聚四氟乙烯的加工成型方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中北大学材料科学与工程学院 作者:杜小刚

  综述了聚四氟乙烯(PTFE) 的性能特点以及不同的PTFE 成型工艺方法。介绍了P TFE 的烧结,化学复合镀,柱塞冲压挤出,冷拉伸、热收缩,超临界CO2 辅助挤出成型的方法。

1、引言

  聚四氟乙烯( PTFE) 为全氟直链高聚物, 由四氟乙烯单体聚合制得, 其聚合方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合等, 目前大都以后两种聚合方法为主。

  PTFE 树脂多为粉末状或分散液, 具有极高的分子量(8.88 ×106~3.17 ×107) , 和高结晶度(92%~98 %) ,熔点327 ℃,由于其分子结构中存在强的F -C 键,使其具有以下主要性能:

  ①耐化学药品性:除了能与熔融的钠金属、氟和强的氟化介质, 以及高于300 ℃的氢氧化钠反应外, 几乎对所有的常用化学药品成惰性;

  ②耐热性: 260 ℃以下不发生热老化现象;

  ③电性能:具有良好的电绝缘性,较高的耐电弧性,体积电阻率大于1 ×1016Ω ·m , 且不随温度而变化;

  ④润滑性: 在较宽的温度范围内具有低的摩擦系数;

  ⑤耐辐射性:在真空中,辐照剂量为1 ×107 rad 时,仍可保持原有拉伸强度的50 %;

  ⑥低渗透性: 具有低的渗透性,除了对其组成相似的氟碳化合物有较高的渗透率外,对大部分气体和液体的渗透性较小;

  ⑦耐候性:不受气候影响,可在任何气候下暴露10 年以上;

  ⑧不燃性: 极限氧指数在90 以上;

  ⑨不粘性: 几乎所有粘性物质都不能粘附在它的表面上;

  ⑩耐高低温性: 可在- 250 ℃~250 ℃温度范围内使用。

  由于PTFE具有以上优异性能而被称为“塑料王”,广泛地应用于国防、航空航天、石油化工、电子、机械等各个领域。然而由于PTFE 具有很高的熔体粘度(350 ℃时为1 ×1010~1 ×1012 Pa ·s) , 为非熔流材料, 因此不能用常用的热塑性塑料加工方法进行加工,加工成型技术的发展是扩大PTFE 应用领域的关键。半个世纪以来已发展成了一套特有的、多样化的加工成型工艺,包括模压、推压、压延、柱塞挤出、螺杆挤出、等压成型、浸渍、层压、复合喷涂、二次成型、焊接、车削以及近年来使用较多的超临界CO2 辅助挤出成型等,根据不同牌号的PTFE 树脂选择不同的加工成型方法。

2、烧结

  从决定PTFE 制品性能的3 个要素-分子量、结晶度和空隙率来看,除空隙率主要受预成型压力的影响外, 分子量和结晶度均随烧结条件的不同而变化。因此,烧结工艺条件对制品的最终性能如密度、硬度、透气性和力学性能起着决定性的作用。

  汪萍通过实验得出PTFE 材料的烧结工艺受升、降温速度,烧结温度和烧结时间的影响,其曲线呈阶梯式。制品越大, 升、降温速度越慢, 烧结时间越长。悬浮树脂的烧结温度高于分散树脂; 纯料制品的烧结温度高于填充制品。在通常情况下,升温速度快于降温速度。同一个烧结炉中,纯料和填充制品不能混装; 不同烧结条件的制品不能混装; 不同原料成型的制品不能混装。以生产直径1 m、厚度20 mm、两面层为纯聚四氟乙烯、中间层为填充型聚四氟乙烯的三层模压圆板为例,用此技术生产的圆层压板的压缩强度、弯曲强度、硬度等机械性能有较大的提高。

  刘先兰研究PTFE 的成型工艺特性、成型方法及其模具设计特点,对冷压烧结成型聚四氟乙烯制品的缺陷