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聚四氟乙烯(PTFE)基本常識

   日期:2023-05-03 01:53     瀏覽:354    
核心提示:>在氟塑料中,聚四氟乙烯消耗最大,用途最廣,它是氟塑料中的一個重要品種。聚四氟乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)是把聚乙烯中全部氫原子被氟原
>在氟塑料中,聚四氟乙烯消耗最大,用途最廣,它是氟塑料中的一個重要品種。聚四氟乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)是把聚乙烯中全部氫原子被氟原子取代而成。
產(chǎn)品名稱: 聚四氟乙烯
英文名: Polytetrafluoroethylene
別 名: PTFE;鐵氟龍;特氟龍;teflon;特氟隆;F4;塑料之王;テフロン(日語)【英文縮寫為PTFE,商標(biāo)名Teflon®,中文譯名各地不同:大陸譯為特富龍®,香港譯為特氟龍®,臺灣譯為鐵氟龍®】
分子式: [CF2CF2]n
生產(chǎn)方法:聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進行的,用以分散反應(yīng)熱,并便于控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2壓力下進行,可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發(fā)劑,也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑,例如全氟辛酸或其鹽類。
用 途: 可制成棒、板、管材、薄膜及各種異型制品,用于航天、化工、電子、機械、醫(yī)藥等領(lǐng)域。
備 注:
聚四氟乙烯[PTFE,F4]是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一,因此得"塑料王"之美稱。它能在任何種類化學(xué)介質(zhì)長期使用,它的產(chǎn)生解決了我國化工、石油、制藥等領(lǐng)域的許多問題。聚四氟乙烯密封件、墊圈、墊片. 聚四氟乙烯密封件、墊片、密封墊圈是選用懸浮聚合聚四氟乙烯樹脂模塑加工制成。聚四氟乙烯與其他塑料相比具有耐化學(xué)腐蝕與耐溫優(yōu)異的特點,它已被廣泛地應(yīng)用作為密封材料和填充材料。
具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和卓越的耐化學(xué)腐蝕能力,如耐強酸、強堿、強氧化劑等,有突出的耐熱、耐寒及耐摩性,長期使用溫度范圍為-200-+250℃,還有優(yōu)異的電絕緣性,且不受溫度與頻率的影響。此外,具有不沾著、不吸水、不燃燒等特點。懸浮樹脂一般采用模壓,燒結(jié)的辦法成型加工,所制得的棒、板或其他型材還可進一步用車刨、鉆、銑等機加工方法加工。棒材再經(jīng)車削牽伸可制成定向薄膜。
聚四氟乙烯(PTFE)特性:
1.強度(高強度-重量比)
2.化學(xué)惰性
3.生物適應(yīng)性
4.高熱阻
5.嚴(yán)酷環(huán)境中的高化學(xué)阻抗
6.低可燃性
7.低摩擦系數(shù)
8.低介電常數(shù)
9.低吸水性
10.良好的風(fēng)化屬性
詳細介紹:
聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。商品名為“特氟隆”(teflon)。被美譽為“塑料之王”。聚四氟乙烯的基本結(jié)構(gòu)為. - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -. 聚四氟乙烯廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的,它本身對人沒有 毒性,但是在生產(chǎn)過程中使用的原料之一全氟辛酸銨(PFOA)被認為可能具有致癌作用。

聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達一千萬以上,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
化學(xué)性質(zhì):
聚四氟乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)是把聚乙烯中全部氫原子被氟原子取代而成。它的分子式為:
PTFE分子中F原子把C-C鍵遮蓋起來而且C-F鍵鍵能高特別穩(wěn)定,除堿金屬與元素氟外它不被任何化學(xué)藥品侵蝕。
PTFE分子中F原子對稱,C-F中兩種元素共價相結(jié)合,分子中沒有游離的電子,整個分子呈中性。使PTFE具有優(yōu)良的介電性能,因為PTFE分子結(jié)構(gòu)中沒有克鍵,所以它的結(jié)晶度很高。由于PTFE分子外有一層惰性的含氟外殼,使它具有突出的不粘性能與低的摩擦系數(shù)。
絕緣性:不受環(huán)境及頻率的影響,體積電阻可達1018歐姆•厘米,介質(zhì)損耗小,擊穿電壓高。
耐高低溫性:對溫度的影響變化不大,溫域范圍廣,可使用溫度-190~260℃。
自潤滑性:具有塑料中最小的摩擦系數(shù),是理想的無油潤滑材料。
表面不粘性:已知的固體材料都不能粘附在表面上,是一種表面能最小的固體材料。
耐大氣老化性,耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露于大氣中,表面及性能保持不變。
不燃性:限氧指數(shù)在90以下。
耐化學(xué)腐蝕和耐候性:除熔融的堿金屬外,聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸,甚至在王水中煮沸,其重量及性能均無變化,也幾乎不溶于所有的溶劑,只在300℃以上稍溶于全烷烴(約0.1g/100g)。聚四氟乙烯不吸潮,不燃,對氧、紫外線均極穩(wěn)定,所以具有優(yōu)異的耐候性。
雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時,聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時的失重速率(%)每小時分別為1×10-4、4×10-3和9×10-2??梢?,聚四氟乙烯可在 260℃長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等,所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火。
它在250℃的溫度下不熔化,在-260℃的超低溫中不發(fā)脆。聚四氟乙烯光滑異常,連冰都比不過它;它絕緣性能特別好,報紙厚的一層薄膜,便足以抵擋1500V的高壓電。
物理性質(zhì):
聚四氟乙烯的機械性質(zhì)較軟。具有非常低的表面能。
聚四氟乙烯(F4,PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能:耐高溫—長期使用溫度200~260度,耐低溫—在-100度時仍柔軟;耐腐蝕—能耐王水和一切有機溶劑;耐氣候—塑料中最佳的老化壽命;高潤滑—具有塑料中最小的磨擦系數(shù)(0.04);不粘性—具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì);無毒害—具有生理惰性;優(yōu)異的電氣性能,是理想的C級絕緣材料。聚四氟乙烯材料,廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。
產(chǎn) 品:聚四氟乙烯棒材、管料、板材、車削板材。 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為 。20世紀(jì)30年代末期發(fā)現(xiàn),40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì) 聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達一千萬以上,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
