聚四氟乙烯主題知識(shí)講座

聚四氟乙烯基本特點(diǎn)分子構(gòu)型螺旋構(gòu)象特征表面改性和結(jié)構(gòu)改性廣泛應(yīng)用聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第1頁(yè)聚四氟乙烯聚四氟乙烯（PTFE）是氟塑料中最先進(jìn)、利用最廣泛樹(shù)脂之一。在機(jī)械、化學(xué)化工、宇航和軍事領(lǐng)域有巨大應(yīng)用價(jià)值。但因其獨(dú)特結(jié)構(gòu),也有一些固有缺點(diǎn),尤其是其抗蠕變性差、易冷流、回彈性差、不耐磨、不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱、線膨脹系數(shù)大等。所以,深入研究聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)和物化特征,尤其是經(jīng)過(guò)化學(xué)、物理改性以研制開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異新型PTFE材料,已成為當(dāng)前聚四氟乙稀研究和發(fā)展主要方向。

填充改性作為聚四氟乙烯最慣用改性方法之一,其填充工藝、填料品質(zhì)以及填料與聚四氟乙烯基體樹(shù)脂結(jié)合,是改進(jìn)和提升聚四氟乙烯性能關(guān)鍵。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第2頁(yè)聚四氟乙烯產(chǎn)品聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第3頁(yè)聚四氟乙烯基本特點(diǎn)耐高溫——使用工作溫度達(dá)250℃。耐低溫——含有良好機(jī)械韌性；即使溫度下降到-196℃，也可保持5%伸長(zhǎng)率。耐腐蝕——對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑。耐氣候——有塑料中最正確老化壽命。高潤(rùn)滑——是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。不粘附——是固體材料中最小表面張力，不粘附任何物質(zhì)。無(wú)毒害——含有生理惰性，作為人工血管和臟器長(zhǎng)久植入體內(nèi)無(wú)不良反應(yīng)。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第4頁(yè)聚四氟乙烯分子結(jié)構(gòu)與聚乙烯(PE)相同,它H原子被F原子取代,而且四氟乙烯單體聚合過(guò)程中提供不了C-F鍵斷裂所需能量,所以產(chǎn)生不了支鏈結(jié)構(gòu),形成了含有良好對(duì)稱性螺旋結(jié)構(gòu)。聚四氟乙烯分子構(gòu)型聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第5頁(yè)在聚四氟乙烯分子中,因?yàn)镃-H鍵鍵能較C-F鍵鍵能低,且氟原子查對(duì)核外電子及成鍵電子云束縛強(qiáng),同時(shí)氟原子直徑遠(yuǎn)大于氫原子,這使聚四氧乙烯含有獨(dú)特螺旋構(gòu)象。PTFE螺旋構(gòu)象獨(dú)特螺旋結(jié)構(gòu)恰好保護(hù)了聚四氟乙烯碳鏈骨架,同時(shí)氟原子含有極高化學(xué)惰性,使聚四氟乙烯成為表面能最低、耐化學(xué)腐燭最優(yōu)異聚合物。因?yàn)樘?氟鍵極其牢靠,相鄰氟原子之間范德華斥力較大,TFE單體含有完美對(duì)稱性使聚四氟乙烯含有較多優(yōu)異性能同時(shí)也造成一些固有缺點(diǎn)。而且,因?yàn)榫鬯姆蚁┚酆线^(guò)程中,產(chǎn)生不了支鏈,使得它含有較高結(jié)晶度,這使其加工也相對(duì)困難。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第6頁(yè)聚四氟乙烯特征

聚四氟乙烯部分結(jié)晶,它晶體大小由聚四氟乙烯型號(hào)規(guī)格和溶體模壓燒結(jié)工藝決定。遲緩冷卻時(shí)結(jié)晶晶體粗大,不過(guò)結(jié)晶帶條紋間間隔與冷卻速度無(wú)關(guān)。當(dāng)晶體受力時(shí)結(jié)晶區(qū)域易發(fā)生帶狀剪切滑動(dòng),所以聚四氟乙烯存在機(jī)械性能較差、易蠕變、不耐磨等缺點(diǎn)。所以,當(dāng)前對(duì)聚四氟乙烯研究也都在于集中于經(jīng)過(guò)對(duì)其分子結(jié)構(gòu)和組成分析,采取適當(dāng)方法對(duì)其進(jìn)行改性,使其相關(guān)機(jī)械性能得以提升。聚四氟乙烯結(jié)晶模型聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第7頁(yè)聚四氟乙烯改性

