以其的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,已在化工、石油、紡織、電子電氣、、機械等領域獲得了廣泛應用。
在中聚四氟乙烯(PTFE)的消耗量,用途廣,是氟塑料中的一個重要品種。PTFE具有的耐高低溫性能和化學穩定性、很好的電絕緣性能、非粘附性、耐候性、阻燃性和良好的自潤滑性,有“”之美稱。該材料早是為和技術需要而開發的,而后逐漸推廣到民用,其用途涉及航空航天和民用的許多方面,目前在其應用領域已成為不可或缺的材料。
PTFE的性能特點
PTFE是由四氟乙烯單體聚合而成的聚合物,是一種類似于PE的透明或不透明的蠟狀物,其密度為2.2g/cm3,吸水率小于0.01%。它的化學結構與PE相似,只是聚乙烯中的全部氫原子都被氟原子所取代。由于C-F鍵鍵能高,性能穩定,因而其耐化學腐蝕性,能夠承受除了熔融的堿金屬、氟化介質以及300℃的氫氧化鈉之外的所有強酸(包括王水),以及強氧化劑、還原劑和各種的作用;PTFE分子中F原子對稱,C-F鍵中兩種元素以共價鍵結合,分子中沒有游離的電子,使整個分子呈中性,因此它具有優良的介電性能,而且其電絕緣性不受環境及頻率的影響。它的體積電阻大于1017健m,介電損耗小,擊穿電壓高、耐電弧性好,能在250℃的電氣環境下長期工作;因PTFE分子結構中沒有氫鍵,結構對稱,所以它的結晶度很高(一般結晶度為55%~75%,有時高達94%),使PTFE耐熱性能好,其熔融溫度為324℃,分解溫度為415℃,使用溫度為250℃,脆化溫度為-190℃,熱變形溫度(0.46MPa條件下)為120℃。PTFE的力學性能良好,其拉伸強度為21~28MPa,彎曲強度為11~14MPa,伸長率為250%~300%,對鋼的動靜摩擦系數均為0.04,比尼龍、聚、聚酯塑料的摩擦系數都小。
純PTFE強度低、耐磨性差以及耐蠕變性不好,通常要在PTFE聚合物中添加一些無機顆粒,如石墨、二硫化鉬、三氧化二鋁、玻纖、碳纖維等來提高其力學性能;也可利用與其他聚合物如聚苯酯(PHB)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚全氟(乙烯/丙烯)共聚物()等共混的方法來擴展其阻尼溫度范圍,提高其耐蠕變性。
PTFE的用途
PTFE特的性能使其在化工、石油、紡織、食品、造紙、、電子和機械等工業和海洋作業領域都有著廣泛的應用。
1、防腐蝕性能的應用
由于橡膠、玻璃、金屬合金等材料在耐腐蝕方面存在缺陷,難以滿足條件苛刻的溫度、壓力和化學介質共存的環境,由此造成的損失相當驚人。而PTFE材料以其的耐腐蝕性能,業已成為石油、化工、紡織等行業的主要耐腐蝕材料。其具體應用包括:輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管,軋鋼機高壓油管,飛機液壓系統和冷壓系統的高中低壓管道,精餾塔、熱交換器,釜、塔、槽的襯里,閥門等化工設備。
密封件的性能好壞對整個機器設備的效率與性能都有很大的影響。PTFE材料具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦系數及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性使其非常適合應用于制造耐腐蝕要求高,使用溫度100℃的密封件。如機器、熱交換器、高壓容器、大直徑容器、閥門、泵的槽形法蘭的密封件,玻璃反應鍋、平面法蘭、大直徑法蘭的密封件,軸、活塞桿、閥門桿、蝸輪泵、拉桿的密封件等等。
