是一種人工合成高分子材料,具有抗酸抗堿、抗各種等特點(diǎn),又被稱(chēng)作“塑料王”,其擁有懸浮細(xì)粉、懸浮中粒、分散細(xì)粉樹(shù)脂、改性分散乳液等多個(gè)品級(jí)。
近年來(lái)的嚴(yán)重霧霾污染,逐步令業(yè)內(nèi)意識(shí)到聚四氟乙烯材料的更多應(yīng)用空間。相關(guān)業(yè)內(nèi)人士指出,過(guò)去國(guó)內(nèi)治理工業(yè)煙粉塵大多采用普通材料制成的除塵濾袋,無(wú)法過(guò)濾細(xì)顆粒物PM2.5。而目前已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的一種新型微孔覆膜濾料經(jīng)美國(guó)檢測(cè),對(duì)PM2.5的過(guò)濾達(dá)99.9995%。
值得注意的是,PTFE覆膜濾料具備顯著特點(diǎn):
一是除塵效率顯著,其結(jié)構(gòu)使除塵效率可高達(dá),大大的超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn),接近于零排放;
二是使用環(huán)境的適應(yīng)性廣,聚四氟乙烯(PTFE)覆膜濾料的耐高低溫、抗結(jié)露與化學(xué)穩(wěn)定性、化等性能決定了它對(duì)溫度、濕度與腐蝕性氣體有著強(qiáng)的適應(yīng)能力,特別是對(duì)高濃度、高濕度、微細(xì)顆粒含塵氣體使用效果更佳,這些性能都是目前常規(guī)濾料無(wú)法比擬的;
三是透氣性好,聚四氟乙烯(PTFE)覆膜濾料的透氣量可以達(dá)到3-6m3/㎡,已經(jīng)超過(guò)了實(shí)際使用的要求;
四是經(jīng)濟(jì)效益佳,其使用壽命是與經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)的,基于覆膜濾料的結(jié)構(gòu),它的使用壽命可達(dá)3年以上,3年內(nèi)使用常規(guī)濾袋所需的資金大大超過(guò)使用覆膜濾袋的投資。
也是說(shuō),使用覆膜濾料做成的濾袋,不僅可以更好地凈化環(huán)境,還可以獲得豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。在過(guò)濾方面,PTFE覆膜濾料是在普通濾料表面復(fù)合一層聚四氟乙烯(PTFE)薄膜而形成的一種新型濾料。這層薄膜相當(dāng)于起到了“一次粉塵層”的作用,物料交換是在膜表面進(jìn)行的,使用之初能進(jìn)行有效的過(guò)濾。薄膜特有的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使粉塵無(wú)法穿過(guò),無(wú)孔隙堵塞之虞。這種過(guò)濾方式稱(chēng)為“表面過(guò)濾”。覆膜濾料不僅可實(shí)現(xiàn)近于零排放,同時(shí)由于薄膜不粘性、摩擦系數(shù)小,故粉餅會(huì)自動(dòng)脫落,確保了設(shè)備阻力長(zhǎng)期穩(wěn)定,能充分發(fā)揮袋式除塵器性,因而是理想的過(guò)濾材料選擇。
以其的耐高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)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(rùn)滑性,已在化工、石油、紡織、電子電氣、、機(jī)械等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
在中聚四氟乙烯(PTFE)的消耗量,用途廣,是氟塑料中的一個(gè)重要品種。PTFE具有的耐高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)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(rùn)滑性,有“”之美稱(chēng)。該材料早是為和技術(shù)需要而開(kāi)發(fā)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(yīng)用領(lǐng)域已成為不可或缺的材料。
PTFE的性能特點(diǎn)
PTFE是由四氟乙烯單體聚合而成的聚合物,是一種類(lèi)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(xué)結(jié)構(gòu)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(wěn)定,因而其耐化學(xué)腐蝕性,能夠承受除了熔融的堿金屬、氟化介質(zhì)以及300℃的氫氧化鈉之外的所有強(qiáng)酸(包括王水),以及強(qiáng)氧化劑、還原劑和各種的作用;PTFE分子中F原子對(duì)稱(chēng),C-F鍵中兩種元素以共價(jià)鍵結(jié)合,分子中沒(méi)有游離的電子,使整個(gè)分子呈中性,因此它具有優(yōu)良的介電性能,而且其電絕緣性不受環(huán)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(huán)境下長(zhǎng)期工作;因PTFE分子結(jié)構(gòu)中沒(méi)有氫鍵,結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),所以它的結(jié)晶度很高(一般結(jié)晶度為55%~75%,有時(shí)高達(dá)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(xué)性能良好,其拉伸強(qiáng)度為21~28MPa,彎曲強(qiáng)度為11~14MPa,伸長(zhǎng)率為250%~300%,對(duì)鋼的動(dòng)靜摩擦系數(shù)均為0.04,比尼龍、聚、聚酯塑料的摩擦系數(shù)都小。
