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    聚簡稱F-4,是一種工程材料,它具有其他各種工程塑料的特點(diǎn),而其優(yōu)異性能是其他各種工程塑料所不可比擬的;它的廣泛的頻率范圍及高低溫使用范圍、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,高的電絕緣性,突出的表面不粘性,良好的潤滑以及耐大氣老化性能,使聚在解決工業(yè)各部門的有關(guān)技術(shù)中,屬于其他塑料之上。
    PTFE的種類及用途
    (1)聚按聚合方法的不同,分為懸浮聚和分散聚兩大類。
    (2)懸浮聚樹脂系白色粉末,顆粒較大,經(jīng)適當(dāng)?shù)暮筇幚?,可得到不同顆粒度的粉末。這種粉狀樹脂用于模壓,壓延加工成型,而不直接用于電線電纜的生產(chǎn)。用于電線電纜絕緣時,應(yīng)將懸浮聚模壓,燒結(jié)成圓柱型坯料,再在車床上車削成聚薄膜。這種薄膜又稱熟料帶,供電線電纜繞包絕緣用。
    (3)分散聚又分為粉末和濃縮分散液兩種型態(tài)。其中:粉狀分散樹脂在加入一定量的助劑(如)及填料(如石英粉)經(jīng)混合后,專供推壓成型,適用于電線電纜等薄壁制品的推壓加工,在目前電線生產(chǎn)中應(yīng)用較多:也可將粉狀分散樹脂推壓成型,然后滾壓成薄膜(又稱生料帶)供細(xì)線徑電線絕緣或電線護(hù)套繞包用。聚濃縮分散液主要供浸漬多孔材料(如,玻璃,纖維編織)及粉末冶金法制成的金屬軸承的表面涂層用。聚絕緣電磁線及耐高溫電線的玻璃纖維編織層就是聚濃縮液涂制用的。

    聚(PTFE)膜
    PTFE過濾膜是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),無直通孔。開孔率及孔徑分布是衡量PTFE膜的重要指標(biāo)。PTFE膜的開孔率一般在80%-95%之間。開孔率高,會提高通氣量;孔徑分布集中,表明膜孔徑大小均勻。憑借特殊的生產(chǎn)工藝,可針對不同物料,控制不同孔徑,以達(dá)到高效過濾的目的。通常膜厚度并不是評價PTFE過濾膜的指標(biāo),如果膜的厚度偏厚則容易產(chǎn)生透氣量小、運(yùn)行壓力高等問題。根據(jù)多年的研究使用觀察,膜厚薄基本不影響使用壽命,關(guān)鍵是復(fù)合強(qiáng)度,這是影響使用壽命的重要因素。
    膜的復(fù)合途徑
    為了提高使用壽命,增加膜的強(qiáng)度,需要把過濾膜復(fù)合到各種過濾材料商,如各種針刺氈、機(jī)織布、玻纖等。由于PTFE自身具有不黏性的特點(diǎn),對膜復(fù)合技術(shù)要求很高,目前復(fù)合方法有膠復(fù)合和熱復(fù)合兩種方式。
    ①膠復(fù)合式較初級的復(fù)合方式,復(fù)合強(qiáng)度低,易脫膜,壽命短,由于膠滲透,導(dǎo)致透氣性差,不宜清灰,削弱了PTFE的優(yōu)越性能。
    ②熱復(fù)合式先進(jìn)的復(fù)合方式,完整地保持了PTFE過濾膜的優(yōu)越性能,但對熱復(fù)合技術(shù)的要求嚴(yán)格。

    「PTFE】聚的缺點(diǎn)和改進(jìn)
    盡管聚材料性能穩(wěn)定,特性優(yōu)異,但是還是存在一些缺點(diǎn)需要改進(jìn)。
    (1)聚具有“冷流性”。即材料制品在長時間連續(xù)載荷作用下發(fā)生的塑性變形(蠕變),這給它的應(yīng)用帶來一定的限制。如當(dāng)PTFE用作密封墊時,為密封嚴(yán)密而把螺栓擰得很緊,以致超過特定的壓縮應(yīng)力時,會使墊圈產(chǎn)生“冷流”(蠕變)而被壓扁。
    這些缺點(diǎn)可通過加入適當(dāng)?shù)奶盍霞案倪M(jìn)零件結(jié)構(gòu)等方法來克服。
    (2)聚的熔體粘度很高,在高溫下也不流動。它在熔點(diǎn)(327℃)以上,熔體粘度達(dá)到1 010 Pa.s,即使加熱到分解溫度也不流動。
    這就使它不能采用一般熱塑性塑料的成型方法,而要采用類似粉末冶金那樣的燒結(jié)方法成型。
    (3)PTFE具有突出的不粘性,限制了其工業(yè)上的應(yīng)用。它是極好的防粘材料,這種性能又使它與其他物件的表面粘合極為困難。
    在某些需要潤滑的工況下可使用四氟材料?;蛘呤褂没瘜W(xué)化的方式,破壞四氟表面能,使其可粘。
    (4)PTFE的導(dǎo)熱系數(shù)低,導(dǎo)熱性能較差,這不僅妨礙它用作軸承材料,而且使得制造厚壁制品時不能淬火。
    但是這也使其成為很好的隔熱材料,在四氟中填充金屬或者其他材料可以改善導(dǎo)熱性。
    (5)PTFE的線膨脹系數(shù)為鋼的10~20倍,比多數(shù)塑料大,其線膨脹系數(shù)隨著溫度的變化而發(fā)生很不規(guī)律的變化。在應(yīng)用PTFE時,如果對這方面性能注意不夠,很容易造成損失。