聚四氟乙烯防腐蝕產品的歷史沿革
化工生產廠在一定的溫度和壓力條件下進行,工藝要求嚴格,所涉原料有各種氣體、液體、固體,物性千差萬別,需要各種類型的生產設備。但是這些與介質接觸的設備在生產中每時每刻都被腐蝕,從而嚴重地制約了化工等工業的發展。在科技不發達情況下,人們總是在金屬中尋找抗腐劑。但這些設備往往體重,不能解決大量的腐蝕問題。之后,人們才開始摸索用非金屬來替代金屬。塑料先在我國得到應用的是聚四氟乙烯,接著聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、聚全氟乙丙稀等氟塑料以及聚乙烯、聚丙烯、ABS等熱塑性塑料接踵。
隨著科技進步,傳統耐蝕非金屬材料制防腐蝕設備發展日益完善,新型耐蝕非金屬材料制品不斷涌現。在采用新技術、新材料開發防腐蝕新產品的浪潮中,聚四氟乙烯防腐蝕產品一枝秀,迅速發展。聚四氟乙烯(簡稱PTFE)具有高度化學穩定性,他能耐幾乎所有的常用強腐蝕、氫氧化性化學物質,同時還具有耐高溫的特點,所以它是一種理想的防腐蝕材料。通過加工成型工藝的研究,聚四氟乙烯防腐蝕產品在工業中的應用愈來愈廣泛了。
聚四氟乙烯防腐蝕產品可以替代大量合金材料制品,增加設備工作能力,減少停工維修,是一種很有開發潛力的耐腐蝕產品。
關于提高聚四氟乙烯材料切削加工質量的研究
針對聚四氟乙烯材料在機械加工中的切削力小、導熱系數低、熱膨脹系數較大、熔點低的工藝特點,研究了聚四氟乙烯材料在幾種常用機械加工工藝中出現的難點及問題,提出了能有效提高聚四氟乙烯乙烯材料切削加工質量的方法。
聚四氟乙烯;機械加工;切削方法
聚四氟乙烯(Polyterafluoroethlene,簡稱PTFE),由于其良好的化學穩定性,耐腐蝕性、密封性,阻燃性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的耐力等特性,在在石油化工、電子電氣、、航空、航天、機械等多領域得以廣泛應用[1]。通常情況下,聚四氟乙烯材料的切削加工可在常用的金屬切削機床上進行,但與金屬材料切削加工相比,其加工規范性還不是很完善,它的可切削性、切削規律、結構和切削量均與金屬材料的加工有所不同,采用用傳統的加工工藝和工裝加工往往達不到產品的設計精度要求。本文主要針對聚四氟乙烯乙烯材料性能特點,對聚四氟乙烯材料的切削加工特點及其改善措施進行了研究探討。
1.聚四氟乙烯材料切削工藝特點及切削參數的選取 聚四氟乙烯材料的剛度、硬度、強度都相對較小,其拉伸強度為21-28MPa,彎曲強度為11-14MPa,伸長率為250%-300%。在應力長期作用下會變形,過載時容易出現蠕象。由于聚四氟乙烯以上性能特點,導致其在切削加工時具有特的工藝特點。
1.1聚四氟乙烯材料的切削工藝特點
(1)切削力小。由于聚四氟乙烯剛度、強度、硬度均較低,在相同的切削條件下,切削45鋼的主切削力是切削聚四氟乙烯材料的14-20倍[2]。
(2)聚四氟乙烯材料具有較小的導熱系數,僅為0.27W/M·K-1,加之較低的耐熱溫度,其耐熱溫度僅為250℃。若切削量過大、切削速度較高,工件的切削溫度則會升高,會使聚四氟乙烯材料發生軟化,甚至出現熔化、焦化和“粘刀”現象。
(3)聚四氟乙烯具有較大的熱膨脹系數,因此聚四氟乙烯材料在切削過程中會因摩擦產生較大的熱量,容易和工件的局部過熱,從而導致聚四氟乙烯工件受熱發生彈性變形,終影響聚四氟乙烯材料工件的表面質量和尺寸精度。