力學(xué)性能:它的摩擦系數(shù)極小,僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低,所以聚四氟乙烯具有不粘性。
電性能:聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
耐輻射性能:聚四氟乙烯的耐輻射性能較差(104拉德),受高能輻射后引起降解,高分子的電性能和力學(xué)性能均明顯下降。
聚 合:聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進行的,用以分散反應(yīng)熱,并便于控制溫度。聚合一般在40~80℃,3~26千克力/厘米2壓力下進行,可用無機的過硫酸鹽、有機過氧化物為引發(fā)劑,也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑,例如全氟辛酸或其鹽類。
膨脹系數(shù)(25~250℃)10~12×10-5/℃。
聚四氟乙烯在-196~260℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能,全氟碳高分子的特點之一是在低溫不變脆。
聚四氟乙烯性能表:
名稱 單位 指標(biāo)
密  度 ㎏/m3 2.10-2.30×103
結(jié) 晶 度 % 樹脂93~97
淬火制品50~65
不淬火制品63~85
熔  點 ℃ 3 27
熱變形溫度 ℃ 55
維卡軟化點 ℃ 110
熱分解溫度 ℃ >415
線膨系數(shù)(垂直于壓力方向) 1/℃
20~60℃ 10.3×10-5
20~100℃ 10.5×10-5
20~150℃ 11.4×10-5
20~200℃ 12.8×10-5
導(dǎo)熱系數(shù) W/m.K 0.256
泊松比(25℃) 0.40
折 光 率 % 1.37
吸 水 率 <0.01
對水的接觸角 114°-115°
表面脹力 N/Cm 18.5×10-5
介電常數(shù)(10H2) ≤1.8-2.2
體積電阻率 Ωm ≥1×1015
表面電阻率 Ω >1010
耐 電 弧 s ≥300
拉伸強度 MPa 27.6
斷裂伸長率 % 238
壓縮彈性模量 MPa 280
壓縮強度5% MPa 12.9
沖擊強度(缺口) KJ/m2 2.0
彎曲強度 MPa 20.7
彎曲彈性模量 MPa 700
磨擦系數(shù)(負荷2MPa)(時間30mm) 0.11
磨損量(同上) mg 249
磨痕寬度(同上) mm 15.8
注:為HG2-234-76聚四氟乙烯樹脂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)值。
為本廠按“塑料試驗方法”(國際)測定所得的實測值。
應(yīng)用領(lǐng)域:
聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型;也可制成水分散液,用于涂層、浸漬或制成纖維。聚四氟乙烯在原子能、國防、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理、制藥、醫(yī)療、紡織、食品、冶金冶煉等工業(yè)中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料,絕緣材料,防粘涂層等,使之成為不可取代的產(chǎn)品。
聚四氟乙烯及其填充產(chǎn)品:
一、通用材料
各種棒、管、板膜、帶、繩、盤根、墊片。
二、防腐類
1.管道及配件:純聚四氟乙烯管;聚四氟乙烯內(nèi)襯管;外纏玻鋼鋼管;鋼復(fù)合法蘭;
2.化工容器內(nèi)襯:聚四氟乙烯內(nèi)襯釜;聚四氟乙烯內(nèi)襯槽;聚四氟乙烯內(nèi)襯塔;
3.熱交換器;
4.波紋伸縮管;
5.閥門及泵的主要部件;
6.鋼絲增強滿壓軟管;
7.過濾材料。
聚四氟乙烯膜經(jīng)過縱橫雙向拉伸內(nèi)大量氣孔,是一種新材料,將它與其他織物復(fù)合,即可制成煙塵固相防腐過濾袋或良好的防水透氣、防風(fēng)得暖的雨具運動服、防寒服、特種防護服和輕便帳篷,制藥用空氣壓縮空氣、各種溶劑的無菌過濾及電子工業(yè)中高純氣體的過濾。
1.靜密封:夾層墊片;坐料帶;彈性密封帶;
