聚三氟氯乙烯：特性、应用及加工技巧

聚三氟氯乙烯，简称PCTFE或F3，是结晶型热塑性氟塑料，其耐蚀性、耐热性不及F4，但强度和加工性优于F4，常用作耐蚀性、耐热性要求不很高，而用F4无法加工或加工困难的制品。因此，F3成为第三大氟塑料。

表10-52 某国外F2的性能

F3树脂也有悬浮聚合树脂及乳液聚合树脂品种之分，有适合于不同成型方法用的品级和填充改性品种。目前，国内主要F3生产厂有上海曙光化工厂、北京621厂、济南化工厂和四川晨光化工厂等。国外F3主要生产厂有美国联合化学公司、美国奥西玛塔公司、美国3M公司、德国赫斯特AG公司和日本大金工业公司等。

1.基本性能

（1）一般性能 F3为结晶型极性聚合物，结晶度随不同热处理工艺而变化，可分高、中、低结晶度等级，结晶度最高可达95%。不同结晶度对力学性能影响很大。其外观呈乳白色，质地较硬（大于F4）。低结晶度料透明性较好，厚度为3mm时还有透明性。折射率随不同结晶度在1.429～1.435内变化。薄膜对红色线透过率为80%，有良好的透紫外线、红外线及可见光的性能。

密度为2.07～2.18g/cm³，大于F2的，小于F4的；吸水率<0.01%；成型收缩率为1%～1.5%，尺寸稳定性好。

F3对气体、液体阻隔性大，在氟塑料中为阻隔性材料，透气和透水性都低于F2。此外，F3对金属粘接性好，并易着色。

（2）力学性能 F3的力学性能随结晶度而变化，具有中等的强度和弹性模量，其强度、硬度和刚性都大于F4的。其压缩强度高，有回弹性，耐冷流性优于F4；静摩擦因数为0.04，大于F4的，小于F2的，有自润滑性，耐磨性良好。

（3）热性能 F3耐低温及耐高温性良好，但逊于F4。其玻璃化温度为58℃，结晶熔点为215℃，长期使用温度为-195～+200℃，失强温度为270℃，300℃以上开始分解，可在-183℃液氧和-196℃液氮中长期工作，保持一定的柔软性和冲击强度。

膨胀系数介于F4与F2的之间，导热性差，易发生分解，且会释放腐蚀性气体。

F3阻燃性优良，OI值为95%，低发烟。

（4）电性能 F3为吸水性小、不炭化、不助燃材料，因此电绝缘性能好，体积电阻率及介电强度、耐电弧性好，在160℃高温时体积电阻率可达10¹⁵Ω·cm，室温下体积电阻率>10¹⁷Ω·cm。但介电常数和介质损耗因数大，并随温度、频率的增大而升高，因此不宜用于高温、高频场合。但可用于潮湿环境，即使在水下也能保持良好绝缘性。

（5）耐蚀性及耐候性 F3耐蚀性仅次于F4，优于大多数工程塑料。它在高温下不耐四氯化碳、苯、甲苯、对二甲苯、环己烷、环己酮、2，5-二氯三氟苯、熔融碱金属、氟元素、氯气、氨气、氢氟酸、浓硫酸、浓硝酸、氯磺酸等强腐蚀介质，在室温下除乙醚、乙酸乙酯等能使其溶胀外，对其他大多数有机溶剂、强酸、强碱、强氧化剂、混合酸等介质都有很强的耐蚀能力。

F3耐水性、耐辐射、耐大气老化性优良。

2.加工性

F3为高粘度（230℃时粘度为0.5～5Pa·s）材料，必须在高温下才有足够的流动性，而且结晶度高，粘度越大，在低剪切作用时呈牛顿流体特性，高剪切作用时高相对分子质量的F3熔体呈非牛顿流体的流动特性。

熔点高（250～300℃），且与分解温度（315℃）接近，成型温度范围窄，易分解，分解时会释放腐蚀性气体，必须严格控制成型温度。

结晶度大小对制品性能影响大，在195℃时结晶速度最快。另外，F3热导率低，传热慢，所以加工时升温及冷却速度不宜过快。

其成型收缩率在1%～2.5%，且易产生内应力，必要时可加入少量偏氟乙烯/三氟氯乙烯共聚物或氟油，以增加柔软性，改善内应力。

F3的加工腐蚀性强，加工设备，如料筒、喷嘴、螺杆、模具等成型件都应采用耐蚀钢或进行镀硬铬处理。

F3常用成型工艺有模压、挤出、注射、喷涂等方法。(www.xing528.com)