純PTFE強(qiáng)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(wú)機(jī)顆粒,如石墨、二硫化鉬、三氧化二鋁、玻纖、碳纖維等來(lái)提高其力學(xué)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(lái)擴(kuò)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(jī)械等工業(yè)和海洋作業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
1、防腐蝕性能的應(yīng)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(mǎn)足條件苛刻的溫度、壓力和化學(xué)介質(zhì)共存的環(huán)境,由此造成的損失相當(dāng)驚人。而PTFE材料以其的耐腐蝕性能,業(yè)已成為石油、化工、紡織等行業(yè)的主要耐腐蝕材料。其具體應(yīng)用包括:輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管,軋鋼機(jī)高壓油管,飛機(jī)液壓系統(tǒng)和冷壓系統(tǒng)的高中低壓管道,精餾塔、熱交換器,釜、塔、槽的襯里,閥門(mén)等化工設(shè)備。
密封件的性能好壞對(duì)整個(gè)機(jī)器設(shè)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(shù)及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性使其非常適合應(yīng)用于制造耐腐蝕要求高,使用溫度100℃的密封件。如機(jī)器、熱交換器、高壓容器、大直徑容器、閥門(mén)、泵的槽形法蘭的密封件,玻璃反應(yīng)鍋、平面法蘭、大直徑法蘭的密封件,軸、活塞桿、閥門(mén)桿、蝸輪泵、拉桿的密封件等等。
聚四氟乙烯防腐蝕產(chǎn)品的歷史沿革
化工生產(chǎn)廠在一定的溫度和壓力條件下進(jìn)行,工藝要求嚴(yán)格,所涉原料有各種氣體、液體、固體,物性千差萬(wàn)別,需要各種類(lèi)型的生產(chǎn)設(shè)備。但是這些與介質(zhì)接觸的設(shè)備在生產(chǎn)中每時(shí)每刻都被腐蝕,從而嚴(yán)重地制約了化工等工業(yè)的發(fā)展。在科技不發(fā)達(dá)情況下,人們總是在金屬中尋找抗腐劑。但這些設(shè)備往往體重,不能解決大量的腐蝕問(wèn)題。之后,人們才開(kāi)始摸索用非金屬來(lái)替代金屬。塑料先在我國(guó)得到應(yīng)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(jìn)步,傳統(tǒng)耐蝕非金屬材料制防腐蝕設(shè)備發(fā)展日益完善,新型耐蝕非金屬材料制品不斷涌現(xiàn)。在采用新技術(shù)、新材料開(kāi)發(fā)防腐蝕新產(chǎn)品的浪潮中,聚四氟乙烯防腐蝕產(chǎn)品一枝秀,迅速發(fā)展。聚四氟乙烯(簡(jiǎn)稱(chēng)PTFE)具有高度化學(xué)穩(wěn)定性,他能耐幾乎所有的常用強(qiáng)腐蝕、氫氧化性化學(xué)物質(zhì),同時(shí)還具有耐高溫的特點(diǎn),所以它是一種理想的防腐蝕材料。通過(guò)加工成型工藝的研究,聚四氟乙烯防腐蝕產(chǎn)品在工業(yè)中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛了。
聚四氟乙烯防腐蝕產(chǎn)品可以替代大量合金材料制品,增加設(shè)備工作能力,減少停工維修,是一種很有開(kāi)發(fā)潛力的耐腐蝕產(chǎn)品。
關(guān)于提高聚四氟乙烯材料切削加工質(zhì)量的研究
針對(duì)聚四氟乙烯材料在機(jī)械加工中的切削力小、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)較大、熔點(diǎn)低的工藝特點(diǎn),研究了聚四氟乙烯材料在幾種常用機(jī)械加工工藝中出現(xiàn)的難點(diǎn)及問(wèn)題,提出了能有效提高聚四氟乙烯乙烯材料切削加工質(zhì)量的方法。
聚四氟乙烯;機(jī)械加工;切削方法
