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聚四氟乙烯(PTFE)的後(hòu)處理工藝
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-11-22 14:25
- 訪問量：
聚四氟乙烯(PTFE)的後(hòu)處理工藝
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-11-22 14:25
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聚四氟乙烯(PTFE)是美國(guó)杜邦公司于1938年首先開(kāi)發(fā)的，1941年進(jìn)行中間的試驗，1949年實現工業化。它是目前氟塑料中最先進(jìn)的一種(zhǒng)，應用
最廣泛，産量最大，約占世界氟塑料産量的89~95%。聚四氟乙烯是一種(zhǒng)無極性直鏈型結晶聚合物，爲白色、無臭、無味、無毒的粉狀物，濃縮
分散液爲乳白色液體。目前，聚四氟乙烯以其良好(hǎo)的耐化學(xué)腐蝕性和耐高低溫作爲墊片以及其他密封元件被廣泛應用在石油、化工、食品、醫藥
等設備和裝置上，但其易蠕變的缺點嚴重限制了該種(zhǒng)材料的應用。本文分析了後(hòu)處理工藝對(duì)PTFE密封材料性能(néng)的影響，選擇合适的後(hòu)處理工藝，
設計試驗用夾具，對(duì)PTFE改性起(qǐ)到良好(hǎo)的作用。
聚四氟乙烯(PTFE)的後(hòu)處理工藝包括拉伸工藝和熱處理工藝，下面(miàn)具體介紹兩(liǎng)種(zhǒng)工藝的特點。
圖一：聚四氟乙烯管 來源：丹凱
一、拉伸工藝
複合材料的晶體結構從根本上保證了制品的性能(néng)，采用的拉伸工藝是對(duì)現有的PTFE成(chéng)型加工工藝的改進(jìn)，它能(néng)從根本上改變PTFE的晶體結構和形
貌結構。因此，制備改性聚四氟乙烯墊片密封材料時，拉伸工藝參數的正确選用十分重要。選用拉伸工藝參數時，必須綜合考慮拉伸速率、拉伸
比、拉伸溫度等因素對(duì)制品性能(néng)的影響。
拉伸工藝分單向(xiàng)拉伸和雙向(xiàng)拉伸。
1、單向(xiàng)拉伸
在實際應用中，單向(xiàng)拉伸會使聚四氟乙烯在拉伸方向(xiàng)的性能(néng)有所提高，但性能(néng)改善的程度依然有限。但是，單向(xiàng)拉伸工藝簡單，可以在試驗中采
用。
在進(jìn)行單項拉伸時，聚四氟乙烯節點開(kāi)始延伸，微細纖維與拉伸方向(xiàng)平行。在高溫及高速條件下進(jìn)行拉伸所得的聚四氟乙烯結構中可以得到具有
均勻空間結構的節點，這(zhè)些節點與大量聚四氟乙烯纖維相連構成(chéng)一種(zhǒng)高質量的網狀物，而且在高溫高速下拉伸可以增加制品的強度。
2、雙向(xiàng)拉伸
雙向(xiàng)拉伸包括從縱向(xiàng)拉伸和橫向(xiàng)拉伸，在一定的溫度和設定的速度下，同時或分步在垂直的兩(liǎng)個方向(xiàng)(縱向(xiàng)、橫向(xiàng))上進(jìn)行的拉伸，之後(hòu)還(hái)要經(jīng)過(guò)
适當的熱處理，通過(guò)雙向(xiàng)拉伸的PTFE，在垂直的兩(liǎng)個方向(xiàng)上性能(néng)提高較大，綜合性能(néng)達到實際應用的需要。雙向(xiàng)拉伸的方法有許多種(zhǒng)類，實際應
用中要根據産品的性能(néng)要求、生産的規模及生産技術、設備特點來确定。
通過(guò)改變工藝條件，及立場和溫度場，可以獲得縱橫兩(liǎng)個方向(xiàng)的物理機械性能(néng)相同(各相同性)的闆材，也可以制出一個方向(xiàng)的機械性能(néng)高于另一
個方向(xiàng)的各向(xiàng)異性闆材。這(zhè)是由于在雙向(xiàng)拉伸中，縱向(xiàng)與橫向(xiàng)哪一個方向(xiàng)用得力大，那麼(me)在哪個方向(xiàng)上纖維就較長(cháng)，數目也較多。增加拉伸比可
以增加纖維的長(cháng)度。節點的大小和形狀與拉伸比有關，單向(xiàng)拉伸的制品節點形狀呈細長(cháng)的扁球體，雙向(xiàng)拉伸的制品節點接近球形。纖維長(cháng)短、粗
細與拉伸、熱定型條件有關，而纖維的性質又影響着制品的機械性能(néng)，總之，通過(guò)控制拉伸方向(xiàng)、拉伸比、拉伸速率等因素，可以控制聚四氟乙
