能实现锅不粘，也能助力5G传输，“塑料王”聚四氟乙烯有多优秀？

2022-11-03 10:08:30  信息编号：K225753  浏览次数：248

疫情宅家多天，外卖没有了、餐厅停业了，在家有时间做平时没空做的事，比如下厨房做饭。各种电饭煲、电饼铛、电磁炉等用起来，晒美食发朋友圈，一批中华厨神小当家就此诞生。小家电中最方便的就是不粘锅了，可以做比萨、做煎蛋、炒凉皮、蛋糕等，基本上涵盖所有你能想到的好吃的东西。

不粘锅之所以不粘，是锅底表面涂了层聚四氟乙烯（PTFE）。使用不粘锅要用木铲子，也不能用钢丝球去洗锅，粗暴的举动会把锅底的保护层破坏了，聚四氟乙烯是塑料呀。

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聚四氟乙烯的发现

1954年，热爱钓鱼的法国工程师格雷瓜尔，为防止钓线纠缠打结，将聚四氟乙烯涂在钓鱼线上，果然钓线特别光滑，轻轻一扯结就解开了。受此启发，他研制出将聚四氟乙烯涂在锅表面的办法，世界上第一只“不粘锅”就这样诞生了。

PTFE是所有塑料中摩擦系数最小的，其他物质很难在其表面附着。它一开始是被用于装腐蚀性化学物质的器皿的制作,后来被应用于火箭和导弹的防热材料的制造，用它来制作不粘锅其实是大材小用。

1938年，美国杰克逊实验室的化学家普伦基特在研发一种新型的制冷剂。他对氯氟烯烃产生了兴趣，因为四氟乙烯气体不稳定，他将四氟乙烯存放在干冰冷却的钢瓶里。有一天，普伦基特运用四氟乙烯生产氟氯化碳，装四氟乙烯的小钢瓶放在台秤上，通过流量计进入反应器。反应过程中他发现，四氟乙烯气体停止了流出，可是钢瓶重量一点没有变。出于好奇，普伦基特把钢瓶阀门拆下，把钢瓶锯开，结果发现了相当多的白 粉末。这就是PTFE,四氟乙烯的聚合物，后来起名为：特氟龙。

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聚四氟乙烯的性能

PTFE被制造出来以后，人们发现这是一种超强的材料。

与普通的塑料相比, PTFE 具有耐高低温性、耐化学腐蚀和耐候性、摩擦系数低、优异的电气绝缘性、不粘性等众多优良品质。

1、耐高低温性

PTFE对温度的影响变化不大, 温域范围广, 在- 260℃时仍有韧性, 250 ℃以下长时间加热均保持优良的力学性能。

2、耐化学腐蚀和耐候性

除熔融的碱金属、氟化介质以及高于300℃的氢氧化钠外, PTFE 几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸, 甚至在王水中煮沸, 其重量及性能均无变化, 也几乎不溶于所有的溶剂, 只在300℃以上稍溶于全烷烃( 约0. 1g/100g) 。PTFE 不吸潮, 不燃, 对氧、紫外线均极稳定, 丹凯所以具有优异的耐候性。

3、绝缘性

PTFE在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低, 而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。

4、自润滑性

PTFE具有塑料中最小的摩擦系数, 是理想的无油润滑材料。

5、不粘性

PTFE是表面能最小的固体材料, 已知的固体物质都不能粘附在表面上。

PTFE的这些性能让它赢得了“塑料王”的美称！

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应用领域广泛！

塑料之王不光用于厨房里，因为它特别光滑，在机械上的各种轴承、齿轮、滑轮都可以用它来做。用在很多复合材料的涂层上，甚至在航空业的飞机上。

第二次世界大战中，聚四氟乙烯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。

化学工业是氟树脂最大的消费领域，主要利用了氟树脂耐腐蚀、耐高低温的优良性能；其次是机械行业，氟树脂被加工为各种零部件；电子电气行业，利用了氟树脂优良的介电性能;涂料工业，是利用其化学和物理的稳定性以及自清洁性。

我们冬天常穿的冲锋衣，以前用的PVC、PU等涂层织物虽然能防水保暖，但无法把汗气排到服装外界，让人觉得很“闷”。而PTFE膜使人体干爽舒适，被称为“可呼吸的面料”。利用树脂的成孔特性，采用双向拉伸方法制成的微孔薄膜，每平方厘米能达到十多亿个微孔，每个微孔直径比水分子直径小几百倍，比水蒸气分子大上万倍。水蒸气能通过，水滴不能通过，可以防水透湿。孔极小又不规格排列，风不能透过，从而又防风保暖。

除了冲锋衣，亦可制成服装、消防、防毒特种防护服，鞋、帽、雨具等，应用于制药、生化、微电子和实验室耗材等领域。目前，发达国家大多使用聚四氟乙烯复合膜作为隔离层研制的医用多功能防护服，对血液、病毒在自然条件和压力条件下都具有很好的阻隔性能。

2020年2月，中国科学技术协会网站上的一篇文章介绍了纳米口罩，口罩实现细菌、PM2.5颗粒等隔离主要通过静电吸附，和物理隔离两种方法。静电口罩随着佩戴时间增长，口罩受潮，其静电吸附能力会逐渐减弱。而纳米口罩中间层用了聚四氟乙烯材料，其良好的过滤性能，已经成为一款高效的医用防护口罩。

利用聚四氟乙烯微孔膜耐化学物质，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。

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中国聚四氟乙烯高端产品仍然依赖进口

2016-2021中国聚四氟乙烯产能波动增长，复合增长率为10.14%；2021年中国聚四氟乙烯产能达到18.8万吨/年（不含外企），同比增长24.83%，占全球聚四氟乙烯产能的60.84%。

