聚四氟乙烯樹脂的性能測(cè)試及影響

劉蓮

摘要：聚四氟乙烯樹脂的性能與后期氟塑料制品的加工應(yīng)用手段和質(zhì)量有著緊密關(guān)聯(lián)。不同的技術(shù)要求對(duì)應(yīng)不同用途，因此用戶對(duì)聚四氟乙烯樹脂的性能測(cè)試要求也就越大。我們對(duì)聚四氟乙烯樹脂各項(xiàng)性能測(cè)試的重要意義在于，首先為用戶正確掌握或使用性能提供了具體的數(shù)值依據(jù);同時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)可以通過檢測(cè)數(shù)據(jù)控制生產(chǎn)質(zhì)量，了解加工性能，并對(duì)其改進(jìn)配方、優(yōu)化工藝、進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)和研究提供數(shù)據(jù)等。開展檢測(cè)工作是企業(yè)發(fā)展不可或缺的重要手段。

關(guān)鍵詞：聚四氟乙烯樹脂 測(cè)試 影響

1.前言

氟原子是所有元素中電負(fù)性最高的活潑元素，其原子核離電子的距離較近，對(duì)原子的作用力極強(qiáng)，極化率小。氟原子的特性構(gòu)成了含氟聚合物在性能上具有共性，而且氟含量越高，體現(xiàn)的綜合性能越好。含氟聚合物是高分子材料中綜合性能最優(yōu)異的材料之一，它具有突出的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性、自潤滑性、耐大氣老化性等特性，常被應(yīng)用在材料的關(guān)鍵部位，對(duì)抵抗惡劣環(huán)境起到了特殊作用，是不可或缺的功能材料。含氟聚合物包括聚四氟乙烯、四氟乙烯 六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基聚合物、乙烯、四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等，其中聚四氟乙烯應(yīng)用最廣泛。PTFE作為含氟材料的主要品種，市場(chǎng)應(yīng)用前景非常廣闊，而且我國具有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)，屬于國家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。目前我國已經(jīng)成為全球PTFE主要生產(chǎn)國，但在技術(shù)、產(chǎn)品方面仍與國外有較大差距。、

PTFE相對(duì)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(jí)，而聚乙烯僅在103），一般結(jié)晶度為90 - 95%，熔融溫度為327 - 342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較碳稍大，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(gè)螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。隨著聚四氟乙烯加工技術(shù)的發(fā)展，聚四氟乙烯制品已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是傳統(tǒng)的“棒、管、板、膜”了，還有聚四氟乙烯長短纖、聚四氟乙烯單雙向拉伸管、雙向拉伸膜以及膨體聚四氟乙烯密封材料;還有憎水透氣膜、親水過濾膜、含氟復(fù)合材料以及異形零件等等，舉不勝舉。

一般來說PTFE的成型加工均要經(jīng)過預(yù)成型、燒結(jié)冷卻三步工藝，不同的工藝過程會(huì)對(duì)制品的性能產(chǎn)生影響。以下五項(xiàng)實(shí)用性能對(duì)成型加工條件影響較大：（1）制品內(nèi)所含雜質(zhì)、裂縫、氣泡。（2）因樹脂顆粒間聚集力不夠使制品內(nèi)存在微孔。（3）不同的結(jié)晶度表示分子排列的排序程度有差異。（4）分子量不同體現(xiàn)聚合物分子大小有差異。（5）定向度不同，表示聚合物分子鏈在特定方向上的整齊程度不同。拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率受所含雜質(zhì)、裂縫、氣泡、結(jié)晶度、分子量、定向度等影響。

2.性能測(cè)試

2.1清潔度

2.1.1圓片制作

稱取通過20目標(biāo)準(zhǔn)篩的聚四氟乙烯樹脂14.5g，均勻地加入清潔模具的模腔內(nèi)，刮平、合膜后，放在液壓機(jī)的下平板上緩慢加壓，在34.5MPa下保壓3min，卸壓，從模腔中取出直徑為76mm的預(yù)制品，修光毛邊，擦凈，將預(yù)制品放在平整的金屬板上，然后，送入具有強(qiáng)制熱風(fēng)循環(huán)、帶旋轉(zhuǎn)工作盤的燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。