烯墊片制品的結構，進(jìn)而控制其機械性能(néng)。
在雙向(xiàng)拉伸聚四氟乙烯闆材的過(guò)程中，由于聚合物在縱、橫兩(liǎng)個方向(xiàng)經(jīng)曆了一定的拉伸，改變了分子和鏈段的排列，因此，拉伸闆材的主要性能(néng)
比非拉伸闆材有明顯的變化。機械性能(néng)、抗蠕變性能(néng)、回彈性能(néng)和柔韌性都(dōu)有明顯增加。
圖二：聚四氟乙烯管 來源：丹凱
3、常溫拉伸和高溫拉伸
闆材的拉伸，可以從室溫到接近聚四氟乙烯熔點(327℃)的範圍内進(jìn)行。一般地說，溫度較低時，拉伸比及拉伸速率均受一定限制，這(zhè)是由高分子
的力學(xué)性能(néng)所決定的。溫度高時，高分子鏈易于變形，拉伸比及速率均可相應提高。高溫拉伸一般在250~300℃之間進(jìn)行。
4、拉伸比和拉伸速率
拉伸比的大小是影響性能(néng)的重要因素之一。拉伸比用拉伸後(hòu)試樣長(cháng)度與拉前試樣長(cháng)度之比來表示。随着拉伸比的增加，制品的拉伸強度、伸長(cháng)率
和柔軟性增加，表觀密度下降，所以提高拉伸比對(duì)制品的性能(néng)有益。但拉伸比過(guò)大，制品易斷、成(chéng)型困難。拉伸比主要受樹脂種(zhǒng)類、幹燥溫度、
制品截面(miàn)積等方面(miàn)的影響。通常拉伸比應在2~7之間選擇。
拉伸速率一般不到1m/min，如要求有較高的抗拉強度時，就要增加拉伸速度。
二、熱處理工藝
選擇适宜的熱處理方法和條件是改進(jìn)聚四氟乙烯闆材性能(néng)的主要途徑。試樣拉伸後(hòu)都(dōu)要經(jīng)過(guò)熱處理，其目的是加速聚合物的二次結晶或結晶過(guò)
程，使分子鏈取向(xiàng)轉變爲結晶取向(xiàng)，消除内應力，提高結晶度，使晶體結構趨于完善，使尺寸穩定化等。但是，在高溫處理時，溫度越高，材料
的機械性能(néng)下降越明顯。因此，必須根據試樣的性能(néng)要求來選擇合适的熱處理條件。
1、熱定型
闆材拉伸後(hòu)必須采用熱定型處理。高分子拉伸後(hòu)，受熱會引起(qǐ)分子鏈恢複拉伸前狀況，宏觀即引起(qǐ)闆材的翹曲。所以熱定型時，在材料拉伸方向(xiàng)
上要保持一定拉力，以免影響材料的性能(néng)和外觀。如完全無拉力下加熱，會使闆材發(fā)生嚴重的變形。本研究采用夾具夾緊，以保持拉力，使闆材
在加熱時，在拉伸方向(xiàng)上保持一定拉力。
當被拉伸的預成(chéng)型加熱到熔點以上時，結晶相漸漸轉變成(chéng)無定型相，結晶結構中的無定型部分沿着結晶軸做較大的滑動，由于纖維和節點的阻
礙，在應力下阻止了這(zhè)種(zhǒng)滑動。因此，熱定型過(guò)程可看作是無定型部分的固定過(guò)程。聚四氟乙烯的微觀結構在無定型相固定階段沒(méi)有發(fā)生本質的
變化，但是，如果無定型部分長(cháng)時間處于過(guò)高的溫度下，微觀結構會發(fā)生變化，節點增加，纖維破壞，導緻制品強度降低。熱處理溫度高于
390℃時，一分鍾内就可能(néng)引起(qǐ)分解、失強。
2、冷卻
冷卻過(guò)程是一個由無定型相轉變爲結晶相的過(guò)程，是大分子鏈段重新排入晶格并由無序變爲有序的松弛過(guò)程。冷卻速度決定着制品的結晶度，影
響到制品的各種(zhǒng)物理機械性能(néng)。聚四氟乙烯的最大結晶度出現在比熔點低10~20℃的溫度下，即是在310~315℃的溫度範圍内出現。冷卻方法包
括兩(liǎng)種(zhǒng)：緩慢冷卻(不淬火);快速冷卻(淬火)。
緩慢冷卻即在空氣中按合适的速度直接冷卻，所得制品的結晶度較大，收縮率較大，制品收縮率較大。
快速冷卻即把拉伸後(hòu)的試樣置于水中或空氣中以最快的速度通過(guò)結晶速度最大的溫度區域進(jìn)行冷卻，使制品内保存有大量非晶區，這(zhè)種(zhǒng)方法所獲
得的制品結晶度低、韌性好(hǎo)、硬度低、拉伸強度大、制品收縮率較小;但容易出現裂紋，造成(chéng)廢品，此外，由于聚四氟乙烯的導熱性差，在淬火過(guò)
程中會産生較大的應力而使制品撓曲或變形，但如果在快速冷卻時加壓冷卻，即把拉伸後(hòu)的試樣壓入冷模腔，在1/3的預成(chéng)型壓力下冷卻，所得
制品將(jiāng)不會出現快速冷去給制品造成(chéng)的缺陷且質量接近緩慢冷卻所得到的制品。
本文由鐵氟龍管小姐姐原創，歡迎關注，帶你一起(qǐ)長(cháng)知識！
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