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聚四氟乙烯的性能特點及表麵處理方法

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聚四氟乙烯的性能特點及表麵處理方法

發布日期:2020-06-20 作者:PENG 點擊:

2019年,我國PTFE消費總量大約為7 萬t。PTFE 具有非常優良的耐熱性,而且工作溫度區間也相對較廣,並具有出眾的電性能又兼具常規材料無法比擬的耐化學腐蝕性,阻燃性也非常理想,使其在諸多領域都有所應用。核心消費領域包括電子、電氣、石油化工、航空航天等多個方麵。


聚四氟乙烯的結構特點:

聚四氟乙烯(PTFE)也被稱為F-4,是現階段全球範圍內耐腐蝕性能最為理想的材料之一,俗稱塑料王。該材料一般劃分為兩類,分別是懸浮聚四氟乙烯和分散聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯由四氟乙烯聚合而成,其對應的分子結構見下圖。

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聚四氟乙烯性能特點:

化學性能

聚四氟乙烯是目前已知的有機化合物中化學惰性最好的高分子材料。由於其特殊的分子結構,使其能夠抵抗幾乎所有的強酸、強堿和有機溶劑,就連“王水”也拿它毫無辦法。並且在高溫條件下也能保持這種性能,因此該材料也被稱為“塑料王”。


例外是,熔融狀態下的堿金屬在隔絕氧氣的情況下。比如熔融狀態的金屬鈉能夠腐蝕聚四氟乙烯的表麵,使圍繞在碳鏈周圍的氟元素與之發生氧化反應。工業上常用的方法是在氮氣保護或隔絕氧氣條件下使用鈉萘溶液對聚四氟乙烯薄膜或板材進行表麵改性處理,使薄膜或板材表麵的聚四氟乙烯脫氟或者氧化,從而使其失去不粘性,容易與其他材料複合。


熱學性能

聚四氟乙烯能夠在高溫條件下表現出良好穩定性,使用溫度通常為-190~260 ℃,該材料對應的熔點溫度為327℃。聚四氟乙烯能夠在高溫條件下表現出良好的穩定性。使用溫度通常為-190~260℃。該材料對應的熔點溫度為327℃,相應的熱分解溫度為420℃。這在現有的工程塑料中是很高的使用溫度,聚四氟乙烯在低於420℃條件下幾乎不發生熱分解,在超過420℃時才能夠大量分解。每小時質量損失的總量大約為0.01%,其分解會產生氟代光氣、全氟異丁烯等高毒性物質。所以在對聚四氟乙烯進行熱加工時一定要避免加工溫度高於400℃,防止形成一定的風險因素。聚四氟乙烯在280℃高溫下連續加熱72h,恢複至室溫後其抗拉強度大約減少10%。除此之外,在260℃條件下長時間使用聚四氟乙烯,再將其轉移至室溫環境中,其抗拉強度保持在既定的數值。因此從熱分解層麵而言,該材料能夠在280℃下短時間使用,在260℃下不間斷地使用。另外,從熱變形層麵而言,在負荷相對較小的條件下,該材料能夠在260℃下長時間使用,當負荷處於較高水平時熱變形非常明顯,其使用時間就大量縮減。


耐輻射性

聚四氟乙烯在電子束下會出現分子大量降解的情況。在高能射線作用下,C-C 鍵和C-F鍵同時斷裂,引起分子量的下降和PTFE性能的降低。另外,它在真空環境中的輻射穩定性明顯優於在空氣中。這是因為在真空中惰性氣體保護下,除了PTFE的降解反應,還會發生PTFE分子之間的輻射交聯反應。若控製適當的輻照溫度和適當的輻射劑量,處理後的PTFE材料會呈現半透明狀,材料的耐輻射性能、耐高低溫性能以及耐透氣和耐透液性能都有較大提高。

工程塑料

聚四氟乙烯表麵改性方法:

聚四氟乙烯表麵改性方法有三類。


第一類是采用表麵活化技術,可通過輻射使其表麵持續脫氟,然後在特定的條件下與另外的材料氟化接枝。也可以通過惰性氣體對其進行處理,讓其涵蓋的某些主鍵出現斷裂,並形成許多自由基,從而提升其涵蓋的表麵自由能。最終優化其潤濕性。此外,PTFE 可通過電暈的方法進行處理,能夠產生可膠接的活化層。


第二類是通過化學腐蝕改性。這種方法能夠優化其表麵活性,而可供選擇的試劑多種多樣。其中具有代表性的包括氨溶液、五羰基鐵溶液等。


第三類是通過表麵沉積改性,具體來說就是將PTFE 浸漬在特定的膠體溶液內,讓膠體粒子能夠在其表麵不斷沉積,並提升其濕潤性,最終優化其表麵活性,使其在和另外的材料進行複合時不會遇到過多阻礙。


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