2.1.2測(cè)試

在潔凈室取6片按2.1.1制備的圓片，在20W40W日光燈透射下目測(cè)試清潔度，試樣與燈的距離約為lOcni，檢驗(yàn)結(jié)果以最差的一片定。

2.1.3影響

“緩慢升壓”指的是在模壓成型過程要進(jìn)行2 4次泄壓放氣或分段保壓，使樹脂中空氣及時(shí)逸出。需注意盡量調(diào)整試驗(yàn)方法使放氣完全，以免樹脂中殘留空氣而呈現(xiàn)陰影狀態(tài)，在燒結(jié)過程中形成間隙氣泡，影響后續(xù)的力學(xué)性能測(cè)試。

經(jīng)過模壓成型的圓片及2.2.1的圓扣，需在23+2℃的環(huán)境下存放數(shù)小時(shí)，越大的制品存放時(shí)間越長，然后再燒結(jié)。這樣做的目的在于讓半成品內(nèi)的殘余應(yīng)力得以釋放。

清潔度對(duì)PTFE樹脂的出廠等級(jí)判定以及用戶使用有著極大影響，直接關(guān)聯(lián)PTFE生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)利益及下游客戶加工制件的類型與質(zhì)量。而目視測(cè)定結(jié)果因操作人員的不同而存在較大差異，因此在測(cè)試前需定下統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)大量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，挑選各類典型雜質(zhì)的圓片作為模板，以此為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度和熱不穩(wěn)定性指數(shù)

2.2.1圓扣制作

稱取通過20目標(biāo)準(zhǔn)篩的聚四氟乙烯樹脂12.Og，倒入內(nèi)徑為28.6mm、高度至少為76mm圓筒形模具的模腔內(nèi)，刮平上表面，合膜后將模具放在液壓機(jī)的下平板上緩慢加壓，在34. 5MPa下保壓2min，卸壓，從模腔中取出預(yù)制品，修光毛邊，擦凈，將預(yù)制品放在適當(dāng)?shù)谋P中，送人具有強(qiáng)制熱風(fēng)循環(huán)、帶旋轉(zhuǎn)工作盤的燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。

2.2.2測(cè)試

以浸漬法測(cè)試：室溫保持23+2℃，稱量圓扣在空氣中的質(zhì)量，將圓扣放入盛有23+2℃水的固定支架中，記錄試樣在水中的質(zhì)量。若圓扣表面黏附氣泡，可適當(dāng)搖動(dòng)完全除去氣泡。

2.2.2影響

為減小測(cè)試誤差，圓扣表面應(yīng)光滑，無凹陷無氣孔。在模壓過程中應(yīng)在模套下放上一墊塊，蓋上上模后，使用一直徑稍小于圓筒形模具的圓柱，使預(yù)成型品完整地受到擠壓，最后緩緩松壓，將圓扣從模具中頂出。

狀態(tài)條件：PTFE的測(cè)試結(jié)果對(duì)環(huán)境因素的依賴十分顯著，因此，為了得到重復(fù)性好的測(cè)試結(jié)果，就必須在測(cè)試前對(duì)式樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié);在溫度23+2℃，相對(duì)濕度50+10%的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)4h以上，并在此環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度（SSG）是ASTM的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)概念，間接表征PTFE分子量。SSG值越大，分子量越小;SSG值越小，分子量大。分子量不同，PTFE預(yù)成型品在燒結(jié)時(shí)的工藝不同;分子量越高，樹脂耐長時(shí)間燒結(jié)能力越強(qiáng)。

2.3拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率

2.3.1測(cè)試

將2.1燒結(jié)后的圓片在23+2℃下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，用沖刀沖切成標(biāo)準(zhǔn)啞鈴形試樣，同一試樣厚度偏差不大于+O.lmm，每組試樣不少于5個(gè)。萬能試驗(yàn)機(jī)在lOOmm/min+lOmm/min的速度下按儀器作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行試樣拉伸測(cè)試。

