氟樹脂是甚麼？
-用途、種類、和 Fluoro Surf 的差異之解説！
氟樹脂是工業上廣泛使用的材料；具有耐化學藥品性、耐熱耐寒性、表面光滑性、耐磨性等優異的性能，因此應用於多種領域。
另外，氟素塗層劑產品 Fluoro Surf 與氟樹脂有一些相似之處，但也有一些不同之處，受到了許多人的關注。
在這篇文章中，我們將解釋氟樹脂的特性、與 Fluoro Surf 的差異、以及氟樹脂的種類，正在考慮引進氟樹脂的人敬請參考本文。
目錄
總結
1. 氟樹脂是甚麼?
氟樹脂是從螢石中提取氟並將其轉化為樹脂而製成。它具有耐化學性、電絕緣性、高溫穩定性、不燃性等特性。
氟樹脂有多種類型，其中最著名的是聚四氟乙烯(PTFE)。
PTFE 是美國於二戰期間研發，並在戰後商品化；目前，它被用於煎鍋和熨斗的不沾塗層。同時也藉由置換部分氟樹脂成分，進行更方便容易使用的新材料之開發研究和利用。
儘管它們一般來說是昂貴的材料，並且有施工難度上的缺點；但它們無疑是特定應用的重要材料。
1-1. 氟樹脂的原料「螢石」是甚麼？
氟樹脂的氟素是以稱為「螢石」的鑛石為原料。
天然的螢石因所含的不純物呈現綠色、紫色或粉紅色等色澤。同時，它也有在曝露在黑光下時會發光的特性。
其主成分為氟化鈣(CaF2)，是冶煉鐵或其他金屬不可欠缺的重要原料。
氟樹脂有多種類型，製造方法也各不相同；這次我們將介紹如何用螢石製造氟樹脂當中的
PTFE 的製作方法。
首先，將硫酸加入螢石中，生成氟化氫(HF)；再在氟化氫中添加氯仿(CHCl3)並進行熱分解，就
會生成離氟樹脂更近一步的材料，四氟乙烯(C2F4)。四氟乙烯依各種化學反應，聚合生成氟樹脂。
2. 氟樹脂是甚麼？特性的簡單說明
氟樹脂是由氟原子和碳原子結合而成的塑膠的總稱。它化學性質安定，具有其他材料所沒有的許多特性。
氟樹脂的主要性能如下表所列：
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氟樹脂的主要特性 |
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耐熱性 |
由於存在具有高鍵能的原子，因此具有高耐熱性； 適合在-196 至 400 度之間的溫度下使用。 |
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低溫下耐衝撃性 |
在低溫環境下也表現出優異的抗衝擊性； 氟樹脂的特性之一是在-196 度下也表現出 5%的伸長率。 |
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耐燃性 |
氟樹脂不易與氧結合，能耐受電子的分解力，即使在高溫下也不易燃燒。 |
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電絕緣性 |
在 15,000 至 20,000 伏特的高電壓下，它也能提供絕緣電阻；很適合在電氣和電子領域的應用。 |
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低摩擦性 |
被譽為固體材料中摩擦係數極低的材料。 |
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非粘着性 |
它具有高度非黏性；與樹脂表面接觸的物質黏附的情況幾乎不存在。 |
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耐化性 |
可以不受普通化學品影響地使用。 |
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無毒性 |
對人體無毒性，可用於食品。 |
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耐紫外線性 |
由於不易因紫外線而變質，因此可在戶外長期使用。 |
2-1. 關於氟樹脂加工
氟樹脂加工就如字面意思，是加工和使用氟樹脂，主要用於電路板防水等工業用途。
一般來說似乎是一個陌生的名詞，但在我們的日常生活中也會使用到。簡單易懂的如煎鍋、鍋子等的塗層。
加工方法有多種，但大多採用氟樹脂加工。通常也稱為「鐵弗龍加工」。煎鍋以及鍋子等藉氟素塗層提昇耐摩耗性，防止食物沾黏或燒焦。同時，一般認為它能承受約-200 至 400 度的溫度，具有優異的耐熱性，使其用途廣泛，在日常生活中且非常有用。
2-2. 和 Fluoro Surf 的差異
Fluoro Surf 是 Fluorotechnology 公司的「氟素塗層劑・撥水撥油處理劑」。
氟樹脂和 Fluoro Surf 的共同點為，同樣擁有撥水撥油、防水防潮、防汚等特性。藉由 Fluoro Surf，得以解決製造加工等製程上所遇到的各種問題。然而，由於氟樹脂和 Fluoro Surf 在某些施工方法和特性方面有所不同，因此根據用途和目的，採用適當的材料非常重要。
氟樹脂和 Fluoro Surf 有下述的幾項差異：
〇 產品形狀
氟樹脂的外形為樹脂的粉體，Fluoro Surf 為溶解液態的特殊氟樹脂。
〇 施工製程
氟樹脂的施工為粉體塗裝後加熱燒結。需要專業技能及專用設備。無法在非耐熱性材料