2.動密封(編制盤根、環(huán)形密封件):V型密封體——用于軸、活塞桿、閥門;渦輪泵內(nèi)密封件;聚四氟乙烯與橡膠的復(fù)合密封環(huán);帶波紋管可伸縮的機械密封。
四、承荷類
1.填充聚四氟乙烯軸承,用于食品化工造紙、紡織機械;
2.多孔銅浸漬氟塑料金屬軸承,可在高溫高壓干摩擦、真空條件下正常使用;
3.聚四氟乙烯纖維軸承的聚四氟乙烯纖維與玻纖或其他纖維混紡的復(fù)合織物制成的軸承內(nèi)襯,用于低速高負荷;
4.填充聚四氟乙烯活塞環(huán),導(dǎo)向環(huán),機床導(dǎo)軌和橋梁滑塊;
五、絕緣類:
1.電線電纜的C級絕緣材料;
2.雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子引水管和熱電偶的護套;
3.高頻、超高頻通訊設(shè)備和雷達的微波絕緣材料;
4.印刷線路基板及馬達、變壓器(含氣體變壓器)絕緣材料;
5.空調(diào)、電子爐、各種加熱器及六氟化硫斷路器的絕緣材料;
六、防粘類:
1.漿紗機熱輥上的聚四氟乙烯玻璃布包覆層——可免除化學(xué)漿料形成的粘輥現(xiàn)象,大大提高生產(chǎn)速率和坯布質(zhì)量;
2.食品工業(yè)的微波干燥輸送帶——較之其他材料的輸送帶有不吸收微波能量,不粘物因之有節(jié)電、清潔優(yōu)點;
3.聚乙烯袋裝封口的熱合套防粘材料;
4.防粘涂層——用于廚房用鍋、烘面包的烤模、冷凍食品儲存托盤、電熨斗托底、復(fù)印機夾輥;
七、耐溫類:
1.微波爐的驅(qū)動傳動裝置,如微波爐的連軸器、滾輪;
2.各種制冷機、空調(diào)、制氧機、壓縮機的耐溫配件;
八、其他類:
1.人體代用動脈、靜脈血管、心臟膜;
2.內(nèi)窺鏡、鉗導(dǎo)管,氣管;
3.其他管、瓶、濾布等醫(yī)療器材。
聚四氟乙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀與改性進展
l 生產(chǎn)現(xiàn)狀
由于分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子等因素,PTFE表現(xiàn)出高度化學(xué)穩(wěn)定性、極強的耐高低溫性能、突出的不粘性、異常的潤滑性及優(yōu)異的電絕緣性能、耐老化性和抗輻射性、極小的吸水率等特點被稱為“塑料王”。廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、機械、電子電器、建筑、紡織等諸多領(lǐng)域。
氟樹脂由于其獨特性能,全球產(chǎn)量與消費量快速增加,目前全球氟樹脂的消費量約為12萬t,其中70%左右為聚四氟乙烯(PTFE),全球PTFE產(chǎn)品分為懸浮聚合樹脂、分散法聚合樹脂、濃縮分散液三類,大致構(gòu)成約為52%、28%、20%。目前全球PTFE生產(chǎn)廠家約為20余家,遍布世界十幾個國家和地區(qū),生產(chǎn)與消費主要集中在西方發(fā)達國家和地區(qū),國際上著名的PTFE生產(chǎn)企業(yè)主要有:美國杜邦公司、英國ICI公司、日本大金公司、德國的Dyneon公司、意大利的Ausimont公司、俄羅斯的基洛夫化學(xué)聯(lián)合企業(yè)等,其中杜邦公司、ICI公司、Dyneon和大金公司四家企業(yè)生產(chǎn)能力約占全球總生產(chǎn)能力的80%左右,可以說這些企業(yè)左右著未來PTFE生產(chǎn)與發(fā)展的命運,20世紀(jì)年代末期PTFE生產(chǎn)總格局隨著全球兼并重組的浪潮也進行較大規(guī)模的調(diào)整,許多企業(yè)之間進行了重組、轉(zhuǎn)讓和兼并,如 1999年ICI公司把聚合物業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)賣給日本旭硝子公司;赫司特公司把旗下的Dyneon的46%股份賣給合資伙伴3M公司;索爾維公司計劃收購意大利的Ausimont公司等。20世紀(jì)80年代至90年代全球PTFE呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展局面,許多公司紛紛新建和擴建PTFE裝置,近幾年來發(fā)展速度有所減緩,2002年全球 PTFE的生產(chǎn)能力約為 11萬t/a,預(yù)計 2005年全球生產(chǎn)能力將達到14萬t/a左右。