    填充其他材料可以改善線彭系數(shù),不然在使用和加工的時候要嚴(yán)格控制溫度這個變量,最好是能得到廠家的專業(yè)指導(dǎo)。
    (6)在400℃以上加熱時,聚的裂解速度逐漸加快,分解產(chǎn)物主要是、和。在475℃ 以上,分解產(chǎn)物有極少量劇毒的全氟。注意加熱溫度不能超過400℃,且實(shí)驗(yàn)室要有良好的通風(fēng)系統(tǒng),利于排除毒性氣體。
    因此一般四氟的工況不超過260℃,對于有壓力的情況下,溫度更要適度降低。
    PTFE性能及應(yīng)用
    (一)摩擦系數(shù)低
    聚(PTFE)材料的低摩擦系數(shù)已是人所共知,1949年,K.V蘇特和P.H托馬斯在B-L機(jī)器上測量聚(PTFE)材料的摩擦系數(shù)時證實(shí):承載1~4公斤,滑行速度0.1~10毫米時,聚(PTFE)材料的摩擦系數(shù)是0.04。在承載1360公斤情況下,摩擦系數(shù)達(dá)到0.01。
    (二)溫度性能
    聚(PTFE)樹脂材料的高溫穩(wěn)定性來自于極強(qiáng)的碳-氟原子鍵,并且由此確定了聚(PTFE)樹脂材料成為一種非常有用的抗高溫聚合物。因而聚(PTFE)樹脂材料在超過幾乎所有其它熱塑料和合成橡膠的高溫極限下仍保持其性質(zhì)不變。同時,與其它聚合物相比,在抗純壓力和高溫時,聚(PTFE)樹脂材料的熔融粘度也非常高。因?yàn)榫郏≒TFE)樹脂材料具有極高的抗熱裂變極限和很高的熔點(diǎn)和自燃點(diǎn),聚(PTFE)樹脂材料能耐高溫和火焰。在正常的工作溫度范圍內(nèi),聚(PTFE)額定溫度上限是260℃,在此情況下,它不熱裂變。在觀察260-360℃范圍內(nèi),重量損失相當(dāng)小,并且損失是由于在聚合中吸收少量氣體和水分。只有在溫度超過400℃情況下,聚(PTFE)樹脂材料的熱裂變才變得明顯。 在低溫情況下,聚(PTFE)樹脂材料能保持良好的性能。在很低溫度時,能保持很強(qiáng)的抗沖擊性能。即使在溫度低達(dá)-196℃時,經(jīng)過精心制造的試件仍有韌性,已經(jīng)證明,聚(PTFE)樹脂材料在溫度-268℃以上仍有使用價值,并在-80℃以上具有較高塑性。
    (三)化學(xué)穩(wěn)定性
    正像我們觀察到的一樣,聚(PTFE)樹脂材料的分子結(jié)構(gòu)由碳原子組成的鏈完全被氟原子所覆蓋。這個氟原子殼保護(hù)著易受侵蝕的碳原子鏈,這使聚(PTFE)樹脂材料具有暴露在溶劑中不與溶劑發(fā)生反應(yīng)并抵抗分解的獨(dú)特穩(wěn)定性。聚(PTFE)材料幾乎不與已知的任何化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),即使在極高溫度和壓力下也能抵抗腐蝕性化學(xué)物質(zhì)和溶劑的腐蝕。在正常工作溫度范圍內(nèi),這類樹脂不會被任何溶劑溶解和膨脹。這種獨(dú)特的穩(wěn)定性來自于很強(qiáng)的碳-碳鍵和極強(qiáng)的碳-氟鍵內(nèi)的結(jié)合,以及幾乎完美的氟原子對碳原子骨架鏈的保護(hù)殼和聚合物的高分子量,這種結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了一些特殊性能,例如低摩擦系數(shù)和不可溶性。

    聚(F4,PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能:耐高溫—長期使用溫度200~260度,耐低溫—在-100度時仍柔軟;耐腐蝕—能耐和一切有機(jī)溶劑;耐氣候—塑料中最佳的老化壽命;高潤滑—具有塑料中最小的摩擦系數(shù)(0.04);不粘性—具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì);無毒害—具有生理惰性;優(yōu)異的電氣性能,是理想的C級絕緣材料,報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓;比冰還要光滑。聚材料,廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機(jī)械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。
    聚是的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為:CF3(CF2CF2)nCF3。20世紀(jì)30年代末期發(fā)現(xiàn),40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì) 聚相對分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達(dá)一千萬以上,一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級,而聚僅在103)。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。聚分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚的各種性能。溫度低于19℃時,形成13/6螺旋;在19℃發(fā)生相變,分子稍微解開,形成15/7螺旋。
    雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol,但聚解聚生成1mol僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時,聚主要解聚為。聚在260、370和420℃時的失重速率(%)每小時分別為1×10-4.4×10-3和9×10-2??梢?,聚可在 260℃長期使用。由于高溫裂解時還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟等,所以要特別注意安全防護(hù)并防止聚接觸明火。
    PTFE的性能
    (1)物理性能
    PTFE是一種堅韌,柔軟,沒有彈性,拉伸強(qiáng)度適中的材料,低溫性能好,當(dāng)溫度低至(-269℃)時,在受壓力的情況,PTFE仍然具有延展性。
    (2)PTFE電絕緣性能
    在廣闊的溫度和頻率范圍內(nèi),聚具有優(yōu)異的電絕緣性能。由于聚分子鏈中的氟原子對稱,均勻分布,不存在固有的偶極距,使介質(zhì)損耗角正切tgδ和相對介電常數(shù)εr在工頻109HZ范圍內(nèi)變化很小。從室溫到300℃之間,聚的tgδ值實(shí)際變化很小,而εr隨溫度升高有所下降。
    (3)PTFE的耐熱性
    聚具有相當(dāng)高的耐熱性和耐低溫性能。聚的耐熱性在現(xiàn)有的工程塑料中是很高的。它雖在200℃時開始有微量的分解物出現(xiàn),但從200℃至熔點(diǎn)327℃以上溫度,其分解速度仍然非常緩慢,幾乎可以忽略不計;只是在400℃,才發(fā)生顯著的分解,每小時的重量損失約為0.01%。經(jīng)熱分解的聚,平均分子量有所下降,結(jié)晶度則有所增加??估瓘?qiáng)度降低。當(dāng)在300℃加熱一個月,其抗拉強(qiáng)度約下降10%~20%;在260℃下長期加熱,其抗拉強(qiáng)度基本不變。因此,從熱分解的觀點(diǎn)來看,聚可以在300℃下短期的使用,在260℃下則可長時間的連續(xù)使用。若從熱變形的觀點(diǎn)看,在負(fù)荷不大的情況下,聚可以在260℃下長期連續(xù)的使用;在負(fù)荷較大時,熱變形顯著,其使用溫度就相應(yīng)的降低。聚在-200℃這樣的極低的溫度下,不硬脆仍具有令人滿意的機(jī)械強(qiáng)度和柔軟性??梢?,用聚做絕緣的電線,完全可以在-60~+260℃下使用。
    (4)PTFE的耐化學(xué)穩(wěn)定性
    聚具有突出的耐化學(xué)穩(wěn)定性,它不受強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)試劑侵蝕,亦不與之發(fā)生任何作用,它也完全不受、氟酸、濃酸、氯磺酸、熱的濃酸、沸騰的溶液氯氣以及的作用。即使在高溫下, 聚也能保持很好的耐化學(xué)穩(wěn)定性,只有在高溫下的氟元素和熔融的等堿金屬與之發(fā)生作用。
    (5)PTFE的力學(xué)性能
    由于聚大分子之間的相互吸引力較小,因此他只有中等的抗拉強(qiáng)度。聚塑料的抗拉強(qiáng)度和伸率是符合電線電纜的使用要求的,在高溫下,當(dāng)溫度不超過250℃時, 聚的力學(xué)性能變化不大;當(dāng)溫度超過327℃時,由于聚失去結(jié)晶結(jié)構(gòu),其力學(xué)性能突然變壞,如重新冷卻至327℃以下,力學(xué)性又可復(fù)原。
    6)PTFE的耐濕和耐水性
    有很好的耐濕性和耐水性,聚本身透濕性和吸水性極微,放在水中浸泡24H后,吸水性實(shí)際等于零,浸水后的絕緣電阻基本不變,是其他材料所不及的。
    (7)PTFE耐氣候性
    耐氣候性優(yōu)良。在大氣環(huán)境中,由于聚分子中不存在光敏基團(tuán),臭氧也不能與其作用,使其在炎熱高溫的熱帶和濕熱帶氣候條件下, 聚可不加保護(hù)長期的使用,性能不變.
    (8)PTFE的其他性能
    聚雖然有很多的優(yōu)點(diǎn),但作為電線電纜絕緣材料還有一些缺點(diǎn),例如:聚加工比較困難,工藝性能較差,不能連續(xù)擠制,生產(chǎn)效率低;在連續(xù)負(fù)荷作用下有冷流現(xiàn)象,耐切割性不良;耐電游離性能及耐輻射性能不佳,因此, 聚的應(yīng)用范圍受到了限制.

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