被称为“塑料之王”具有无色、无毒、耐温范围宽、化学惰性和摩擦系数小等多种优异性能使其成为当今以汽车、国防、机械、化工、电子、建筑等工业为中心的所有产业部门都必不可少的重要材料。这篇文章着重对市场上主要的聚四氟乙烯成型制品及其技术指标、生产的基本工艺和应用领域等作一综述。

  根据聚四氟乙烯的性能特点和加工特点其制品主要使用在于防腐、防粘、电子电气、静态和动态的密封、医药包装等领域产品的种类有板材、管材、薄膜、多孔材料、玻璃纤维浸渍布以及填充改性制品等。

  应用:利用其化学稳定性高的特点。大多数都用在石油、化学、化工行业大型管道的垫圈、衬里、大型阀门的阀片、隔膜、各种反应容器、贮槽、反应塔的衬里、塔板分配板等。利用其介电性能优异用于热电站、电解槽、密封环、电子电器和电子计算机工业的印刷线路、复铜板基材、各种尖端及特殊设备的部件。利用其摩擦系数低的特点用于海上钻油井架滑轨贴面、船坞滑道贴面、拦河大坝闸门滑道贴面、桥梁伸缩支承滑块贴面、各种机床镗床磨床刨床滑动导轨贴面等。利用其不粘性用于制糖工业、服装行业、食品及烟叶烘烤的传送带、印染工业防粘防腐的各种导辊的包覆层等。

  2.2.2聚四氟乙烯热收缩管PTFE热收缩管具有受热收缩的特性因此能紧密地包覆在其它工件的外表使该工件具备耐腐蚀、电绝缘及防粘性。大范围的使用在电气、化工、机械、印刷等工业。据报道PTFE热收缩管最大收缩率大于75%。采用分散PTFE树脂加工制作而成其原理是PTFE在加工中受到应力后产生强迫高弹形变这种形变具有可逆性低温使之冻结若重新加热冻结的强迫高弹形变就会逐渐消失并回复到原状态。生产PTFE热收缩管典型配方:分散PTFE树脂100(重量份)助挤剂20～22生产的基本工艺流程: PTFE树脂、助挤剂→混合→存放→预成型→推压→干燥→烧结→冷却→热处理→吹胀→冷却→产品。生产的基本工艺参数:前部分和普通PTFE管相同。热处理:将干燥烧结好的管子再次在高温下进一步充分烧结后骤冷的过程温度390℃±2℃冷却液-5℃。吹胀:在310℃左右充入0.98MPa以下压缩气体吹胀率为200%～400%。主要设备:吹胀机其它和普通PTFE管相同。主要技术指标见表3。

  2.2.1聚四氟乙烯普通管聚四氟乙烯普通管是由聚四氟乙烯分散树脂在常温下以有机溶剂为助挤剂推压制得再经干燥、烧结制成。按管径大小可分普通型管和微型管二种。普通管内径4mm微型管内径≤4mm。生产PTFE管的典型配方:分散PTFE树脂100(重量份)助挤剂18～24生产的基本工艺流程: PTFE、助挤剂→混和→推压→干燥→烧结→冷却→制品。生产的基本工艺参数:混合:温度≤19℃时间10min～20min混合完毕在25℃～30℃停放24h以上。制坯:压缩速率约为50mm/min压力0～3MPa。推压:料腔温度为30℃～50℃口模温度为50℃～60℃推压速率随管径的增大而变小随壁厚的变小而加快。干燥:在210℃以下2h～3h烧结:间歇烧结升温速率60℃/h375℃±5℃保温4h。连续烧结干燥区100℃～250℃预热区250℃～330℃烧结区380℃～420℃冷却区小于300℃。主要设备:混合机、预成型机、立式推压机、干燥及烧结炉。主要技术指标:ZBG—3300.—85见表2。

