗沖性能、硬度、耐冷流和抗蠕變都比PTFE和FEP好。

2005年，愛德華·威廉·托卡爾斯基在專利CN15778855A 中公開了一種韌性15.2cN/tex、斷裂伸長率低于15%的ETFE紗線的熔紡工藝，熔紡過程中ETFE分子結構中大分子在纖維內部取向程度高于表面取向程度，使得ETFE單纖維徑向方向上都具有新的分子結構，制得ETFE纖維具有良好化學惰性、高溫穩定性和滑動性。

3.3 PFA的熔體紡絲

DuPont公司于1972年開發了四氟乙烯與全氟丙基乙烯基醚的共聚物，商品名為Tefluon PFA。PFA的耐高溫性能最接近PTFE，其長期使用溫度為260℃，且高溫下的機械性能比FEP和ETFE更好。

Nishiyama、Bonigk和K. Harting等人先后研制了出PFA纖維，得出纖維的線密度需要通過改變模口的參數進行。赫夫納G W等和Shinichi N分別在專利CN1444668A和US5473018中公開了PTFE與PFA共混物的熔紡工藝，研究了PFA與PTFE的共結晶條件及行為。1995年，杜邦公司的Giandomenico V等在專利US5460882中公開了PTFE紗線的制備工藝。

基于TFE的熱塑性共聚物熔體紡絲工藝的研究較多，而針對纖維結構與性能的研究較少，需對工藝與結構、結構與性能之間的關系進一步研究，以克服在熔融加工過程出現的諸多問題。

參考文獻

[1]王德誠.氟纖維及其市場需求[J].合成纖維工業，2004（4）：27.

[2]何正興.國產聚四氟乙烯纖維的特性與應用[J].合成纖維，2007，36（4）：16-18.

[3]K.E.Perepelkin. Chemistry and technology of chemical fibres fluoropolymer fibres： physicochemical nature and structural dependence of their unique propertie， fabrication and use. A review[J].Fibre Chemistry，2004，36（1）：43-58.

[4]陳念.國外聚四氟乙烯纖維的開發和應用[J].產業用紡織品，1992，10（3）：15-19.