我國PTFE生產(chǎn)與研究起步較早,但是由于多種因素制約生產(chǎn)規(guī)模和工藝技術(shù)整體水平比較低,國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有上海三愛富新材料股份有限公司、濟南三愛富有限公司、晨光化工研究院二分廠、阜新化工廠等,年生產(chǎn)能力約為7000t/a。進人21世紀(jì)我國的PTFE業(yè)開始步人快速發(fā)展的階段,由于我國生產(chǎn)PTFE的基礎(chǔ)原料氟石資源豐富,約占世界總儲量的三分之一,除了得天獨厚的資源優(yōu)勢外,我國對PTFE的需求快速增加,因此近年來國內(nèi)部分企業(yè)計劃引進技術(shù)建設(shè)規(guī)模裝置,另外國外多家跨國公司在或計劃在中國建設(shè)氟樹脂項目,如浙江巨化引進俄羅斯技術(shù)合資建設(shè)年產(chǎn)數(shù)千噸的聚四氟乙烯裝置。常熟國際氟化工園建成后,阿托菲納公司進駐投資外;日本大金公司投資13.3億元在園區(qū)內(nèi)投資建設(shè)聚四氟乙烯裝置于2003年投產(chǎn);另外許多公司也紛紛提出人駐的意向??梢灶A(yù)計未來我國 PTFE業(yè)將迎來快速發(fā)展階段。
盡管PTFE具有良好的物化性能,但是也存在一些缺陷,如其機械性能較差、線膨脹系數(shù)較大、耐蠕變性差易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困難等缺陷。使其應(yīng)用受到一定限制,隨著我國PTFE產(chǎn)能快速增加,加強PTFE改性技術(shù)研究與應(yīng)用,開發(fā)新型高效的PTFE復(fù)合材料,已經(jīng)成為目前國內(nèi)PTFE的研究與發(fā)展方向。
2 PTFE的改性
為了改善PTFE存在的缺陷,可以通過增強、填充、復(fù)配和共混等多種手段對PTFE進行改性,以彌補自身缺陷,從而使開發(fā)出來的復(fù)合材料廣泛適應(yīng)于機械、電子電氣、航空航天、汽車等行業(yè)的零部件的制備,改性方法主要有表面改性、填充改性和共混改性。
2.l 表面改性
由于PTFE極低的表面活性和不粘性限制了它與其他復(fù)合材料的復(fù)合,因此必須對PTFE材料進行一定的表面改性,以提高其表面活性。常用技術(shù)有表面活化技術(shù),可以采用高能射線的輻射使其表面脫氟,在一定裝置和條件下與其他材料氟化接技;用一些惰性氣體的低溫等離子處理PTFE材料,發(fā)生碳—氟或碳—碳鍵的斷裂,生成大量自由基以增加PTFE的表面自由能,改善其潤濕性和粘接性;將PTFE浸人熔融的醋酸鉀中,在適宜溫度下處理形成具有一定活性的活化層;PTFE在一定配比的氫氧化鈉、二丙烯基三聚氰胺混合液加熱處理可以提高其表面活性;PTFE經(jīng)過一定強度和時間的電暈處理,可以形成可膠接的活化層?;瘜W(xué)腐蝕改性,將PTFE經(jīng)過一定化學(xué)試劑處理可以提高其表面活性,這些化學(xué)試劑可以是金屬鈉的氨溶液、萘鈉四氫呋喃溶液、堿金屬汞齊、五羰基鐵溶液等。表面沉積改性,將PTFE浸漬在某些金屬氫氧化物的膠體溶液中,使得膠體粒子沉積在PTFE表面。從而增大其濕潤性,改善其表面活性,而易于與其他材料復(fù)合。上述表面改性方法主要適應(yīng)于PTFE薄膜,通常PTFE薄膜進行適當(dāng)處理后,可使其與其他材料很好粘接復(fù)合,從而廣泛應(yīng)用于化工防腐村里、密封制品及潤滑裝置的設(shè)計與制造中,其主導(dǎo)思想是引人極性基團,增加界面結(jié)合力。
2.2 填充改性
在PTFE中加人填充劑,從而改善和克服PTFE的缺陷,目前填充PTFE制品是產(chǎn)量最大的PTFE樹脂產(chǎn)品,值得注意的是在國外PTFE填充技術(shù)都是由PTFE樹脂生產(chǎn)廠家完成,而我國PTFE填充技術(shù)都是由加工生產(chǎn)企業(yè)來完成。通過在PTFE樹脂填充無機類、金屬類和有機高聚物類等不同填料來改善PTFE的耐壓性、耐磨性和冷卻性,這些填料要求能經(jīng)受住PTFE的燒結(jié)溫度;不與PTFE反應(yīng);另外具有一定粒度并能改善PTFE的一些物化性能。