  2.2聚四氟乙烯管材PTFE管材其成型工艺有推压法、挤压法、液压法、焊接法、缠绕法等其中以推压法为主。一般都会采用分散PTFE树脂粒径500μm表观密度为0.45g/ml～0.55g/ml。小直径管选用压缩比较大的树脂大中径管选用压缩比较小的树脂。助挤剂通常选用200号与260号溶剂油。PTFE管材进行二次加工可制得PTFE热收缩管、PTFE螺旋管、PTFE钢丝增强液压管等。

  2.4聚四氟乙烯泡沫材料PTFE泡沫材料除保留了原有的许多优良性能外还具有一般泡沫材料的特性如密度小柔软略有弹性并可按不同的配比生产不一样介电常数的PTFE泡沫材料。同时也是一种最能耐腐蚀的热塑性过滤材料。研究表明用高分子材料———稠环芳烃作为成孔剂制造的PTFE泡沫材料其效果优于水溶性无机盐和其它挥发性物质。它的许多特性是一般滤纸、滤布、微孔玻璃、多孔陶瓷以及其它过滤材料所不及的被大范围的使用在石油化学工业地质勘测仪器仪表以及医药等工业部门。用来分离强腐蚀性的固2液固2气气2液介质必不可少的重要材料。此外它还是良好的隔热衬垫材料高质量材料及微波天线比较理想的材料。生产的基本工艺:树脂→干燥→捣碎→筛析（成孔剂→球磨→筛析）→混合→预成型→干燥→冷却→检析→烧结→冷却→成品工艺参数:原料选择:对孔径小的发泡材料选用粒径25μm～35μm的悬浮树脂对孔径大的发泡材料一般都会采用粒径150μm～250μm悬浮树脂。树脂干燥温度100℃～120℃。5小时捣碎过40目筛。成孔剂稠环芳烃球磨16h～24h过40目筛。混合:先将特殊的比例PTFE树脂和成孔剂先混匀再加入到剩余的PTFE树脂中混合5分钟。预成型:预成型的压力应根据混合料的颗粒大小来确定。一般压力控制在34MPa。干燥:使成孔剂均匀的从制品中全部逸出。采用阶梯式升降温方式。50℃时保温5h80℃时保温5h150℃时保温12h再降温至100℃保温3h。烧结:升温速度35℃/h在327℃左右保温1h在380℃保温6h～8h降温速度25℃/h。主要设备: KWY—104—1型电热干燥箱; DH—50型高速混合机; Y71—100型液压机; 151型高温烧结炉。主要技术指标见表7。

  2.3.2聚四氟乙烯多孔膜PTFE多孔膜为新型的空气过滤材料。用该材料的空气过滤器适合于吸收半导体工业所用的净化室中空气或其它气体中的悬浮微粒且空气及其它气体压力损耗较小。1976年R1W1Gore首先披露了商品名称为Groce—TexR的PTFE多孔膜的制作的完整过程。将粉末状聚四氟乙烯和润滑剂混合成糊挤压成片在排出润滑剂升高温度后(低于结晶熔点)进行单轴或双轴拉伸拉伸后的长度为原长度的50余倍。该膜的标称孔径为0.02μm～10μm厚25μm～76μm。1977年来日本研究者先后发表了许多专利如日本专利公开公报16619/1988。日本专利公开160.9/1988。日本专利公开17216/1981就多孔PTFE膜增加孔隙率减小孔径减少压力损耗等作了许多研究。最近日本田丸真二制得了一种平均孔径为0.2μm～0.5μm的膜当空气以513cm/s流速通过时压力损耗为10mm～100mmH2O柱该多孔PTFE薄膜具有99:1到75:25的纤丝对接点的面积比0.05μm～0.2μm的平均纤丝直径和不大于2μm2的最大接点面积。其制备方法是用PTFE细粉(由DaikinF104)制备厚度为100μm的未烧结未延展的PTFE薄膜(该薄膜在日本专利公开152825/1984公开)。然后在炉中加热并在339℃下保持50秒以获得0.50烧结度的连续的半烧结膜。再在320℃环境和温度加热15分钟以100%/秒的速率双向同时或连续的延展薄膜。该设备由Iwamoto公司制造在膜的纵向上拉伸比为5～8宽度方向拉伸比为15～25。总拉伸比为75～200而制得PTFE多孔薄膜。