（1）模压成型 将粉料或颗粒料装入模具，加热到260～270℃合模加压，压制速度为50mm/min，成型压力为4～10MPa，保压到原料全部均匀烧结，烧结时间按3.0～3.5min/mm（厚度）定（加工颗粒料时，压力和时间应稍增大），烧结后立即冷却，冷却时压力应升至10～50MPa，直至冷却结束。制品收缩率约为0.5%～2.9%。

（2）挤出成型 可用通用挤出机，采用长径比大于20，压缩比为2～3的浅螺纹计量段螺杆结构。过滤网孔径为150～425μm（40～100目），过滤板孔径为2.5mm，两者组合塑化时可提供足够的背压。

常用挤出工艺条件：料筒温度为220～250℃（后段）/240～260℃（中段）/270～280℃（前段）；机头温度为280～310℃；螺杆转速为30r/min。

管材挤出工艺条件：料筒温度为250℃（后段）/290℃（前段）；机头温度为310℃（后段）/320℃（前段）；螺杆转速为15～20r/min。

薄膜挤出工艺条件：料筒温度为250℃（后段）/290℃（前段）；机头温度为320℃（后段）/340～350℃（前段）；螺杆转速为15～20r/min。采用片状机头，加入增塑剂时成型温度可降低30～40℃。

冷却条件：薄壁制品应快速冷却，可提高透明度、韧性及伸长率，厚壁制品应缓冷，防止产生气泡。

尺寸定型：棒材口模尺寸应比制品直径大10%～15%；细管制品口模内径应为制品外径的3倍；粗管应采用定径套，芯轴通压缩空气，使其膨胀紧贴定径套内壁，定径套内径比口模内径大1～2mm。

（3）注射成型 模具应选用大而圆的短粗流道。制品克量应为注射机容量的40%～70%。该比例小于40%，则熔料储留时间长，易分解；大于70%，则塑化不匀。其料筒温度为210℃（后段）/285～290℃（中段）/275～280℃（前段）；喷嘴温度为265～270℃；模具温度为110～130℃，复杂形状制品的模温可达150℃，模温过高会延长成型周期；注射压力为150～200MPa；注射时间为20～60s；冷却时间为20～60s。为去除内应力，应进行退火处理，退火温度为120℃，时间为数小时。制品收缩率为1.0%～1.5%。

（4）喷涂成型 用细粉与醇、酮、二甲苯等溶剂及石墨、氧化铬（2%～3%）填料配制成悬浮液（质量分数为30%～40%），用喷涂法、浸渍法或刷涂法可在钢、不锈钢、铝、镍、银、镉、锡等金属表面形成涂层，经烧结后即可成为制品的涂层或衬里。

涂覆工艺条件：制品经表面活化处理并在250～400℃加热炉中熔烧1h，第一次涂层厚度为0.05mm，以后涂层厚度不大于0.2mm；每次涂覆后应在70℃烘箱内干燥处理，去除溶剂，再经250～270℃×1～3h的烧结处理；最后一次涂层烧结时间应为10～15h，烧结后制品宜用冷水淬火处理，以降低结晶度，提高透明度、韧性、挠曲性和伸长率，但拉伸强度、硬度、密度比缓冷涂层低。

3.制品应用

F3采用不同加工方法可加工成棒、管、片、薄膜、涂料及模塑制品，广泛用于机械、电子电气和化工等领域。

1）在机械设备中主要利用F3压缩强度高、耐冷流性、阻气性、透明性、抗蠕变性、耐磨损性好及易切削加工、尺寸精度高等特性，常用作抗压、抗蠕变、高精度结构件和高真空、高精度、高压力密封件，如阀门座、自锁螺旋、自润滑齿轮、轴承、O形圈、滑轮、制动器、透明配管、液化气槽车配管、阀门密封材料等，还可用作-200℃低温下使用的制品和F4不易加工成型的复杂形状制品。

2）在电子电气中利用其优良的阻燃性、绝缘性、耐湿性，可用在160℃以下、中低频率、潮湿场合作插座、线圈骨架、接插件、断路器、开关、印制电路板等零部件，还可广泛用作电线电缆包覆及护套。

3）在化工设备中利用其耐蚀、耐水、压缩强度高、尺寸稳定等特点，可作耐蚀垫料、密封件、耐热高强度透明零件（导管、液面计），可作要求耐蚀、使用温度为-50～180℃、耐高压（2.5MPa）、耐真空度（73.3kPa）的各种阀、泵、反应釜、槽车、储槽、热交换器的衬里涂层及零件。

4）在其他方面，还可作兵器用引信风帽、导弹红外光学窗、核能船舰密封材料、液氧救生面罩上的密封件、火箭液体燃料密封件等。

在医疗器材中可作注射器、过滤器、紫外线杀菌器皿等。

F3薄膜可作精密零件包装、保护膜等。

F3的性能数据见表10-53。

表10-53 F3的性能