2.3.2影響

應(yīng)定期打磨沖刀保持鋒利以保證沖切的啞鈴形試樣邊緣應(yīng)光滑且無缺口。

聚四氟乙烯作為熱塑性高分子材料，對(duì)測(cè)試環(huán)境敏感，在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)得對(duì)一些特有的性能予以明確;（1）時(shí)測(cè)試溫度影響非常明顯。同一制件在不同溫度下所測(cè)試的性能完全不同。斷裂伸長率在拉伸試驗(yàn)中溫度降低幾度時(shí)其結(jié)果會(huì)有很大的變化，有時(shí)甚至此項(xiàng)性能參數(shù)會(huì)被判不合格。因此需嚴(yán)格控制試驗(yàn)室的室溫（2）對(duì)形變速度影響明顯。由于高分子材料內(nèi)部分子鏈的結(jié)構(gòu)和外力作用滑動(dòng)機(jī)理，在拉伸試驗(yàn)中如果速率提高也會(huì)時(shí)斷裂伸長率數(shù)值降低，拉伸強(qiáng)度數(shù)值變大。（3）試片的形狀、試片的大小以及試片制作的優(yōu)劣等等或多或少影響著測(cè)試性能的數(shù)值。根據(jù)理論分析，在塑料制品測(cè)試中，大試樣的測(cè)試結(jié)果要比小試樣的測(cè)試結(jié)果低。因此，不同試樣尺寸的測(cè)試結(jié)果不具可比性。不同試驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)時(shí)要注意這點(diǎn)。所以，規(guī)范中規(guī)定的試樣尺寸（沖片刀具等耗材在采購過程需嚴(yán)格把控）必須嚴(yán)格執(zhí)行，否則達(dá)不到測(cè)試目的。

2.4含水率

2.4.1測(cè)試

在已恒重的帶蓋鋁稱量盒中精確稱量35g - 45g聚四氟乙烯樹脂。將鋁稱量皿放人真空干燥箱中，在絕對(duì)壓強(qiáng)為13.3kPa、溫度150+1℃下干燥1.5h。從干燥箱中取出稱量盒，蓋上蓋，放人干燥器至少冷卻30min。再行稱量，計(jì)算樹脂在干燥過程中損失。

2.4.2影響

樹脂干燥程度即含水率為PTFE樹脂制件堆擠壓線體的連續(xù)性線體的連續(xù)性影響或燒結(jié)開裂、氣泡分層的影響因素之一，是重要的性能指標(biāo)之一。

含水率指標(biāo)控制在0.04%以內(nèi)，測(cè)試試樣的質(zhì)量需大一些才能保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性，試料冷卻時(shí)間、稱量溫度要統(tǒng)一控制好。

因PTFE分散樹脂物料烘干工藝的局限性，日常的取樣檢測(cè)未必能代表整批量樹脂的含水率，為了質(zhì)量保證，尤其是在夏日高溫季節(jié)，應(yīng)加大抽檢力度，必要時(shí)開箱查驗(yàn)樹脂成品是否含有明水。

2.5平均粒徑

2.5.1測(cè)試

以無水乙醇為介質(zhì)，加入適量乳化劑，促進(jìn)PTFE樹脂的分散，使用激光粒度儀，根據(jù)儀器作業(yè)指導(dǎo)書測(cè)定粒徑，測(cè)試結(jié)果取中粒徑D50，即平均粒徑。

2.5.2.影響

聚四氟乙烯懸浮樹脂按粒徑大小可分為中粒度以及細(xì)料。不同的樹脂分類，其用途大大不同。中粒度粒徑一般在70- 260微米，不易結(jié)團(tuán)，好梳理，幾乎無流動(dòng)性，成型制品孔隙率大，機(jī)械性能差，可用于純制品;細(xì)料粒徑一般在15-40微米，易結(jié)團(tuán)，不好梳理，無流動(dòng)性，成型制品孔隙率相對(duì)較小，機(jī)械性能較好，可以和填充劑混合使用。

4.結(jié)論

聚四氟乙烯樹脂又稱“塑料王”，現(xiàn)如今各類塑料王制品已在化工、機(jī)械、電子、電器、軍工、航天、環(huán)保和橋梁等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中起到了舉足輕重的作用。隨著聚四氟乙烯樹脂的需求量不斷增大，加工應(yīng)用范圍越來越廣泛，用戶對(duì)聚四氟乙烯制品的具體性能指標(biāo)的檢測(cè)要求也就越突出、越具體。不同的用途對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)要求。我們需要充分掌握各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試因素的影響，了解其對(duì)后期加工應(yīng)用的意義，更準(zhǔn)確地掌握測(cè)試手段。

參考文獻(xiàn)

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