  2.5聚四氟乙烯膨体材料PTFE膨体材料是六十年代发展起来的新型材料由微细的无规排列的纤维连接聚四氟乙烯的小结节所形成纤维之间的空隙充满了空气具有孔径小、孔率高、孔径分布均匀、强度高、相对密度小等特点。品种有膨体管、膜、纤维等。前文所述多孔膜即其一种大范围的应用在人工血管、心脏修补膜、分离和过滤膜、密封、电气绝缘、野外用品等方面。膨体PTFE的成型工艺是将糊膏挤压成型形成纵向排列成纤维状的预成型品经干燥去除助挤剂后在低于PTFE熔点(327℃)的温度下进行高速拉伸再在糊膏熔点的温度下对处于拉伸状态的PTFE半成品进行热处理得到孔隙率为40%～97%的膨体PTFE管、膜、棒等此法称为拉伸成型。原料需选用超高分子量分散聚四氟乙烯树脂。近年来宫香山等人利用不一样牌号低分子量树脂之间相溶及表面张力间极微小的差异按特殊的比例混合然后按拉伸成型法加工可制得云片状孔结构和常规纤维结节结构膨体PTFE材料。DuPont公司报道了一种新的多孔材料制备方法:在250℃～400℃温度范围内使PTFE与一种流体接触该流体只渗透和溶胀但不显著溶解PTFE或消除其弹性记忆然后冷却并从未被吸收的流体中分离渗透溶胀的聚合物。除去吸收的流体形成具有单一DSC熔融吸热的多孔材料。这种材料可用来做宇航服、绝对清洁室服、防水雨衣、手套、鞋类、户外用帐篷或睡袋。2.5.1膨体聚四氟乙烯人工血管膨体PTFE人工血管首先在美国和日本进行动物试验于1971年人体临床开始实际应用。目前已应用到人体的各部分如:内径1mm～1.5mm的膨体PTFE人工血管已应用于脑外科手术内径2mm的人工血管已应用于心脏搭桥手术。膨体PTFE人工血管是有微细的无规小纤维连接着PTFE小结节所形成。这些小纤维间隙充满了空气拥有50%的气孔结构而小结节的间隙则为15μm～30μm的连续多孔结构。它具有以下特点:(1)抗血栓性和人体适应性优;(2)不漏血液;(3)即使弯曲了也不会缠绕;(4)缝合容易不会裂开为避免血管破裂发展了膨体PTFE血管的增强技术。增强的方式有:(1)用膨体聚四氟乙烯膜缠绕增强(2)用聚全氟乙丙烯单丝在管外缠绕成螺旋形增强。其生产的基本工艺流程为:PTFE树脂、助挤剂→混合→预成型→糊膏挤压→干燥→拉伸热定型→制品本生产工艺前部和一般糊膏挤压制品相似的拉伸工艺是决定产品性能的关键。制品孔径大小、孔隙率高低均与拉伸温度、拉伸速率、拉伸倍率有关。一般控制拉伸温度200℃左右拉伸速率100%/秒拉伸倍率5倍左右。主要技术方面的要求: (1)孔隙率为55%～70%; (2)密度为0.2～0.4; (3)在直径20mm的芯棒上弯曲360℃不变形; (4)每根管的爆破压力达到0149MPa。2.5.2聚四氟乙烯纤维PTFE在高温时粘度大、不流动、也不溶于各种溶剂不能用熔融纺丝和湿法纺丝来制造PTFE纤维。前文介绍制造PTFE有两种方法:一是切割拉伸法。二是以化学纤维为载体的湿法纺丝。最近洪重光等人发明了一种制造PTFE短纤维的方法并用该纤维制成PTFE纤维过滤材料。该方法的关键是设计一种有机高分子材料制纤设备该设备由磨轮、包络器、风机、旋风分离器等部件构成。其中磨轮是关键它由钢轮外缘电铸金刚石聚晶体制成。经过控制磨轮粒度、轮径、转速及加工PTFE料块尺寸等工艺条件可以制造同长度和粗细的PTFE纤维型过滤材料。该材料的特点如压力损耗小、过滤流量大、常规使用的寿命长、可再生处理和重复使用。其制造工艺是选用悬浮型PTFE树脂按一般工艺加工成一定形状和大小的料块。该料块通过制纤专用设备将加工成绒状纤维纤维直径10-4mm～10-1mm范围长度1mm～100mm范围。然后半成品PTFE纤维填入模具加压压力的大小依据过滤材料孔隙孔径来确定一般为50～150kg/cm2。最后烧结成型。烧结温度390℃±5℃时间8h～12h。为了扩展PTFE纤维的应用场景范围奥地利人韦默等发明了一种稳定永久弯曲性能的PTFE纤维。该方法的特点是纤维由两种不相同的型号的PTFE组成利用两组份的热空气收缩率至少有1%的差别制成如:用AlgoflonDF200(AusimontSPA)热空气收缩值为415%Telflon3579(DuPont生产)热空气收缩值为310%将这两种PTFE粉末用20%的润滑剂处理分别压成圆柱形制品然后将这些圆柱形制品沿其轴向在中心严格地分开再把这两种不同聚合物的1/2部分合为圆柱体压制成圆股然后利用压延机将圆股压成011mm厚的膜将此膜干燥在380℃下烧结并在此温度下以1:11比例拉伸这样得到的膜厚度为20μm将此膜分裂成丝用一个切割机可将其切割成80mm长的短纤维再将这些短纤维放在250℃的炉子中加热30分钟这两种PTFE在加热过程中有不同程度的收缩结果有45%弯曲这种纤维在拉伸8%时强度可达495N/mm2。