上施工。
Fluoro Surf 為液態，如同一般的塗料，可用刷毛塗刷、浸漬塗佈、噴塗等方式簡單地塗佈，在常溫下乾燥。無技術的也不需專用設備即可施工；同時，非耐熱性材料也可施工。
〇 皮膜的外觀及膜厚
氟樹脂的皮膜外觀為白色不透明，膜厚約 5～100 微米。而 Fluoro Surf 的皮膜外觀則為透明、膜厚約為 0.01～40 微米左右。
〇 耐熱性
相對於氟樹脂約為 400 度的耐熱性，Fluoro Surf 的耐熱性熱可塑型為 80～120 度，熱硬化型為 200～250 度。
Fluoro Surf 的氟樹脂係基於累積的加工技術合成的；可以改變各種規格以控制特性、膜厚以及改變所使用的溶劑
2-3. 使用氟樹脂的行業
氟樹脂具有優異的不黏性、撥水性、耐熱性和耐電氣性，是當今工業不可或缺的材料。
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化學 |
配管、閥門、濾芯、桶槽等 |
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汽車 |
壓縮機・傳感器・安全帶・電子機器等 |
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工業生産 |
滾輪、模具、輸送帶、搬運機器等 |
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家電 |
電線、滑動零件等 |
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小工具相關 |
顯示板塗層、電路板、佈線等 |
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半導體 |
半導體的耐化學加工處理等 |
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配線電纜 |
電力供給、通信用等屋外配線之保護 |
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能源産業 |
探掘作業、熱交換機等 |
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航空/太空 |
太空船設備和線路的保護 |
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醫療 |
藥品包装、醫療用管件、注射劑瓶塞等 |
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軍事 |
軍用機器、通信機器、軍用鏡頭等 |
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食品 |
麵包餅干機械器具、圓桿、包裝機等 |
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清掃 |
清掃用具、防汚加工等 |
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農業 |
農業用器具、割草機等 |
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土木/建築 |
電動機器、建築用膜材、塗料等 |
如此，氟樹脂被應用於許多領域和產業。未來氟樹脂市場預計將持續溫和成長，預計至 2027 年止將以年均 4.3%的成長速度成長。
2-4. 氟樹脂按領域的使用狀況
氟樹脂被應用於許多行業，其比例因領域有別。
如圖所示，可以看出半導體領域使用氟樹脂最多。
其次，氟樹脂廣泛應用於需要精度、耐用性和耐化學性的領域如汽車工業和工業機械。
2-5. 鐵弗龍(Teflon)是甚麼 ?
鐵弗龍(Tefon)是氟樹脂的一種，為化學製造商杜邦公司的商標；所以杜邦公司為 Teflon 的唯一製造商。
Teflon 是偶然發現的，最初是在研究由碳和氟製成的冷媒時在氣瓶內發現了一種白色物質。由於這種冷媒是 Flon(碳氟化合物)，因此被命名為 Teflon「鐵弗龍」。
Teflon 是氟樹脂的一種，因此是一種具有高耐熱性、化學穩定性、耐候性的物質。
另一方面，由於其低摩擦性的特性而存在難以加工的問題，且因其難加工以致材料昂貴。
Teflon 於 1938 年首次被發現；但當初它被發現時，由於導入成本高昂，需求似乎很低。後來，由於其化學穩定性，被採用作為耐化學包裝材料，從此就引入到各個行業。
3. 氟樹脂的種類
氟樹脂所含的主要材料有 PTFE、PFA、FEP 等共 8 種。
氟樹脂根據元素的組合有多種類型；但其結構可分為兩大類：全氟化樹脂和部分氟化樹脂。
全氟化樹脂(Perfluoro)是一種有機氟化合物，其結構中烴基中的氫全部被氟取代。
PTFE (polytetrafluoroethylene, 聚四氟乙烯)
PFA (tetrafluoroethylene 四氟乙烯/perfluoroalkylvinylether 全氟烷基乙烯基醚 共聚物)