早期,PTFE改性主要采取填充改性使聚四氟乙烯基體材料與填料混合,形成PTFE復(fù)合材料,在填補(bǔ)PTFE本身缺點(diǎn)同時(shí)提升一些特定性能。20世紀(jì)后期,PTFE廣泛應(yīng)用深入推進(jìn)了聚四氟乙烯改性技術(shù)發(fā)展,許多新技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用。當(dāng)前PTFE慣用改性方法能夠分為表面改性、結(jié)構(gòu)改性、填充改性、化學(xué)改性等幾大類。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第8頁(yè)表面改性

經(jīng)過(guò)各種預(yù)處理方法使其表面去氟同時(shí)接枝一些極性基團(tuán)或聚合物,以提升其粘接性;利用核/殼型結(jié)構(gòu)使PTFE表面包裹一層表面能相對(duì)較高聚合物,以使PTFE與其它材料粘接能力增強(qiáng)。聚四氟乙烯表面改性方法主要是利用一些物理化學(xué)處理方法,如鈉-萘絡(luò)合物化學(xué)改性、低溫等離子技術(shù)、離子束注入技術(shù)等,經(jīng)過(guò)引入極性基團(tuán)形成強(qiáng)化表面層、增加界面結(jié)協(xié)力或者消除弱界面層來(lái)提髙表面活性,再進(jìn)行接枝處理。其中,因?yàn)殁c-萘絡(luò)合物化學(xué)改性法工藝簡(jiǎn)單、效果好、成本低使其成為經(jīng)典且實(shí)用改性方法。經(jīng)過(guò)表面改性之后PTFE材料能夠采取普通粘結(jié)復(fù)合技術(shù)與其它材料(如橡膠、普通塑料、金屬等)粘合,復(fù)合制品既保持了PTFE優(yōu)點(diǎn),又能夠充分利用其它材料高物理機(jī)械性能而克服本身不足,該技術(shù)當(dāng)前廣泛應(yīng)用于摩擦、潤(rùn)滑、密封、防腐等領(lǐng)域。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第9頁(yè)結(jié)構(gòu)改性表面改性、填充改性、化學(xué)改性等改性方法盡管能夠一定程度上提升PTFE物理化學(xué)性能,但因?yàn)槠渌鶊F(tuán)或填料引入,對(duì)聚四氟乙烯最終耐介質(zhì)性能和潤(rùn)滑性能都會(huì)造成不利影響。結(jié)構(gòu)改性技術(shù)關(guān)鍵是在聚四氟乙烯成型工藝改變,在材料組成成份沒(méi)有改變情況下使PTFE展現(xiàn)出與傳統(tǒng)PTFE不一樣微觀結(jié)構(gòu),這些微孔結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出與傳統(tǒng)聚四氟乙烯差異較大宏觀性能,主要是使其物理機(jī)械性能得到提升。因?yàn)椴牧匣窘M成沒(méi)有改變,所以其耐介質(zhì)性能等不受任何影響。結(jié)構(gòu)改性主要包含膨體PTFE和微孔PTFE兩類。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第10頁(yè)P(yáng)TFE分散樹(shù)脂結(jié)晶呈折疊鏈排列,在一定溫度(小于327°C)和拉伸速率作用下折疊著分子鏈可被拉成纖維狀結(jié)構(gòu),纖維狀分子鏈相交成為纖維節(jié)點(diǎn),纖維與節(jié)點(diǎn)之間孔隙就是微孔。這種經(jīng)過(guò)拉伸成型工藝使制品內(nèi)含有大量微孔而膨化制品就是膨體PTFE(EPTFE)。微孔改性PTFE是結(jié)構(gòu)改性另一個(gè)形式,它釆用特殊工藝和方法在PTFE材料內(nèi)部形成獨(dú)立或貫通微孔,經(jīng)過(guò)不一樣成型工藝控制微孔孔徑和形狀,這類產(chǎn)品主要用于過(guò)濾、密封等行業(yè)。作為密封材料,微孔PTFE以其較低密封比壓、很好柔軟性和優(yōu)異密封性能,在非金屬設(shè)備和管道密封中起到了其它材料無(wú)法取代密封效果,十分適合應(yīng)用于要求較低螺栓載荷或較高變形賠償密封場(chǎng)所。聚四氟乙烯主題知識(shí)講座第11頁(yè)聚四氟乙烯應(yīng)用

聚四氟乙烯以其優(yōu)異綜合性能,在許多領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用,如防腐、密封、醫(yī)療衛(wèi)生、過(guò)濾材料、航空航天等。聚四氟乙烯早期工業(yè)用途主要是制作耐熱、耐腐燭密封墊片,伴隨聚四