  2.2.3聚四氟乙烯钢丝增强液压管普通PTFE管承受40kg/cm2左右的压力就要破裂当将其与钢丝复合后耐压性大幅度的提升国外的最大工作所承受的压力达到700kg/cm2。研究表明软管的耐压强度和耐脉冲强度不但与钢丝强度有关而且还与编织角度大小有关。单层编织时编织角为54°44″时在内压下钢丝没有伸长软管的长度、直径都不变化耐压性最好。当用作航空工业液压系统的软管时为避免内管因液压油流动过程中而产生的静电击穿须在PTFE内管的制造时加入微量导电碳黑。然而研究之后发现加入碳黑并未能完全阻止静电通过管壁放电且增加空隙。六十年代Attas公司制造了复合形式的管体即管子内层是特殊的比例的导电碳黑与PTFE的均匀混合物管子外层是纯PTFE。这种形式的管体内层具有轴向导电性能因此既能除静电又能防渗。其工艺:内层树脂(含导电碳黑)、外层树脂→压坯→推挤→干燥→冷却→检验→编织→装接头→检验。PTFE钢丝复合软管大多数都用在飞机上的液压系统、冷气系统、燃油系统、滑油系统。在民用工业中适用于橡胶、塑料、制药、服装、造船、汽车、机床、电机、柴油机、造纸等行业作液压、汽压、蒸汽输送等的软连接件。主要技术指标见表4。

