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详解聚四氟乙烯(PTFE)的改性方法

(2014-02-24 10:00:00)
分类: 聚四氟乙烯垫片

  聚四氟乙烯的刚性影响了它的动态密封的效果,超过特定的压缩应力时,会使聚四氟乙烯垫片产生冷流(也叫蠕变)而被压扁,使之密封应用受到很大的限制。因此,对聚四氟乙烯进行改性,从而提高其综合性能。目前,对聚四氟乙烯的改性主要是与其他材料符合或者对其表面处理,利用复合材料的特性,弥补聚四氟乙烯自身的不足,从而达到改性的目的。主要方法有表面改性、填充改性、共混改性等。

一、表面改性

  PTFE表面能较低,临界表面张力8约为1.85*10-4 N/cm,相当于水的1/3,接触角118°,是各种材料中最大的。表面改性处理方法主要有钠-萘络合物化学处理法、等离子体表面改性、高能辐射接枝改性、激光辐射改性。最常用的的表面改性方法是钠-萘络合物化学处理法。化学方法方便、简单且快速。通过表面改性,PTFE表面生成了大量活性自由基,为下一步的接枝或者粘接创造了条件。PTFE在H2等离子体条件下的表面改性图如图1所示,从图中可以看出,PTFE表面在等离子条件下生成了氢氧等活性自由基,很容易通过接枝来改变PTFE的表面活性,抑制PTFE的表面惰性。 

详解聚四氟乙烯(PTFE)的改性方法

二、填充改性

  PTFE具有许多优异的性能,但是也有不足的地方,因而需要加入填充剂和添加剂形成复合材料,改善其疲劳脆裂抵抗性能,耐磨性也大幅度提高。抵御塑性蠕变的能力提高2-3倍,由负荷作用引起的初始形变降低30%-60%,刚性提高2-3倍。

  填充聚四氟乙烯是优良的耐磨性能的密封材料,国内外以青铜粉、石墨、二硫化钼、玻璃纤维、碳纤维等作为填充改良剂改性PTFE,耐磨性能大幅度提高,抗蠕变性能也得到改善,满足了一般特定条件下的密封。填料可以单独使用,也可以集中填料复合应用。将5%的玻璃纤维和5%的二硫化钼填充到90%的PTFE中,玻璃纤维减少了密封的磨损,二硫化钼则起到减少了摩擦的作用,因而有效地改善了密封效果。表1是几种填充PTFE复合材料的物理性能。(插入表1)

详解聚四氟乙烯(PTFE)的改性方法

三、共混改性

  利用PTFE的优异与其他工程塑料进行共混改性,可以综合共混各组分的长处,实现了优势互补,从而拓宽了材料的应用领域。然而PTFE的表面能极低,润湿性差,属于高惰性材料,与绝大多数聚合物的相容性都很差,所以在进行共混改性前必须进行适当的表面处理,或在改性过程中添加适当的特定成分来改善PTFE与其他聚合物的相容性。

  共混的基本原理是相似相容原理、容度参数相近原理、表面张力相近原则。

  根据前述的3个原则,为改善PTFE与其他聚合物共混的相容性,从PTFE方面考虑:

  (1)为改善PTFE与橡胶的相容性,从热力学角度看,低相对分子质量的PTFE有利于与其他聚合物共混相容,另外,低相对分子质量的PTFE容易渗透到表面,增加材料表面的自润滑性。

  (2)对PTFE进行表面特殊的处理,提高其与其他聚合物的相容性。

  (3)采用细粒粉料的PTFE,增大混合熵。一般粒子在50nm以下。

  一般PTFE作为填料使用,PTFE作为主体材料的报道甚少,聚四氟乙烯和弹性体可以分别作为密封材料使用,它们也有其局限性,聚四氟乙烯及其复合材料本身的缺陷,不能像相机那样受到负荷之后能100%恢复到原来的状态,随着时间的推移缝隙逐渐加大,容易发生泄露,密封效果不是很理想,橡胶具有较大的弹性,耐磨损,但容易变形,润滑能力差。采用PTFE与橡胶共混的方法能有效综合共混各组分的长处,实现了优势互补,使工程塑料功能化,使之达到最佳的密封状态,从而拓宽了应用领域。

  适用于聚四氟乙烯的共混料需要满足以下条件:

  (1)在380~400℃烧结温度下稳定。

  (2)填料粒子与聚四氟乙烯粉末粒度相当,一般粒度应小于150μm。

  (3)不潮解和不与聚四氟乙烯反应。

  (4)与PTFE的界面相容性。

  (5)填料与分子极性相差不大。

  (6)共混组分热膨胀系数差别不大。

更多聚四氟乙烯垫片的信息欢迎访问进口密封件网站:奥赛罗密封

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