無機填充材料,常用無機材料主要有玻璃纖維、石墨、二硫化鉬和碳纖維等。填充PTFE的玻璃纖維一般為無堿玻纖,填充量為15%-25%,復(fù)合后PTFE的耐磨度可增加 500倍以上,耐蠕變性和抗冷流性都有較大程度提高與改善;二硫化鉬的加人可以有助于提高PTFE的硬度,降低初期的磨損量;石墨可以單獨使用,也可以與玻璃纖維或炭黑配合使用,石墨填充的PTFE具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性、壓縮蠕變性和較好的導(dǎo)熱性;少量碳纖維填充PTFE即可達到碳和石墨填充效果,而且具有極強的抗拉性能,但是碳纖維價格昂貴,應(yīng)用受到一定限制。
金屬填充材料,為了改善PTFE的機械性能、導(dǎo)熱性能和尺寸穩(wěn)定性,通常采用鐵、銅、鉛、鉬、鎢、銀等金屬及其氧化物來填充PTFE,目前關(guān)于金屬填充技術(shù)研究比較多,尤其是銅及其合金最為常用,銅粉填充PTFE可以提高制品的抗蠕變性、抗壓強度、硬度及尺寸穩(wěn)定性等。
有機填充材料,用于填充PTFE的有機材料主要是有機纖維和高分子聚合物,有機填充可使PTFE的耐熱性、抗蠕變性、抗壓能力、壓縮、彎曲和耐磨性能得到改善。為了提高填充劑與PTFE的界面粘接性,防止燒結(jié)時分解,一般需要對填充劑進行適當(dāng)處理,獲得最佳的相容性和表面效應(yīng)。
2.3 共混改性
共混改性主要是利用PTFE的優(yōu)異特點對一些樹脂進行合金化處理,目前研究與應(yīng)用前景看好,如PTFE/PA、PTFE/POM、PTFE/PC、PTFE/PI、PTFE/PPO、PTFE/PEEK、PTFE/PPS、PTFE/PES等合金產(chǎn)品源源不斷被開發(fā)出來。
(l)PTFE改性聚甲醛,聚甲醛(POM)具有極好的力學(xué)、化學(xué)和電性能,廣泛應(yīng)用于汽車、電子、精密機械和建材,近年來我國云南和江蘇南通的規(guī)?;?br />聚甲醛項目建設(shè),促進了我國聚甲醛工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用,但是POM存在著韌性差、缺口沖擊強度較低等缺陷,為此國內(nèi)外對POM樹脂進行改性研究。國內(nèi)采用冷壓—熱燒結(jié)工藝研制出一系列不同PTFE含量的POM/PTFE的共混物,可以明顯改善摩擦磨損性能、韌性、抗蠕變性和外觀;還有通過高速混合PTFE和增初增容改性后的POM擠出造粒制得合金粒料,使改性后POM的摩擦磨損性能得到明顯改善,其改善機理在于PTFE轉(zhuǎn)移膜的形成;國外通過機械共混方法制備多種POM/PTFE共混物,即POM分別與PTFE、涂覆偶聯(lián)劑PTFE、經(jīng)過化學(xué)處理的PTFE等數(shù)種PTFE共混,結(jié)果表明經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)處理的、加偶聯(lián)劑的PTFE與POM之間產(chǎn)生很強的粘附作用,具有非常優(yōu)異的性能。
(2)PTFE改性聚苯硫醚,聚苯硫醚(PPS)具有優(yōu)異的耐高溫穩(wěn)定性、阻燃性和電學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于汽車、電氣電子及機械等領(lǐng)域,成為特種工程塑料的第一大品種,目前國內(nèi)四川大學(xué)等單位已經(jīng)成功開發(fā)出年產(chǎn)數(shù)百噸的工業(yè)化裝置,國內(nèi)每年需要進口相當(dāng)數(shù)量滿足國內(nèi)需求。但是PPS缺點在于耐沖擊性能較差、而且加工成型困難。由于PTFE惰性表面很難與PPS進行粘接,日本從提高表面親和力的觀點出發(fā),采用增溶劑以降低兩相界面張力,并采用在高剪切速率下進行混煉的技術(shù),使該非相容體系合金化;國內(nèi)利用PPS粉與混合劑混磨后,加人PTFE粉制成涂料,使得涂層具有優(yōu)異的摩擦磨損性能、附著性、柔韌性和防粘性,其混合劑一般采用乙醇、水、二氧六環(huán)十二烷基磺酸鈉的體系。PTFE/PPS合金解決了PPS熔體流動速率高、難以直接模塑成型的問題,在300℃以上仍能保持較高的力學(xué)性能,主要用于耐腐蝕的泵、閥、墊圈,以及動態(tài)密封、軸套、汽車引擎閥蓋、色譜儀滑動密封件和導(dǎo)向件等。
