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聚四氟乙烯的性能特点及表面处理方法

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聚四氟乙烯的性能特点及表面处理方法

发布日期:2020-06-20 作者:PENG 点击:

2019年,我国PTFE消费总量大约为7 万t。PTFE 具有非常优良的耐热性,而且工作温度区间也相对较广,并具有出众的电性能又兼具常规材料无法比拟的耐化学腐蚀性,阻燃性也非常理想,使其在诸多领域都有所应用。核心消费领域包括电子、电气、石油化工、航空航天等多个方面。


聚四氟乙烯的结构特点:

聚四氟乙烯(PTFE)也被称为F-4,是现阶段全球范围内耐腐蚀性能最为理想的材料之一,俗称塑料王。该材料一般划分为两类,分别是悬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,其对应的分子结构见下图。

龙成塑胶原料

聚四氟乙烯性能特点:

化学性能

聚四氟乙烯是目前已知的有机化合物中化学惰性最好的高分子材料。由于其特殊的分子结构,使其能够抵抗几乎所有的强酸、强碱和有机溶剂,就连“王水”也拿它毫无办法。并且在高温条件下也能保持这种性能,因此该材料也被称为“塑料王”。


例外是,熔融状态下的碱金属在隔绝氧气的情况下。比如熔融状态的金属钠能够腐蚀聚四氟乙烯的表面,使围绕在碳链周围的氟元素与之发生氧化反应。工业上常用的方法是在氮气保护或隔绝氧气条件下使用钠萘溶液对聚四氟乙烯薄膜或板材进行表面改性处理,使薄膜或板材表面的聚四氟乙烯脱氟或者氧化,从而使其失去不粘性,容易与其他材料复合。


热学性能

聚四氟乙烯能够在高温条件下表现出良好稳定性,使用温度通常为-190~260 ℃,该材料对应的熔点温度为327℃。聚四氟乙烯能够在高温条件下表现出良好的稳定性。使用温度通常为-190~260℃。该材料对应的熔点温度为327℃,相应的热分解温度为420℃。这在现有的工程塑料中是很高的使用温度,聚四氟乙烯在低于420℃条件下几乎不发生热分解,在超过420℃时才能够大量分解。每小时质量损失的总量大约为0.01%,其分解会产生氟代光气、全氟异丁烯等高毒性物质。所以在对聚四氟乙烯进行热加工时一定要避免加工温度高于400℃,防止形成一定的风险因素。聚四氟乙烯在280℃高温下连续加热72h,恢复至室温后其抗拉强度大约减少10%。除此之外,在260℃条件下长时间使用聚四氟乙烯,再将其转移至室温环境中,其抗拉强度保持在既定的数值。因此从热分解层面而言,该材料能够在280℃下短时间使用,在260℃下不间断地使用。另外,从热变形层面而言,在负荷相对较小的条件下,该材料能够在260℃下长时间使用,当负荷处于较高水平时热变形非常明显,其使用时间就大量缩减。


耐辐射性

聚四氟乙烯在电子束下会出现分子大量降解的情况。在高能射线作用下,C-C 键和C-F键同时断裂,引起分子量的下降和PTFE性能的降低。另外,它在真空环境中的辐射稳定性明显优于在空气中。这是因为在真空中惰性气体保护下,除了PTFE的降解反应,还会发生PTFE分子之间的辐射交联反应。若控制适当的辐照温度和适当的辐射剂量,处理后的PTFE材料会呈现半透明状,材料的耐辐射性能、耐高低温性能以及耐透气和耐透液性能都有较大提高。

工程塑料

聚四氟乙烯表面改性方法:

聚四氟乙烯表面改性方法有三类。


第一类是采用表面活化技术,可通过辐射使其表面持续脱氟,然后在特定的条件下与另外的材料氟化接枝。也可以通过惰性气体对其进行处理,让其涵盖的某些主键出现断裂,并形成许多自由基,从而提升其涵盖的表面自由能。最终优化其润湿性。此外,PTFE 可通过电晕的方法进行处理,能够产生可胶接的活化层。


第二类是通过化学腐蚀改性。这种方法能够优化其表面活性,而可供选择的试剂多种多样。其中具有代表性的包括氨溶液、五羰基铁溶液等。


第三类是通过表面沉积改性,具体来说就是将PTFE 浸渍在特定的胶体溶液内,让胶体粒子能够在其表面不断沉积,并提升其湿润性,最终优化其表面活性,使其在和另外的材料进行复合时不会遇到过多阻碍。


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