(4)相對于金屬材料,聚四氟乙烯的彈性模量很低,當切削加工進給量過大或轉速過快時,較大的加工摩擦力以及施加給工件的力共同作用,導致聚四氟乙烯工件產生較大的變形,從而影響聚四氟乙烯工件的加工精度。
1.2聚四氟乙烯材料切削參數的合理選取
(1)材料的選擇 聚四氟乙烯材料在切削時,材料一般為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼等。相對于而言,工件材料的硬度較低,因此的硬度對于聚四氟乙烯材料工件的加工質量影響不大。
(2)的幾何參數 前角:對于聚四氟乙烯材料,由于工件材料強度、硬度較低,應選取相對較大的前角,從而減小切削力并降低切削熱。 后角:聚四氟乙烯材料硬度、強度低,塑性越大,因此在機械加工時應選擇較大的后角,從而減小和聚四氟乙烯工件之間的摩擦力,進而降低工件的局部過熱現象,提高工件表面的加工質量。
(3)切削參數的選取 由于聚四氟乙烯材料強度低、硬度小,相對于金屬制品而言,在切削加工時可以選擇相對較大的切削量和較高的切削速度,但聚四氟乙烯的導熱系數低,且具有較高的熱膨脹系數大,在較大的進給量和較高的切削速度下又容易發生局部過熱引起的變形、焦化等現象。因此為了提高聚四氟乙烯材料的加工質量及加工精度,在一定加工效率的前提下,應盡量選取較小的切削量和較低的切削速度。
聚四氟乙烯乳液和粉末的應用:
可用于棒、管、板、電纜料、生料帶等材料的制作,經二次加工還可制成薄板、薄膜及各種異型制品,還可用作、稠化劑。
可作為塑料、橡膠、涂料、油墨、潤滑油、潤滑脂等的添加劑。
可推壓成型制成薄壁管、細棒材、異型棒材、電線電纜絕緣層、滾壓成薄帶作管道絲扣密封材料。
用于機械、電子、化工等工業,用于噴涂、浸漬等。
用于制浸漬涂料。
可制成棒、板、管材、薄膜及各種異型制品,用于航天、化工、電子、機械、等領域。
可制成高絕緣性電器零件、耐高頻電線電纜包皮、耐腐蝕化學器皿、耐高寒輸油管、等。
用于電池、纖維布等。
聚四氟乙超細微粉可以單作固體潤滑劑使用,也可以作為塑料、橡膠、涂料、油墨、潤滑油、潤滑脂等的添加劑。
聚四氟乙烯板(也叫四氟板,鐵氟龍板,特氟龍板)分模壓和車削兩種,模壓板是由聚四氟乙烯樹脂在常溫下用模壓法成型,再經燒結、冷卻而制成。聚四氟乙烯車削板由聚四氟乙烯樹脂經壓坯、燒結、旋切而成。其制品用途廣,具有為的綜合性能:耐高低溫(-192℃-260℃)、耐腐蝕(強酸、強堿、王水等)、耐氣候、高絕緣、高潤滑、不粘附、害等優良特性。聚四氟乙烯板(也叫四氟板,鐵氟龍板,特氟龍板)分模壓和車削兩種,模壓板是由聚四氟乙烯樹脂在常溫下用模壓法成型,再經燒結、冷卻而制成。聚四氟乙烯車削板由聚四氟乙烯樹脂經壓坯、燒結、旋切而成。其制品用途廣,具有為的綜合性能:耐高低溫(-192℃-260℃)、耐腐蝕(強酸、強堿、王水等)、耐氣候、高絕緣、高潤滑、不粘附、害等優良特性。聚四氟乙烯(英文縮寫為Teflon或[PTFE,F4]),被美譽為/俗稱“塑料王”,中文商品名“鐵氟龍”、“特氟隆”(teflon)、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。
聚四氟乙烯板用途
目前,各類聚四氟乙烯制品已在化工、機械、電子、電器、、航天、環保和橋梁等國民經濟領域中起到了舉足輕重的作用。
四氟乙烯板適用于-180℃~+250℃溫度下,主要用作電器絕緣材料及接觸腐蝕介質的襯里、支承滑塊、道軌密封件及潤滑材料,富柜家具把它用于輕工業中,廣泛應用于化工、、染料業容器、貯槽、反應塔釜、大型管道的防腐襯里材料;航空、等重工業領域;機械、建筑、交通橋梁滑塊、導軌;印染、輕工、紡織業的防粘材料等.