(3)PTFE改性聚酰胺,聚酰胺(PA)在產(chǎn)能上位居工程塑料的首位,特別適宜于玻璃纖維和其他材料填充增強改性等,廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、包裝、機械、日用消費品等眾多領(lǐng)域,目前國內(nèi)年消費量8萬t/a以上,對PA的改性研究與應(yīng)用國內(nèi)起步較早,目前大量改性PA在多個行業(yè)使用,PA添加PTFE主要是提高其滑動性,據(jù)資料介紹,當(dāng)PTFE填充量大于10%時,PA的減摩耐磨性明顯得到提高,如在PA體系中同時添加能與其部分相容的線型低密度聚乙烯/丙烯—苯乙烯的共聚物5%,PTFE10%,二者協(xié)同效應(yīng)非常好,無論是從提高復(fù)合材料的性能,還是降低成本方面考慮,都是非常理想的改性方法。
(4)PTFE改性聚酰亞胺,聚酰亞胺(PI)作為一種新型的工程塑料具有超強的耐熱、耐輻射與耐磨性,主要用于航空航天工業(yè),近年來應(yīng)用拓展到電子、汽車等領(lǐng)域,我國研究與生產(chǎn)起步較早,目前形成十余家科研單位,并有部分產(chǎn)品出口。國外由33%PTFE、2%炭黑和65%可溶性PI組成的復(fù)合材料是摩擦磨損性能十分優(yōu)異的無油潤滑材料,如國外RTP公司采用熱塑性聚酰亞胺與PTFE進行共混或混加其他磨耗劑與填料的技術(shù)開發(fā)了RTP4200系列產(chǎn)品,可用于汽車發(fā)動機罩下部件、航空航天設(shè)備和辦公電子設(shè)備等。
(5)PTFE改性聚醚醚酮,聚醚醚酮(PEEK)是一種新型工程塑料,具有高強度、耐熱性和阻燃性,PEEK復(fù)合材料在航空航天、電子電氣等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。國內(nèi)研究單位利用PEEK的良好力學(xué)性能和高耐熱性、PTFE的低摩擦系數(shù),配以助劑改進加工工藝,通過熔融共混制備PEEK/PTFE共混物,并用玻璃纖維/碳纖維混合纖維增強以提高其力學(xué)性能,開發(fā)一種工藝性能好且能注射成型的無油潤滑、耐高溫、低摩擦的材料,用作高溫發(fā)動機部件。
(6)PTFE改性聚間苯二甲酰間苯二胺,聚間苯二甲酰間苯二胺(PMIA)是一種力學(xué)性能、耐高溫性遠高于其他脂肪族的聚酰胺,是一種理想的自潤滑材料基本樹脂,主要用作滾珠軸承、轉(zhuǎn)動齒輪、活塞環(huán)等,為了進一步改善材料的摩擦學(xué)性能,需要采用潤滑性填料改善摩擦磨損性能。國內(nèi)利用高速混合裝置使PMIA粉末與PTFE充分混合,并通過壓縮澆鑄得到樣品,經(jīng)過實驗表明,當(dāng)PTFE含量為20%時共混物具有最低的摩擦系數(shù)。
(7)PTFE改性線型低密度聚乙烯,線型低密度聚乙烯(LLDPE)是一種最常用的通用塑料品種,其易被紫外線、熱和氧侵蝕變脆,因此對LLDPE進行改性以延長其壽命,但是在提高LLDPE紫外線穩(wěn)定的同時往往其力學(xué)性能下降,為了兼顧兩者,采用PTFE對其改性可以有效解決這些問題,如果國外報道利用γ射線輻射粉體PTFE,同時用硅烷偶聯(lián)劑處理,用表面處理后的PTFE填充改性LLDPE后,不僅可以提高PTFE和LLDPE的粘接性,又可以提高共混物的力學(xué)性能,通過測試LLDPE的加工性和紫外線穩(wěn)定性得到明顯提高。
