1、聚四氟乙烯在井下工具中的应用摘 要：阐述聚四氟乙烯高分子化合物优良的物理性质和化学性质及由此形成的优异的化学稳定性、耐腐蚀性、耐气候性、电绝缘性、低摩擦和不粘性等特点；介绍它已在各工业领域广泛应用，重点分析它在油田开发中对井下采油管柱进行涂层处理后，其稳定的耐腐蚀性等方面的应用和发展前景。 关键词：聚四氟乙烯 防腐 涂层 采油工程 聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene)缩写为为 PTFE，我国简称氟纶，也有称含氟纤维，美国和日本的商品名为特氟纶（Teflon） 。1938年,美国新泽西州杜邦研究实验室的 R.S.Plunkett 博士首先发明了聚四氟乙烯1，1946 年
2、实现商品化，1954 年开始投入工业化生产。PTFE 为四氟乙烯(TFE) 单体的高结晶聚合物, 一种通过氟原子取代聚乙烯中氢原子、由人工合成的高分子材料，白色, 无毒, 无味。其聚合物分子是由一( 一 CF2 一 CF2 一)一结构单元重复连接而成,是目前各行业中应用最新型的工程塑料。由于其优良的物理、化学性质，具有耐腐蚀性，耐气候性，电绝缘性，高润滑、低摩擦性和不粘性等，被美誉为“塑料王” ，“永不沾污的涂层” ，并得到不断发展。 目前，聚四氟乙烯已在国防、航天、航海、化工、机械、石油、纺织、食品、医疗、电器、环保等领域广泛应用，在油田开发中的应用也日益广泛，前景看好。 一、聚四氟乙烯的物
3、理、化学性质 PTFE 是一种高度对称和不带有极性、不含有任何支链的线型高分子化合物，从而形成优异的物理、化学特性。 1.物理特性 PTFE 是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，由于它特殊的分子结构，从而形成了优异的物理、化学特性。PTFE一般结晶度为 9095%，熔融温度为 327342。聚四氟乙烯分子中 CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的 CF2 单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面，因此具有优良的力学特性：PTFE 由于摩擦因数小，是现有合成材料中最小的，而且可在较大的温度和荷重范围内保
4、持不变；PTFE 其表面张力极小，可避免表面张力在 0.02N/m 以上的液体所润湿，因此具有不粘附任何物质的属性。聚四氟乙烯是最难燃的有机物，在空气中不燃烧，其极限氧指数高达 95%，具有优异的电性能，是理想的 C 级绝缘材料。 2.化学性质 PTFE 具有耐化学俯视、耐候性。PTFE 除熔融的碱金属外，几乎不受任何化学试剂腐蚀。经试验 PTFE 在浓硫酸、硝酸、盐酸、王水中，其重量、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。PTFE 不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性2。 二、聚四氟乙烯在采油工程上的应用 随着油田逐渐进入了高含水期，采油工程
5、技术逐渐步入三次采油阶段，聚合物，三原溶液等高粘附性，强腐蚀性溶液在采油工程中应用后，对井下工具的要求有了进一步的提高。改性聚四氟乙烯对酸碱腐蚀介质具有良好的化学稳定性，可取代金属、陶瓷用于防腐工程，特别适合用于高温、强烈腐蚀的场合，在井下工具的关键防腐部位起着至关重要的作用。此外，聚四氟乙烯是目前表面能最小的一种固体材料，表面张力仅 0.019N/m，几乎所有的固体材料都不能粘附在其表面，只有表面张力在 0.02N/m 以下的液体才能完全浸润其表面。可以有效缓解井下工具在注入聚合物、三元溶液等高粘附性的液体后，工具管壁结垢，易堵塞的问题。 下图为对井下工具进行解剖(井下工作时间 8 个月)，