聚四氟乙烯板優點
耐高溫——使用工作溫度達250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性;即使溫度下降到-196℃,也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數化學藥品和溶劑,表現出惰性、能耐強酸強堿、水和各種。
耐氣候——有塑料中的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦系數者。
不粘附——是固體材料中小的表面張力,不粘附任何物質,力學性能它的摩擦系數小,僅為聚乙烯的1/5,這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力低,所以聚四氟乙烯具有不粘性。
害——具有生理惰性,作為和臟器長期植入體內無不良反應。
電性能聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內的介電常數和介電損耗都很低,而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
耐輻射性能聚四氟乙烯的耐輻射性能較差(104拉德),受高能輻射后引起降解,高分子的電性能和力學性能均明顯下降。應用聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型;也可制成水分散液,用于涂層、浸漬或制成纖維。聚四氟乙烯在原子能、航天、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、食品等工業中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料,絕緣材料,防粘涂層等。
耐大氣老化性:耐輻照性能和較低的滲透性:長期暴露于大氣中,表面及性能保持不變。
不燃性:限氧指數在90以下。
耐酸堿性:不溶于強酸、強堿和。
抗氧化性:能耐強氧化劑的腐蝕。
酸堿性:呈中性。
聚四氟乙烯的機械性質較軟。具有非常低的表面能。
用途:適用于加工各種特殊要求的板,棒等。不僅能加工復雜的四氟制品,還能適用于大板材的模壓成型,等壓模壓成型,自動模壓成型,以及精密柱塞擠出成型。PTFE造粒料有利于自動化加工,可以縮短成品的加工周期。
又稱低分子量聚四氟乙烯微粉,或聚四氟乙烯超細粉,或聚四氟乙烯蠟,為白色微粉狀樹脂,是由四氟乙烯經調聚反應得到的分散液再經凝聚、洗滌、干燥而制得,具有優良的耐熱性、耐候性、耐寒性、低摩擦性、不粘性、化學穩定性和電絕緣性能等性能。另外由于其平均粒徑小,所以具有很好的分散性,容易均勻地與其他材料共混。
懸浮聚四氟乙烯樹脂
懸浮聚四氟乙烯樹脂為白色顆粒。具有的化學穩定性,的電氣性能和低摩擦系數等的物理性能。
用途:適用于加工清潔度要求較高板、棒、膜等制品,加工普通模壓制品,模壓加工小制品、異型制品。
懸浮聚四氟乙烯造粒料樹脂
懸浮聚四氟乙烯造粒料樹脂為白色顆粒,流動性好,具有的電性能,化學穩定性和低摩擦系數。
懸浮聚四氟乙烯預燒結樹脂為白色顆粒,熔點327℃,具有良好的流動性,低摩擦系數,優良的熱穩定性及的化學穩定性。
聚四氟乙烯微粉可以單作固體使用,也可以作為塑料、橡膠、涂料、油墨、潤滑油、潤滑脂等的添加劑。與塑料或橡膠混合時可用各種典型的粉末加工方法,如共混等,加入量為5~20%,在油和油脂中添加聚四氟乙烯微粉,可降低摩擦系數,只要加百分之幾,就可提高潤滑油的壽命。其有機溶劑分散液還可作脫模劑。