聚四氟乙烯(Polyterafluoroethlene,簡(jiǎn)稱(chēng)PTFE),由于其良好的化學(xué)穩(wěn)定性,耐腐蝕性、密封性,阻燃性、高潤(rùn)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(jī)械等多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)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(jī)床上進(jìn)行,但與金屬材料切削加工相比,其加工規(guī)范性還不是很完善,它的可切削性、切削規(guī)律、結(jié)構(gòu)和切削量均與金屬材料的加工有所不同,采用用傳統(tǒng)的加工工藝和工裝加工往往達(dá)不到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度要求。本文主要針對(duì)聚四氟乙烯乙烯材料性能特點(diǎn),對(duì)聚四氟乙烯材料的切削加工特點(diǎn)及其改善措施進(jìn)行了研究探討。
1.聚四氟乙烯材料切削工藝特點(diǎn)及切削參數(shù)的選取 聚四氟乙烯材料的剛度、硬度、強(qiáng)度都相對(duì)較小,其拉伸強(qiáng)度為21-28MPa,彎曲強(qiáng)度為11-14MPa,伸長(zhǎng)率為250%-300%。在應(yīng)力長(zhǎng)期作用下會(huì)變形,過(guò)載時(shí)容易出現(xiàn)蠕象。由于聚四氟乙烯以上性能特點(diǎn),導(dǎo)致其在切削加工時(shí)具有特的工藝特點(diǎn)。
1.1聚四氟乙烯材料的切削工藝特點(diǎn)
(1)切削力小。由于聚四氟乙烯剛度、強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù),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(guò)大、切削速度較高,工件的切削溫度則會(huì)升高,會(huì)使聚四氟乙烯材料發(fā)生軟化,甚至出現(xiàn)熔化、焦化和“粘刀”現(xiàn)象。
(3)聚四氟乙烯具有較大的熱膨脹系數(shù),因此聚四氟乙烯材料在切削過(guò)程中會(huì)因摩擦產(chǎn)生較大的熱量,容易和工件的局部過(guò)熱,從而導(dǎo)致聚四氟乙烯工件受熱發(fā)生彈性變形,終影響聚四氟乙烯材料工件的表面質(zhì)量和尺寸精度。
(4)相對(duì)于金屬材料,聚四氟乙烯的彈性模量很低,當(dāng)切削加工進(jìn)給量過(guò)大或轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí),較大的加工摩擦力以及施加給工件的力共同作用,導(dǎo)致聚四氟乙烯工件產(chǎn)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(shù)的合理選取
(1)材料的選擇 聚四氟乙烯材料在切削時(shí),材料一般為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼等。相對(duì)于而言,工件材料的硬度較低,因此的硬度對(duì)于聚四氟乙烯材料工件的加工質(zhì)量影響不大。
(2)的幾何參數(shù) 前角:對(duì)于聚四氟乙烯材料,由于工件材料強(qiáng)度、硬度較低,應(yīng)選取相對(duì)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(qiáng)度低,塑性越大,因此在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)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(jìn)而降低工件的局部過(guò)熱現(xiàn)象,提高工件表面的加工質(zhì)量。
(3)切削參數(shù)的選取 由于聚四氟乙烯材料強(qiáng)度低、硬度小,相對(duì)于金屬制品而言,在切削加工時(shí)可以選擇相對(duì)較大的切削量和較高的切削速度,但聚四氟乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)低,且具有較高的熱膨脹系數(shù)大,在較大的進(jìn)給量和較高的切削速度下又容易發(fā)生局部過(guò)熱引起的變形、焦化等現(xiàn)象。因此為了提高聚四氟乙烯材料的加工質(zhì)量及加工精度,在一定加工效率的前提下,應(yīng)盡量選取較小的切削量和較低的切削速度。
聚四氟乙烯超細(xì)粉是由四氟乙烯經(jīng)調(diào)聚反應(yīng)而得到的分散??捎米魉芰?、橡膠、油墨、涂料、潤(rùn)滑油脂的防黏、減摩、阻燃添加劑。
特性能:
產(chǎn)品純度,分子量低于1萬(wàn)以下,粒徑在0.5-15μm的PTFE微粉系列,不僅保持著聚四氟乙烯原有的所有優(yōu)良性能,還具有許多特的性能:如無(wú)自凝聚性、無(wú)靜電效應(yīng)、相溶性好、分子量低、分散性好、自潤(rùn)滑性高、摩擦系數(shù)降低明顯等等。
用途:
聚四氟乙超細(xì)微粉可以單作固體使用,也可以作為塑料、橡膠、涂料、油墨、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂等的添加劑。與塑料或橡膠混合時(shí)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(shù),只要加百分之幾,可提高潤(rùn)滑油的壽命。