6、涂层表面无腐蚀、结垢现象发生。 “聚合物驱全过程一体化分注工艺”技术为了满足在聚合物、三元溶液中长期工作的要求，在井下工具的关键易结垢部位喷涂了 PTFE 防腐蚀涂层，可延长工具使用寿命 3 倍以上，解决了由于井下工具腐蚀严重而不得不进行重新作业的问题。使井下工具在聚合物、三元溶液中长期工作成为可能，从而促进了三次采油技术的大规模推广。 随着科技进步，传统耐蚀非金属材料制防腐蚀设备发展日益完善，新型耐蚀非金属材料制品不断涌现。聚四氟乙烯防腐蚀产品在采用新技术、新材料开发防腐蚀新产品的浪潮中一枝独秀迅速发展。聚四氟乙烯所具有的高度化学稳定性，使其能耐几乎所有的常用强腐蚀、强氧化性化学物质，同时还
7、具有耐高温的特点，所以他是一种理想的防腐蚀材料，通过加工成型工艺的研究，聚四氟乙烯产品在采油工程中的应用越来越广泛了3。 三、聚四氟乙烯在采油工程其他方面的应用 1.密封件 由于聚四氟乙烯良好的耐热性和耐化学品性,它可以作为优异的密封材料使用。但考虑到 PTFE 的冷流性在密封件上的缺点，需提高其耐压能力只有从密封件结构的设计来考虑弥补。 PTFE 生料带具备强度高、纤维长的特点,又由于其塑性较大、压延性较好,经试验用在凹凸不平或结构精密的表面更显其高效,试验中只需要施加较小的压紧力就可完全密封,具有很好的密封性能并且可提高抗腐蚀能力。滑动部件的密封使用 PTFE 填料, 具有一定压缩性回弹性
8、、滑动时阻力小,而且它可以获得良好的耐腐蚀稳定性。填充 PTFE 密封材料使用温度范围广泛,是目前传统石棉垫片材料的主要替代物,更兼有高模量、高强度、抗蠕变、耐疲劳、以及导热率高、热膨胀系数和摩擦系数小等性能,加入不同的填充料更可扩大应用范围。 2.摩擦零件 PTFE 下摩擦件多常用于机械工程上,包括活塞环、轴承(包括多孔铜浸渍塑料金属轴承)及齿轮等。以活塞环为例,它是动力机械中一个重要零件,关系到动力机械的性能,其工作环境十分苛刻。为此,一般采用填充PTFE 制作，不但不需要润滑油,还具有较强的密封作用。与此同时,PTFE可用于环境十分苛刻的印染、造纸、轻纺和食品等工业的运动传递和动力传递元
9、件使用的齿轮与轴承。因它具有耐腐蚀、振动小、噪声低、不污染、质量轻、自润滑性好等多项优点,因此受到广泛应用4。 四、结语 近几年国外对聚四氟乙烯的应用研究，已使其成为一种十分成熟的材料，我国虽已有一定发展，但在其加工成型工艺和改性研究反面与国外还有较大差距。聚四氟乙烯在多方面具有优异的性能，是其它材料不可比拟的，应用领域十分广阔。 随着聚四氟乙烯应用技术的不断发展，已将其性能提高到一个新的层次，使采油工程领域内曾经许多无法实现的设想成为可能。聚四氟乙烯经过填充改良后，不但可保持其原有的特性外，还可以降低冷流性及线胀系数，改善尺寸稳定性，提高耐磨性和导热性，且综合力学性能得到改善，因而可广泛应用于采油工程的各个领域，用来制备密封件、摩擦零件、防腐部件以及电绝缘件等等，具有广阔的应用前景。 参考文献 1钱知勉.塑料性能应用手册.修订版.上海:科学技术文献出版社,1988,285. 2刘荣清 聚四氟乙烯在纺织器材上的应用 棉纺手册 3马双林, 马文峥. 聚四氟乙烯防腐蚀产品简述J.化工装备技术,1997,18(4):52. 4邹济林.聚四氟乙烯在机械工程上的应用J.工程塑料应用,1999,27(1):21.
