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PTFE改性材料
日期:2018-04-03 16:43:42
尽管PTFE具有良好的物化性能,但是也存在一些缺陷,如其机械性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困难等,使其应用受到一定限制。随着我国PTFE产能快速增加,加强PTFE改性技术研究与应用,开发新型高效的PTFE复合材料,已经成为目前国内PTFE的研究与发展方向。可以通过增强、填充、复配和共混等多种手段对PTFE进行改性,以弥补自身缺陷,主要方法有表面改性、填充改性和共混改性。
一、表面改性
PTFE极低的表面活性和不粘性限制了其与其他复合材料的复合,因此必须对PTFE材料进行一定的表面改性,以提高其表面活性。常用技术有(a),表面活化技术:可以采用高能射线的辐射使其表面脱氟,在一定装置和条件下与其他材料氟化接枝;用一些惰性气体的低温等离子处理PTFE材料,发生碳-氟或碳-碳键的断裂,生成大量自由基以增加PTFE的表面自由能,改善其润湿性和粘接性;将PTFE浸入熔融的醋酸钾中,在适宜温度下处理形成具有一定活性的活化层;PTFE在一定配比的氢氧化钠、二丙烯基三聚氰胺混合液中加热处理,可以提高其表面活性;PTFE经过一定强度和时间的电晕处理,可以形成可胶接的活化层。(b),化学腐蚀改性:将PTFE经过一定化学试剂处理可以提高其表面活性,这些化学试剂可以是金属钠的氨溶液、萘钠四氢呋喃溶液、碱金属汞齐、五羰基铁溶液等。(c),表面沉积改性:将PTFE浸渍在某些金属氢氧化物的胶体溶液中,使得胶体粒子沉积在PTFE表面,从而增大其湿润性,改善其表面活性,而易于与其他材料复合。上述表面改性方法主要适应于PTFE薄膜,改性后的薄膜广泛应用于化工防腐衬里、密封制品及润滑装置的设计与制造中。
二、填充改性
目前填充PTFE制品是产量较大的PTFE树脂产品,通过在PTFE树脂填充无机类、金属类和有机高聚物类等不同填料来改善PTFE的耐压性、耐磨性和冷却性。这些填料要求能经受住PTFE的烧结温度、不与PTFE反应、另外具有一定粒度并能改善PTFE的一些物化性能。值得注意的是,在国外,PTFE填充技术都是由PTFE树脂生产厂家完成,而我国则都是由加工生产企业来完成。
填充材料主要有:无机填充材料,主要有玻璃纤维、石墨、二硫化钼和碳纤维等;金属填充材料,通常采用铁、铜、铅、钼、钨、银等金属及其氧化物来填充PTFE,尤其是铜及其合金最为常用;有机填充材料主要是有机纤维和高分子聚合物。
三、共混改性
共混改性主要是利用PTFE的优异特点对一些树脂进行合金化处理,目前研究与应用前景看好,如PTFE/PA、PTFE/POM、PTFE/PC、PTFE/PI、PTFE/PPO、PTFE/PEEK、PTFE/PPS、PTFE/PES等合金产品层出不穷。
PTFE改性聚甲醛(POM):POM具有极好的力学、化学和电性能,广泛应用于汽车、电子、精密机械和建材。国内采用冷压-热烧结工艺研制出一系列不同PTFE含量的的POM/PTFE的共混物,可以明显改善摩擦磨损性能、韧性、抗蠕变性和外观;还有通过高速混合PTFE和增韧增容改性后的POM挤出造粒制得合金粒料,使改性后POM的摩擦磨损性能得到现状改善,其改善机理在于PTFE转移膜的形成;国外通过机械共混方法制备多种POM/PTFE共混物,即POM分别与PTFE、涂覆偶联剂PTFE、经过化学处理的PTFE等数种PTFE共混,结果表明经过化学反应处理的、加偶联剂的PTFE与POM之间产生很强的粘附作用,具有非常优异的性能。