FEP (tetrafluoroethylene 四氟乙烯/hexafluoropropylene 六氟丙烯 共聚物)
以上這些是全氟化樹脂。
部分氟化樹脂是指氫或氯部分被氟取代的聚合物，或與烴單體的聚合反應生成的聚合物。
PVDF (polyvinylidene difluoride, 聚偏二氟乙烯)
PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene, 聚三氟氯乙烯)
ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene, 乙烯/四氟乙烯共聚物)
ECTFE (Ethyele Chlorotrifluoroethylele, 乙烯/三氟氯乙烯共聚物)
PVF (Polyvinyl fluoride, 聚氟乙烯)
以上是部分氟化樹脂之例。
每種氟樹脂材料依類型不同，具有不同的分子結構，並依分子結構，具有獨特的特徵和性能，因此在處理氟樹脂時，有必要了解每種材料。這雖取決於產品，但一般來說，全氟化樹脂具有氟素不粘性、耐腐蝕性等強大性能，但價格偏高而耐久性相對較低。儘管部分氟化樹脂中氟的性能往往略低於全氟化樹脂，取決於元素的組合，它們具有更耐用的優點，並且具有全氟化樹脂沒有的特性。
下面我們要介紹這 8 種氟樹脂的名稱、特性和典型用途，請參考：
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氟樹脂的種類 |
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PTFE |
Polytetrafluoroethylene |
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PFA |
Perfluoro alkoxy alkane |
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FEP |
Perfluoro ethylene propylene copolymer |
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ETFE |
Ethylene tetrafluoroethylene copolymer |
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PCTFE |
Polychlorotrifluoroethylene |
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ECTFE |
Chlorotrifluoroethylene ethylene copolymer |
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PVDF |
Polyvinylidene fluoride |
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PVF |
Poly Vinylidene Fluoride |
PTFE 的化學名為聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)。
具高耐熱性、非粘性、耐化學性的 PTFE 在氟樹脂中最廣為使用，約佔總需求的 60％。
另外要注意的是，PTFE 有懸浮聚合和乳化聚合兩種產品類型。
懸浮聚合型用於板材或管材的壓縮成形，乳化聚合型用於電線外皮的擠出成形以及塗層材料等。
我們稍後會再詳細討論 PTFE。
3-2. PFA
PFA 的化學名為全氟烷氧基烷烴(Perfluoro alkoxy alkane)。
PFA 的開發是為了提高 PTFE 的加工性能。所以，PFA 具有與 PTFE 相同的耐熱性、非黏性、耐化學性，也易於溶接和成型。
另外，PFA 又分為普通品和高純度品兩種，普通品用於墊圈、電線外皮材料、耐腐蝕襯裡等，高純度品用於半導體零件、液晶等。
3-3. FEP
FEP 的化學名為全氟乙烯-丙烯共聚體 (Perfuluoro ethylene propylene copolymer)。FEP也是和 PFA一樣，是為了提高 PTFE 的加工性能而開發的。雖然與 PTFE 相比耐熱性較差，但 FEP 的優點是它沒有 PTFE 所具有的室溫轉變點。
FEP 的主要用途從電線被覆材料、配管材料，到變壓器的絕緣薄膜、餅干造型模、密封墊片等都有使用。
3-4. ETFE
ETFE 的化學名為乙烯四氟乙烯 (Ethylene-tetrafluoroethylene)。 FTFE 由聚四氟乙烯和乙烯的共聚物製成。
ETFE 的特性為機械強度高，也具有電絕緣性和耐輻射性。
ETFE 和FEP 一樣常用於電線披覆材料、塗層、管材等；其耐腐蝕塗層較厚，也被用作化學品儲槽的材料。
3-5. PCTFE
PCTFE 的化學名為聚三氟氯乙烯 (Polychlorotrifluoroethylene)。 PCTFE 可以三氯三氟乙烷在甲醇中脫氯合成而得。
