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滑性,已在化工、石油、紡織、電子電氣、、機械等領(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滑性,有“”之美稱。該材料早是為和技術(shù)需要而開發(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
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(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(jié)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(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)境下長期工作;因PTFE分子結(jié)構(gòu)中沒有氫鍵,結(jié)構(gòu)對稱,所以它的結(jié)晶度很高(一般結(jié)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(xué)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(shù)均為0.04,比尼龍、聚、聚酯塑料的摩擦系數(shù)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(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(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,軋鋼機高壓油管,飛機液壓系統(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,閥門等化工設(shè)備。
密封件的性能好壞對整個機器設(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(yīng)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(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,物性千差萬別,需要各種類型的生產(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(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(簡稱PTFE)具有高度化學(xué)穩(wěn)定性,他能耐幾乎所有的常用強腐蝕、氫氧化性化學(xué)物質(zhì),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(chǎn)品在工業(yè)中的應(yīng)用愈來愈廣泛了。
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
針對聚四氟乙烯材料在機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(xiàn)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(zhì)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(xué)穩(wěn)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(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床上進行,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不到產(chǎn)品的設(shè)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(shù)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(yīng)力長期作用下會變形,過載時容易出現(xiàn)蠕象。由于聚四氟乙烯以上性能特點,導(dǎo)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(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(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程中會因摩擦產(chǎn)生較大的熱量,容易和工件的局部過熱,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)相對于金屬材料,聚四氟乙烯的彈性模量很低,當(dāng)切削加工進給量過大或轉(zhuǎn)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(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,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(zhì)量影響不大。
(2)的幾何參數(shù) 前角:對于聚四氟乙烯材料,由于工件材料強度、硬度較低,應(yīng)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(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,進而降低工件的局部過熱現(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(dǎo)熱系數(shù)低,且具有較高的熱膨脹系數(shù)大,在較大的進給量和較高的切削速度下又容易發(fā)生局部過熱引起的變形、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。