聚四氟乙超細(xì)微粉可以單作固體使用,也可以作為塑料、橡膠、涂料、油墨、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂等的添加劑。與塑料或橡膠混合時(shí)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(shù),只要加百分之幾,可提高潤(rùn)滑油的壽命。其分散液還可作脫模劑。聚四氟乙烯微粉,主要是做添加劑使用??梢蕴砑拥狡渌芰?,油墨,潤(rùn)滑劑,涂料,或者直接當(dāng)潤(rùn)滑劑使用。
絕緣類(lèi)
1.電線電纜的C級(jí)絕緣材料;2.雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子引水管和熱電偶的護(hù)套;3.高頻、頻通訊設(shè)備和的微波絕緣材料;4.印刷線路基板及馬達(dá)、變壓器(含氣體變壓器)絕緣材料;5.空調(diào)、電子爐、各種加熱器及六氟化硫斷路器的絕緣材料
一、聚四氟乙烯油封材點(diǎn)
聚四氟乙烯(PTFE)又名或塑料王,是四氟乙烯單體的共聚物,它具有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)化學(xué)穩(wěn)定性:幾乎所有的化學(xué)抗性,強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑及等對(duì)它均不起作用。
(2)熱穩(wěn)定性:裂解溫度在400℃以上。因此,聚四氟乙烯能夠在-200℃~300℃溫度范圍內(nèi)正常工作。
(3)減摩性:聚四氟乙烯材料磨擦系數(shù)低,僅0.02,是橡膠的1/40。
(4)自潤(rùn)滑性:聚四氟乙烯材料表面具有的自潤(rùn)滑性,幾乎所有粘性物質(zhì)均不能粘附到它的表面上去。
二、聚四氟乙烯油封填充改性
純聚四氟乙烯不耐磨,要使它具有實(shí)用性,必需對(duì)它填充改性處理。我們采用二種方法:一種是無(wú)機(jī)物填充改性,在聚四氟乙烯里加入玻璃纖維、碳素纖維、石墨、二硫化鉬等。另一種是有機(jī)物填充改性,在聚四氟乙烯里加入聚苯脂、聚苯硫醚等(適用于凈水、食品,藥品密封)。通過(guò)填充改性使聚四氟乙烯耐磨性能提高了2000倍,又增加了鋼性、導(dǎo)熱性,使油封達(dá)到高壽命要求。
PFA物料性能:
1、 為少量全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物。熔融粘結(jié)性增強(qiáng),溶體粘度下降,而性能與 聚四氟乙烯相比無(wú)變化。此種樹(shù)脂可以直接采用普通熱塑性成型方法加工成制品;
2、長(zhǎng)期使用溫度-80--260度,有的耐化學(xué)腐蝕性,對(duì)所有 化學(xué)品都耐腐蝕,耐磨高潤(rùn)滑,還有很好的電性能,其電絕緣性不受溫度影響,有“塑料王”之稱(chēng);
3、其耐化學(xué)藥品性與聚四氟 乙烯相似,比偏氟乙烯好;
4、其抗蠕變性和壓縮強(qiáng) 度均比聚四氟乙烯好,拉伸強(qiáng)度高,伸長(zhǎng)率可達(dá)100-300%。介電性好,耐輻射性能;
5、害:具有生理惰性,可植入人體內(nèi) ;
可溶性聚四氟乙烯
1、為少量全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物。熔融粘結(jié)性增強(qiáng),溶體粘度下降,而性能與聚四氟乙烯相比無(wú)變化。此種樹(shù)脂可以直接采用普通熱塑性成型方法加工成制品。
2、長(zhǎng)期使用溫度-80--260度,有的耐化學(xué)腐蝕性,對(duì)所有化學(xué)品都耐腐蝕,摩擦系數(shù)在塑料中低,還有很好的電性能,其電絕緣性不受溫度影響,有“塑料王”之稱(chēng)。
3、其耐化學(xué)藥品性與聚四氟乙烯相似,比偏氟乙烯好。
4、其抗蠕變性和壓縮強(qiáng)度均比聚四氟乙烯好,拉伸強(qiáng)度高,伸長(zhǎng)率可達(dá)100-300%。介電性好,耐輻射性能。阻燃性達(dá)V0級(jí)。
5、適于制作耐腐蝕件,減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫(yī)療器械零件。
6、高溫電線、電纜絕緣層,防腐設(shè)備、密封材料、泵閥襯套,和化學(xué)容器。
成型性能
1、結(jié)晶料,吸濕小。可采用通常得熱塑性塑料得加工方法加工成制品。
2、流動(dòng)性差,易分解,分解時(shí)產(chǎn)生腐蝕氣體。宜嚴(yán)格控制成型溫度不要超過(guò)475度,模具應(yīng)加熱至150-200度,澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力應(yīng)小。
3、半透明粒料,注塑、擠出成型。成型溫度350-400度,475度以上容易引起變色或發(fā)生氣泡。并注意脫模會(huì)較困難。
4、因熔融的材料對(duì)金屬有腐蝕作用,長(zhǎng)期生產(chǎn),模具需要電鍍鉻處理。
可熔性聚四氟乙烯(PFA):
可熔性聚四氟乙烯(PFA)是四氟乙烯與全氟烯醚的共聚物,具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐老化性和低摩擦系數(shù),可采用擠塑、吹塑、注塑等一般熱塑性塑料的成型加工工藝進(jìn)行加工。