PCTFE 的特性為具有高透明性、耐化學性、耐衝撃性、耐腐蝕性、耐輻射性。同時，PCTFE 還具有對水蒸氣和氣體滲透性低的特性。
因此，PCTFE 主要用於軸承等的機械零件和觀察窗、藥品包裝膜、高腐蝕性化學溶液管路等。
3-6. ECTFE
ECTFE 的化學名為三氟氯乙烯-乙烯共聚物(Chlorotrifluoroethylene ethylene copolymer)。 ECTFE 是經由乙烯和三氟氯乙烯聚合技術製成。ECTFE 的特性為，優異的電氣特性、耐輻射性、耐化學性以及高溫環境不會減損機械強度。同時，ECTFE 可應用於塗覆化學品貯槽、管路和需要阻隔性能的零件。不過，現在在日本 ECTFE 大部分已沒有在使用。
PVF 的化學名為聚氟乙烯 (Poly Vinyl Fluoride)。 PVF 由氟乙烯聚合而得。
PVF 的特點包括高機械強度和耐候性，以及其他氟樹脂所具有的耐熱性和耐化學性。此外，太陽能電池背板可以說是 PVF 的主要應用領域。特別是，片狀 PVF 可應用於金屬、木材或塑料，可用於室內外建築材料和屋頂表面材料。
3-9. 總表
主要的氟樹脂種類列表於下：
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類別 |
名稱 |
特性 |
最高使用温度 |
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全氟化樹脂 |
PTFE |
無黏性、撥水、撥油、低摩擦、耐化學性。氟樹脂中最常使用的。 |
260℃ |
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PFA |
與 PTFE 特性相當，但可高度加工，例如能夠熔融成型。 |
260℃ |
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FEP |
相容於熔融擠出成型、射出成型及轉換成型 |
200℃ |
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部分氟化樹脂 |
ETFE |
絕緣性、耐輻射、機械強度高的材料 |
150℃ |
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PCTFE |
耐化性、耐腐蝕性、高透明性が高，使用於軸承、包裝薄膜等。 |
120℃ |
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ECTFE |
具硬度和優良的彈性係數，也有高度阻燃性，因此用於需要強度的場合。 |
150℃ |
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PVDF |
具有硬度、氟樹脂最高的誘電率。 |
150℃ |
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PVF |
耐熱性、耐候性、染色性皆佳，用於各種產品的表面塗裝。 |
- |
4.氟樹脂中被廣泛使用的 PTFE 是甚麼? PTFE (Polytetrafluoroethylene, 聚四氟乙烯)是一種熱塑性塑料，佔所有氟樹脂需求量的一半以上。
最初是由美國杜邦公司的 R.J. Plunkett 博士在進行氟碳氣體相關的研究時，透過碳氟化合物的聚合反應發現的。
「TEFLON®」這個名稱由杜邦公司於 1944 年註冊為商標，已被廣泛認可，而其實 Teflon® =PTFE。
二戰期間被軍方所使用，戰後開始工業化使用，應用於煎鍋等炊具、塗料、離型劑等日常用品。
4-1. PTFE 的特性
如前所述，PTFE 具有優異的耐熱性、不黏性和耐化學性。這主要是由於 PTFE 的分子結構具有
碳和氫鍵合，其獨特的原子排列具有緊密的對稱性和高分子量，使其具有電穩定性。
與氫、氧、氯等相比，其與碳的鍵結強度極強，不易受熱、紫外線等外在影響。這一特性表現在其高耐熱性、耐化學性、耐候性。
由於不易受高周波影響，它具有優異的電氣性能，也被用作絕緣材料。
另外，氟樹脂分子間吸引力弱，表面張力低。水和油這類的分子間有很強的吸引力，表面張力高；可以排斥水和油。(=撥水性/撥油性)
4-2. PTFE 的成形法
PTFE 通常使用以下方法之一形成：
・壓縮成型法
・液壓成型法
・柱塞擠壓成型方式
此方法是將 PTFE 粉末放入模具中，壓製預成型，然後燒製。它用於加工成板材、片材和坯料。〇 液壓成形法
這是利用像橡膠膜一樣伸縮的膜和液壓，對 PTFE 粉末進行壓縮成型的方法。適用於燒杯、罐等寬口零件的成型。
〇 柱塞桿壓縮成形法
此方法是將 PTFE 粉末放入空腔中，用柱塞桿壓縮，然後同時在燒製和冷卻時將其擠出。它用於製造圓棒等產品。其他應用包括用於製
造密封墊片等的自動預成型，以及用於對片材進行氟處理的浸漬塗層。
總結
氟樹脂是一種具有化學穩定結構並表現出優異性能的材料。含氟聚合物因其耐熱性、耐化學性、電絕緣性和不粘性等特性而被用於多種行業。此外，氟素塗層劑 Fluoro Surf 是具有氟樹脂共同特性的產品。Fluoro Surf 不需要任何特殊技能或設備來施工，因此很容易導入。