PTFE改性聚苯硫醚(PPS):PPS缺点在于耐冲击性能较差、而且加工成型困难。由于PTFE惰性表面很难与PPS进行粘接,日本从提高表面亲和力的观点出发,采用增溶剂以降低两相界面张力,并采用在高剪切速率下进行混炼的技术,使该非相容体系合金化。
国内利用PPS粉与混合剂混磨后,加入PTFE粉制成涂料,使得涂层具有优异的摩擦磨损性能、附着性、柔韧性和防粘性,其混合剂一般采用乙醇、水、二氧六环十二烷基磺酸钠的体系。PTFE/PPS合金解决了PPS熔体流动速率高、难以直接模塑成型的问题,在300℃以上仍能保持较高的力学性能,主要用于耐腐蚀的泵、阀、垫圈,以及动态密封、轴套、汽车引擎阀盖、色谱仪滑动密封件和导向件等。
PTFE改性聚酰胺(PA):PA添加PTFE主要是提高其滑动性,据资料介绍,当PTFE填充量大于10%时候,PA的减摩耐磨性明显得到提高,如在PA体系中同时添加能于、与其部分相容的线型低密度聚乙烯/丙烯-苯乙烯的共聚物5%,PTFE10%,二者协同效应非常好,无论是从提高复合材料的性能,还是降低成本方面考虑,都是非常理想的改性方法。
PTFE改性聚酰亚胺(PI):PI作为一种新型的工程塑料主要用于航空航天工业,近年来应用拓展到电子、汽车等领域。国外由33%PTFE、2%炭黑和65%可溶性PI组成的复合材料是摩擦磨损性能十分优异的无油润滑材料,如国外RTP公司采用热塑性聚酰亚胺与PTFE进行共混或添加其他磨耗剂与填料的技术开发了RTP4200系列产品,可用于汽车发动机罩下部件、航空航天设备和办公电子设备等。
PTFE改性聚醚醚酮(PEEK):PEEK复合材料在航空航天、电子电气等领域获得广泛应用。国内研究单位利用PEEK的良好力学性能和高耐热性、PTFE的低摩擦系数,配以助剂改进加工工艺,通过熔融共混制备PEEK/PTFE共混物,并用玻璃纤维/碳纤维混合纤维增强以提高其力学性能,开发一种工艺性能好且能注射成型的无油润滑、耐高温、低摩擦的材料,用作高温发动机部件。
PTFE改性聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA):PMIA是一种力学性能、耐高温性远高于其他脂肪族的聚酰胺,为了进一步改善材料的摩擦学性能,需要采用润滑性填料改善摩擦磨损性能。国内利用高速混合装置使PMIA粉末PTFE充分混合,并通过压缩浇铸得到样品,经过实验表明,当PTFE含量为20%时候共混物具有较低的摩擦系数。
PTFE改性线型低密度聚乙烯(LLDPE):采用PTFE对LLDPE改性可以有效延长其寿命,如果国外报道利用γ射线辐射粉体PTFE,同时用硅烷偶联剂处理,用表面处理后的PTFE填充改性LLDPE后,不仅可以提高PTFE和LLDPE的粘接性,又可以提高共混物的力学性能,通过测试LLDPE的加工性和紫外线稳定性得到明显提高。
另外,PTFE与其他多种工程塑料的共混国内外也进行大量研究,如PTFE与无定型高聚物聚醚砜(PES)进行共混,可以明显提高PES的润滑性能,英国ICI公司和日本住友化学相继开发出PTFE改性的系列耐磨耗的PES新产品;PTFE与聚苯醚(PPO)共混物特别适合制成整体和大型轴承部件;聚(邻苯二甲酸-二酚基丙烷)树脂是一种非晶性透明聚合物,具有很多优异性能,采用PTFE改性后,可明显提高其耐化学性和自润滑性;日本帝人化成开发的PTFE与聚碳酸酯共混合金特别适宜生产机械、车辆、电器等设备的齿轮凸轮和轴承等制品。
在线型PTFE链上引入少量非氟基团,进行嵌段接枝以破坏其对称性,从而得到可热塑性塑料加工方法加工的改性PTFE,加工性能大为改善,日益受到业内重视,另外如PTFE分散液、PTFE微粉和膨胀型PTFE等因为加工性能优异倍受重视。
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