  2.2.4聚四氟乙烯螺旋管PTFE螺旋管又称PTFE挠性软管它除具有聚四氟乙烯全部优良性能外还具有可挠曲的特性。目前品种有纯PTFE螺旋管及管外有化学纤维、不锈钢丝和涂塑玻璃纤维编织增强两类。它是由PTFE整体经二次加工而成其工艺是将PTFE薄壁管以一定速度连续通过一个温度为270℃～280℃组合模具连续向前旋转运动而制得。大多数都用在耐强腐蚀和耐高温设备的软性连接错位连接、蛇形管路、泵发动机等震荡部件的进出口管。用于飞机发动机的屏蔽电缆和保护电缆套管等。主要技术指标见表5。

  按ZBG33002—85分类PTFE板材可分为三类:SFB—1大多数都用在电气绝缘SFB—2用于腐蚀介质的衬垫、密衬件及润滑材料SFB—3用于腐蚀介质中的隔膜和视镜。根据其成型工艺不同可分模压板及旋切板两种。模压法比旋切成型设备简单生产周期短但对大型板材压机模具体积较大生产场地空间要求大所以要进行大面积防尘工作另外预成型板材极易破碎在进入烧结炉前应轻拿轻放。大型模压板材成型工艺流程:原料检验→捣碎过筛→计量→模压→半成品检验→烧结→冷却→成品检验→包装。工艺参数:原料处理:捣碎过10～20目筛并将其置于23℃～25℃环境中24h～48h进行温度调整。模压:压力1715～35MPa保压时间1～10min。烧结:烧结温度360℃～380℃升温速度30℃/h330℃保温2h370℃保温3h。冷却:降温速度20℃/h在PTFE熔点附近330℃左右缓慢冷却。主要设备: YJ79—3500工程塑料液压机DL—88A大型烧结炉

  2.3聚四氟乙烯薄膜PTFE薄膜是由模压烧结圆柱形坯料经机床切削成膜后再压延而成。根据处理方法的不同可分为定向膜半定向膜和不定向膜三种目前PTFE薄膜产品有多孔膜、微滤膜、彩色膜等。2.3.1聚四氟乙烯彩色薄膜PTFE彩色薄膜适用于以色泽区分标志的电器仪表或导线绝缘上是一种新型的综合性能优良的C级在允许电压下不导电的材料是无线电工业、航空工业和尖端科学技术中必不可少的重要材料之一。PTFE薄膜一般都会采用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂要求颗粒直径在150μm以下。颜料一定要具有耐热性好(400℃)颗粒细着色力强对化学试剂稳定等要求。其生产的基本工艺流程: PTFE树脂、颜料→混合→模压成型→烧结→冷却→车削不定向膜→压延半定向膜主要工艺参数:混合:目前生产彩色PTFE薄膜混合方式主要有两种;干法混合和湿法混合。研究表明湿法混合比干法混合混料均匀但工序多成本高需加溶剂为了能够更好的保证制品的均匀性一般都会采用湿法混合。工艺过程是将PTFE树脂、颜料加溶剂→混合→干燥→除溶剂→彩料。模压预成型:合理选择预成型单位压力是生产PTFE彩色薄膜重要的工艺条件。主要根据树脂的细度、压缩比、颜料种类细度等条件来选择一般在20～40MPa。烧结冷却:由于彩色薄膜含有颜料导热系数、热胀系数与PTFE不一致。因此在烧结过程中升降温度比普通PTFE薄膜要慢烧结温度比普通薄膜低升降温度为20～30℃/h烧结温度为375℃。而普通薄膜升温速度在327℃前50～60℃/h在327℃后30～40℃/h烧结温度380℃降温速度20～50℃/h。车削不定向膜:刀尖角以40°～45°为宜速度比普通PTFE慢。压延半定向膜:压延温度随薄膜厚度而异一般5μm厚110℃±5℃;30μm厚130℃±10℃。压延倍数为215～310。主要设备:(1)混合搅拌机; (2)液压机35～40MPa; (3)烧结炉DL151 (4)精密数控车床C620; (5)压延机 辊筒Φ100×120。主要技术指标外观颜色应鲜艳均匀见表6。

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