我国进出口的初级形状聚四氟乙烯，主要包括聚四氟乙烯粉末、添加碳纤和石墨的PTFE造粒料、微粉蜡、聚四氟乙烯乳液、环氧树脂与聚四氟乙烯混合树脂等。

（一）近10年中国初级形状的聚四氟乙烯进口金额变化趋势与进口量保持一致。2021年中国初级形状的聚四氟乙烯进口额为9514万美元，同比增长19.02%；2012-2021年我国初级形状的聚四氟乙烯进口金额波动上升，复合增长率4.00%。

（二）近10年中国初级形状的聚四氟乙烯出口金额变化趋势与出口量保持一致。2012-2021年我国初级形状的聚四氟乙烯出口额波动上升，复合增长率1.68%；2021年中国初级形状的聚四氟乙烯出口金额为2.83亿美元，同比增长38.87%。

（三）从进口平均单价方面分析， 2012-2021年我国初级形状的聚四氟乙烯进口均价波动下降，复合增长率-3.37%。其中2013-2016年间中国初级形状的聚四氟乙烯进口均价持续上升，2016年进口均价升至16193美元/吨，近10年最高，之后波动下降， 2020年降到9390美元/吨，为近10年最低值；而2021年出口均价又升至11676美元/吨，同比增长24.34%。

（四）从出口平均单价方面分析，2012-2021年我国初级形状的聚四氟乙烯出口均价波动下降，复合增长率-4.06%。其中2012-2016年间中国初级形状的聚四氟乙烯出口均价持续下降，2016年出口均价下降到6687美元/吨，之后波动，2020年下降到5967美元/吨，为近10年最低值。而2021年出口均价也出现增长，达8029美元/吨，同比增长34.57%。

（五）2012-2021近10年我国初级形状的聚四氟乙烯均价比波动较大，复合增长率0.72%。其中2013-2016年间中国初级形状的聚四氟乙烯均价比持续上升，2016年均价比上升到2.42，达到峰值，之后急剧下降，2018年下降到1.26，为近10年最低值；2021年中国初级形状的聚四氟乙烯进口均价与出口均价比（以下简称“均价比”）1.45，同比下降7.6%。

近5年中国聚四氟乙烯产量逐年增加，复合增长率11.02%。近5年，我国初级形状的聚四氟乙烯进口量持续上升，复合增长率6.82%；出口量波动上升，复合增长率9.03%；净出口量波动上升，复合增长率9.73%；近5年我国初级形状的聚四氟乙烯均价比波动下降，复合增长率-2.05%。2021年我国进口初级形状的聚四氟乙烯均价高于出口初级形状的聚四氟乙烯均价的45%。全球和中国PTFE用量均逐年增涨；随着我国聚四氟乙烯产能快速扩张和企业技术升级，我国聚四氟乙烯低中端产品逐步实现进口替代，但高端产品仍大量依赖进口；重视研发投入，重视新产品开发，将给企业带来较大的利润空间。

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关于5G时代的应用

2019年6月，工信部向中国移动、中国联通、中国电信和中国广电四大电信运营商发放5G牌照，标志着中国进入5G时代。我国4G基站数截止2018年达到327万座，5G基站数会在未来几年超过500万座。

随着我国大数据、物联网及AI技术发展，对通信技术的要求越来越高，第五代移动通信技术(5g)的开发和普及已经变得越来越紧迫。5G通信技术具有高稳定性、低延时等优点，和4G基站不同，5G技术发展的关键技术是高频传输技术。5G基站天线、功放、射频等领域都需要采用更高频率和更高传输速度的电子机材，随着天线段频增多、频率提高，5G基站对于高频高速覆铜板的需求也大幅度增加。因此在要实现高频传输,必须使用低介电常数、低介质损耗材料,而聚四氟乙烯（PTFE）以其低介电常数得到了广泛的应用。

在移动通信基站中，印刷电路板（PCB） 是电子元器件电气连接的载体，在通信领域主要用于无线网、传输网、数据通信网及固网宽带等环节。而覆铜板（CCL）是玻纤布等作增强材料,浸以树脂,单面或双面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料。CCL材料是生产PCB的基础材料,主要对PCB起互联导通、绝缘和支撑的作用。作为电子工业的基础材料，覆铜板（CCL）随着印刷电路板（PCB）需求不断增加。

聚四氟乙烯随着各种新兴领域发展成为产量最大、消费增长最快的氟聚物品种。按照实际发展，5G建站密度将至少达到4G的1.5倍，预计建设我国5G宏基站数量将达600万个，聚四氟乙烯材料市场规模约将达到30亿~40亿元。全球5G基站数量将超过800万个。由于2016年中国4G基站数量占全球约65%，假设5G时代中国将进一步领先全球，5G基站数量占全球70%，可推出全球将建设5G宏基站800多万个，高端聚四氟乙烯的市场空间更加庞大，发展前景广阔。所以随着全球5G市场的兴起，高端聚四氟乙烯消费预计将在高频覆铜板、高频线缆、半导体等领域迎来大幅增长。

目前海外PTFE主要生产企业有美国科慕、日本大金等，国内主要有巨化股份、东岳集团等。

回到前文，不粘锅没有特别说明，基本上都是用PTFE做不沾层。

PTFE是很稳定的物质，几乎完全化学惰性，耐热性非常好，400度以下不会发生分解，只要不把锅子干着烧焦，日常做菜一般不存在热分解产生有毒物质。但是不适合用于微波炉加热。

单看PTFE材料本身的话，它也许是最稳定、最安全的塑料了。