聚四氟乙烯复合材料烧结过程温度控制研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广州机械科学研究院密封研究所 作者:谭清明

  聚四氟乙烯烧结的冷却过程可以根据制品的要求采用自由冷却、淬火等多种方式, 快速冷却的情况下聚四氟乙烯的结晶度降低, 制品的韧性提高, 但是硬度降低。厚壁制品一般不采用急速冷却的方式, 而是采用接近聚四氟乙烯材料自身的冷却特性, 在320℃保温一段时间, 数据分析得出, 保温时间随壁厚的关系为1min/mm, 这个时间比升温时要小得多, 如图4所示。

棒料烧结坯料中心冷却至320℃后的烧结曲线

图4 直径40 mm ×70 mm棒料烧结坯料中心冷却至320℃后的烧结曲线

  将试样整个烧结过程中各阶段的内外温差变化绘制成曲线, 如图5所示。从图中可以看出, 聚四氟乙烯材料烧结时在晶型转变点附近温度变化较大, 包括升温至19 ℃和337℃, 降温至318℃附近, 温差大会导致尺寸变化大, 造成制品开裂或产生不利的内应力, 因此聚四氟乙烯制品烧结时在晶型转变点附近要注意控制升温速度, 或者保温时间。

棒料整个烧结过程内外温差变化曲线

图5 直径40mm ×70mm棒料整个烧结过程内外温差变化曲线

  试验二测得的已烧结的直径40 mm ×70 mm棒料复烧时中心的升温过程如图6所示。可以看到试件中心的再升温过程和烧结过程类似, 升温到336℃和降温到320℃出现了明显的拐点。棒料从50℃升温至300℃, 升温速度可以达到300℃/h。在实际操作中, 一般的已烧结PTFE制品300℃以下“回火”时可以考虑直接置于该温度下保持一段时间, 以提高生产效率。“回火”温度超过300℃时需要根据PTFE材料本身的升温特性来设定保温、升温、冷却过程, 以达到控制产品各部位性能均一的目的。

棒料复烧中心温度的变化过程

图6 已烧结的直径40 mm ×70 mm棒料复烧中心温度的变化过程

3、结论

  (1) 聚四氟乙烯热导率低, 烧结过程中坯料内外容易产生较大的温度梯度, 升温速度越高, 温度梯度会随之加大, 生产过程中, 根据壁厚不同, 烧结时升温速度一般可以控制在15~100℃/h。

  (2) 聚四氟乙烯材料烧结时在晶型转变点附近温度变化较大, 包括19℃附近和327℃熔点附近, 为避免制品开裂, 厚壁聚四氟乙烯制品烧结时要注意在晶型转变点附近控制升降温速度或者保温一段时间,比如升温到335~340℃和降温到320℃。

  (3) 快速冷却的制品韧性高, 硬度下降, 实际操作中, 需要根据制品的形状和使用工况选择合适的降温速度和方式, 如果需要得到结晶度高的产品, 必须在降温到320℃时保温一段时间, 降温时比升温时保温时间可以相应缩短些。

  (4) 已烧结聚四氟乙烯料复烧时可以直接置于高温下保温一段时间, 以提高生产效率。为控制产品各部位性能均一, “回火”温度超过300℃时需要根据PTFE材料本身的升温特性来设定保温、升温、冷却的过程。

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