(8)其他,除上述介紹外,PTFE與其他多種工程塑料的共混國內(nèi)外也進行大量研究,如PTFE與無定型高聚物聚醚砜(PES)進行共混,可以明顯提高PES的潤滑性能,英國ICI公司和日本住友化學(xué)相繼開發(fā)出PTFE改性的系列耐磨耗的PES新產(chǎn)品;PTFE與聚苯醚(PPO)共混物,綜合了PPO耐熱性、力學(xué)特性和尺寸穩(wěn)定性與PTFE的耐磨潤滑性,這種共混合金特別適合制成整體和大型軸承部件;聚(鄰苯二甲酸—二酚基丙烷)樹脂是一種非晶性透明聚合物,具有很多優(yōu)異性能,但是其耐化學(xué)藥品和自潤滑性差,采用PTFE改性后,耐化學(xué)性和自潤滑性明顯提高;日本帝人化成開發(fā)的PTFE與聚碳酸酯(PC)共混合金特別適宜生產(chǎn)機械、車輛、電器等設(shè)備的齒輪凸輪和軸承等制品。
除以上改性方法外,在線型PTFE鏈上引人少量非氟基團,進行嵌段接枝以破壞其對稱性,從而得到可熱塑性塑料加工方法加工的改性PTFE,加工性能大為改善,日益受到業(yè)內(nèi)重視,另外如PTFE分散液、PTFE微粉和膨脹型PTFE等因為加工性能優(yōu)異倍受重視。
3 加工與應(yīng)用
PTFE的熔點高、熔融粘度很大,且對于無定形狀態(tài)下的剪切很敏感,容易產(chǎn)生熔體破裂,因此不能采用熔融擠壓、注射成型等常規(guī)的熱塑性塑料成型工藝,只能采用類似粉末冶金的方法進行燒結(jié)成型。填充的PTFE的制造與PTFE的成型一樣,可以采用預(yù)成型、自由燒結(jié)加工,也可以采用柱塞擠出法成型,上述加工工藝一般適合于一定壁厚的產(chǎn)品,而不適應(yīng)于PTFE薄膜的加工,近年來國內(nèi)進行大量研究,比較成熟的加工技術(shù)有:
針對分散性PTFE樹脂,進行壓延加工;利用這種樹脂的低凝聚力和纖維化特性,把PTFE水乳液添加到粉末狀體系中,攪拌一定時間,PTFE原纖維絡(luò)住粉狀物,然后將其壓縮,使粉狀體變成固體,將這種固體壓延,可以得到PTFE填充改性的薄膜。
利用PTFE燒結(jié)產(chǎn)品硬度低、韌性好的特點,進行金屬車削加工。用車削加工的PTFE薄膜厚度可以達0.04mm左右,這種薄膜的機械性能較好,加工中不加任何物質(zhì),雜質(zhì)含量低、無毒,可以用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
另外還有一種常規(guī)擠出法和壓延法的合成方法的擠壓加工,樹脂不經(jīng)過熔融塑化,直接進行生料加工。該法是利用PTFE在壓縮力的作用下可產(chǎn)生剩余變形特性,且加人一定助劑,剩余變形還可以增大,通常是將加人助擠劑的PTFE物料壓制成一定密度的型環(huán),放人擠出機中適當(dāng)加熱,擠出細條后,最后送人壓延輥上壓延成薄膜。
PTFE加工除以上介紹一次加工工藝外,還有一些新開發(fā)的二次加工技術(shù)值得關(guān)注,如PTFE真空成型技術(shù)、熱壓成型與熱吹塑成型技術(shù)、等壓成型加工技術(shù)等。
PTFE是耐腐蝕管道、管件、波紋管、泵體、閥門、釜、槽、塔和各類標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的耐腐蝕襯里首選材料;作為密封材料在機械、石化、交通運輸、紡織和建筑行業(yè)使用十分廣泛;PTFE還可用做閥門、軸承、活塞環(huán)、導(dǎo)軌等要求耐蝕和底摩擦件;根據(jù)PTFE薄膜處理后具有選擇透氣性,可用做分離材料,有選擇的透過氣體或液體,尤其是過濾腐蝕性液體;近年來國外開發(fā)的將PTFE膜用作人造器官,如人造血管、心臟瓣膜等。而且許多新的應(yīng)用技術(shù)和領(lǐng)域不斷被開發(fā)出來,PTFE及其改性材料展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。
根據(jù)目前國內(nèi)外研究生產(chǎn)與應(yīng)用狀況,我國應(yīng)該大力發(fā)展改性PTFE的材料,使其商品化、系列化、高性能化,尤其重要的是優(yōu)先發(fā)展需求量大流動性好玻璃纖維、碳纖維、石墨、銅粉填充的PTFE,充分利用我國稀土資源,開發(fā)稀土填充PTFE和納米改性PTFE新品種將是我國今后重點的研究方向。

 
 
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