6.乙烯-四氟乙烯共聚物的物理性质

乙烯-四氟乙烯共聚物又称氟塑料FS-40，这种材料自1946年发现以来，人们寄希望于其既具有聚四氟乙烯耐温、耐介质和耐老化的特性，又具有聚乙烯可热塑加工的特性，经长期研究，杜邦公司于20世纪70年代初生产了以Tefzel为商品名的改性乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

20世纪60年代中期上海有机化学研究所制备出乙烯-四氟乙烯共聚物(FS-40)，用作模压成型的耐辐照专用材料，之后该所又开展了该共聚物结构改性和聚合方法的系统研究，于20世纪80年代初期研究成功氟塑料FS-40G，其性能达到或接近国外同类材料，如Tefzel和Af lon COP的水平。

乙烯-四氟乙烯共聚物是一个交替倾向很大的共聚物，亦可以说是聚偏氟乙烯的一个异构体：

其性质如熔融温度、结晶温度和分解温度均随组分不同而变化，但1:1的交替共聚物则具有最好的物理、化学和电性能，如经第三单体改性则可保持其原有的优良性能，又可克服其热应力开裂的弱点。

乙烯-四氟乙烯共聚物具有富电子双键的乙烯易与缺电子双键的四氟乙烯交替共聚，由表13-6所列r(竞聚率)值可见，聚合温度低时，交替度高；聚合温度高时，则交替度低，这符合自由基聚合反应的规律。

表13-6 乙烯-四氟乙烯共聚反应的竞聚率

等物质的量的乙烯和四氟二烯的共聚物是聚偏氟乙烯的异构体，但有着较高的熔点和较低的介电损耗，通常交替度在90％以上，并可用红外光谱图中733cm^-1和721cm^-1两特征峰表征(CH₂)。基团的浓度，n=4或＜6，其相对分子质量及分布可用激光散射法，使用己二酸二异丁酯作溶剂在240℃测定，亦可用高温流变仪测定熔融ETFE的相对分子质量。

含有摩尔分数为50％的四氟乙烯并具有92％交替度的ETFE聚合物样品如在冰水中淬火或慢慢冷却，分别得到最小或最大的结晶度，可用动态力学法、介电测量或核磁共振法研究，其内部的分子运动，对淬火样品来说，动态力学性能表明其α-松弛温度在110℃，而对慢慢冷却的样品其温度移至135℃,β-松弛温度出现在-25℃，而γ-松弛温度在-120℃，其α-和γ-松弛局限于无定形区，而β-松弛则在结晶区域，α-松弛和γ-松弛的活化能分别是318.1 kJ·mol^-1和44.3 kJ· mol^-1。

改性乙烯-四氟乙烯共聚物具有良好的综合力学性能，其中包括优良的剪切强度和耐磨性，高耐折寿命及良好的冲击强度，它与PTFE、PFA或FEP比较，密度较小，更具刚性和硬度，并具有较好的拉伸强度和抗蠕变性。Tefzel和FS-40G的物理性质列于表13-7, 其伸长和耐折寿命等性质决定于结晶度，而加工条件和熔体冷却温度将大大地影响结晶速率和结晶度。

25um薄膜的光透过率，在可见光及红外光范围内分别对Tefzel 200为91％～95％，对Tefzel 280为89%～93%，而对紫色光范围的数值列于表13-8。

改性ETFE共聚物可在较宽温度范围内使用，其最高长期使用温度是150℃ ,辐照交联后，可进一步提高使用温度，然而，长期暴露于高温使其力学性能逐渐降低并变色，Tefzel 200、Tefzel 280的热力学性能列于表13-9，从热老化性能可证明改性ETFE的优良热性能，在180℃热老化1年，失重0.6%，2年为1％，具体数据可见表13-10。

表13-7 Tefzel和FS-40G的物理性质①

①除特别表明外，都在23℃和50%RH条件下测定。

②质量分数为25％玻璃纤维增强。

③不同加工条件，伸长率在100%～300％之间。

④Tefzel 280的长时间耐热试验正在进行，现试验表明它在200℃经过了2000多个小时后仍然保持了其性能，因此Tefzel 280可在150℃以上连续使用。

⑤ATB：燃烧平均时间约5s；ALB：燃烧平均长度5 mm，试样厚度2.9 mm。

表13-8 25 um Tefzel薄膜的光透过率

表13-9 改性ETFE热力学性能

表13-10 Tefzel200的热失重

改性ETFE是一个优良的绝缘体(见表13-11)，它的低介电常数供给了一个高的电晕点火电压，介电常数随频率及温度变化不大，具有高介电强度和电阻抗，损耗特征甚有限，虽然分散因子甚低，但随频率增加而后增加，玻璃纤维增强后可增加损耗和使介电常数从2.6提高到3.4(从10² Hz到10¹⁰ Hz)，而分散因子可增加10倍。

表13-11 ETFE树脂的电性能

改性ETFE共聚物的透气率见表13-12。

表13-12 改性ETFE共聚物的透气率

相关链接：氟乙烯类精细高分子的物理性质（二）