亚洲流体网旗下网站:
400-6030-811

当前位置:

流体机械首页 > 流体机械资讯 > [会员投稿]聚四氟乙烯密封的研究进展
热门专题: 模具品牌 电机品牌 水泵品牌 产业领袖 2016展会 广州环博会 流体技术 智能制造 义乌装博会 中国水博会 互联网+论坛 2015石油展

聚四氟乙烯密封的研究进展

亚洲流体网 发布时间:2018/5/5 15:43:32 浏览次数:179 来源: 我要投稿
【导读】 近年来随着科学的发展,特别是空间技术、汽车和石油化工的发展,愈来愈迫切需要有耐高温、耐低温、耐辐射、耐化学介质和高度绝缘等综合性能优异的密封材料。聚四氟乙烯是一类应用范围广并具有较好耐化学特性的高分子材料,在多样性应用方面超过了所有包含氟的材料,是重要的密封材料之一。

近年来随着科学的发展,特别是空间技术、汽车和石油化工的发展,愈来愈迫切需要有耐高温、耐低温、耐辐射、耐化学介质和高度绝缘等综合性能优异的密封材料。聚四氟乙烯是一类应用范围广并具有较好耐化学特性的高分子材料,在多样性应用方面超过了所有包含氟的材料,是重要的密封材料之一。


聚四氟乙烯的性质


聚四氟乙烯的优点


聚四氟乙烯简称PTFE,由单体四氟乙烯经自由基聚合得到的全氟化聚合物。碳原子周围被4个氟原子包围,由于氟原子的共价半径(0.064nm)大于氢原子的半径(0.028nm),氟原子排列起来可以把碳链包围住。由于氟原子互相排斥,使整个大分子链不像碳氢分子链一样呈锯齿形,而是呈螺旋结构,类似于人类的DNA螺旋。


该螺旋构象正好包围在PTFE易受化学侵袭的碳链骨架外,形成了一个紧密的完全“氟代”的保护层,使PTFE主链不受外界任何试剂的侵袭,使PTFE具有其他材料无法比拟的耐溶剂性、化学稳定性以及低的内聚能密度。


聚四氟乙烯是一种具有优异的耐化学性且耐高低温的碳氟化学物,即使暴露在空气中也不会变质,可在-200~250℃范围内长期使用。由于分子结构中含有氟原子吸电子团影响,PTFE表现出高度的化学稳定性,几乎耐一切酸碱等化学物质的侵入。


突出的不粘性、异常的润滑性以及优异的电绝缘性能,耐老化性和抗辐射性,极小的吸水率等特点被称为“塑料王”,广泛地应用于航空航天、石油化工、机械、电子、电器、建筑、纺织等诸多领域。正是这些特性,它一出现就被秘密应用在军事工业,直到20世纪50年代才应用到静态密封上来。


聚四氟乙烯的缺点


尽管聚四氟乙烯材料性能稳定,但其缺点也很明显。


(1)聚四氟乙烯具有“冷流性”。如PTFE用作密封垫时,为密封严密而把螺栓拧得很紧,以致超过特定的压缩应力时,会使垫圈产生“冷流”(蠕变)而被压扁。


(2)聚四氟乙烯的熔体粘度很高,在高温下也不流动。


(3)PTFE具有突出的不粘性,限制了其工业上的应用。它是极好的防粘材料,这种性能又使它与其他物件的表面粘合极为困难。


(4)PTFE的导热系数低,导热性能较差。


(5)PTFE的线膨胀系数为钢的10~20倍,比多数塑料大。在应用PTFE时,如果对这方面性能注意不够,很容易造成损失。


(6)注意加热温度不能超过400℃,否则会产生毒气。


改性聚四氟乙烯


聚四氟乙烯的刚性影响了它的动态密封效果,超过特定的压缩应力时,会产生“冷流”(蠕变),使之密封应用受到很大的限制。因此,对聚四氟乙烯进行改性,进一步提高其综合性能是研究的重点。


目前,对聚四氟乙烯的改性主要是与其他材料进行复合或者对其表面处理,利用复合材料的特性,弥补聚四氟乙烯自身的不足。改性的主要方法有:表面改性、填充改性、共混改性等。


表面改性


PTFE表面能较低,临界表面张力约为1.85×10-4N/cm,相当于水的1/3,接触角118°,是各种材料中最大。通过表面改性,PTFE表面生成了大量活性自由基,为下一步的接枝或者粘接创造了条件。PTFE在H2等离子体条件下的表面改性如图2所示。从图中可以看出,PTFE表面在等离子条件下生成了氢氧等活性自由基,很容易通过接枝来改变PTFE的表面活性,抑制PTFE的表面惰性。


填充改性


填充聚四氟乙烯得到优良的耐磨性能的密封材料。国内外以青铜粉、石墨、二硫化钼(MoS2)、玻璃纤维、碳纤维、聚苯、稀土、聚酰亚胺以及纳米材料等作为填充改良剂改性PTFE。耐磨性能大幅度提高,抗蠕变性能得到改善,满足了一般特定条件下的密封。填料可以单独使用,也可以几种填料复合应用。表1是几种填充PTFE复合材料的物理性能。


共混改性


利用PTFE的优异性能与其他工程塑料进行共混改性,可以综合共混各组分的长处,实现了优势互补,从而拓宽了材料的应用领域。在进行共混改性前必须进行适当的表面处理,或在改性过程中添加适当的特定成份以改善PTFE与其他聚合物的相容性。


共混的基本原理是相似相容原理、容度参数相近原理、表面张力相近原则。根据这3个原则,为改善PTFE与其他聚合物共混的相容性,从PTFE方面考虑:


(1)为改善PTFE与橡胶的相容性,从热力学角度看,低相对分子质量的PTFE有利于与其他聚合物共混相容。另外,低相对分子质量的PTFE容易渗透到表面,增加材料表面的自润滑性。


(2)对PTFE进行表面特殊的处理,提高与其他聚合物的相容性。


(3)采用细粒粉料的PTFE,增大混合熵。一般粒子在50nm以下。


膨胀聚四氟乙烯


膨体聚四氟乙烯(ExpandedPTFE)是将PTFE分散树脂的生料膜片经独特的拉伸工艺制造而成的一种含有大量微孔、高韧性的低密度材料。其不仅保留了聚四氟乙烯独特的性能,即良好的耐化学性,磨擦系数低等,而且还扩大了应用温度范围,抗拉强度增加了2.5倍,密度变为原来的1/10。


此材料薄膜每平方厘米由14亿个小孔组成,这些小孔比水分子小20000倍,比蒸汽分子大700倍,同时呈不规则排列,该材料由无数均质细密柔软强韧的多方向纤维组成,具独有的高密封纤维组织,受压后纤维会相互缠结,组织变得更紧密均匀,在苛刻的腐蚀环境以及高温下也能保持极佳的密封状态。


膨胀聚四氟乙烯(EPTFE)是当前一种独特的新型密封材料,是聚四氟乙烯的进一步科技延伸。由于它是纯PTFE经过特殊加工而形成的一种密封材料如图3所示,改变了普通聚四氟乙烯密封材料存在的过硬、恢复性差、热膨胀系数大、蠕变后易失效等缺点。


随着国外新技术在国内的转化,膨胀聚四氟乙烯材料作为一种新型密封材料,已经积极地活跃在世界的舞台,在化工、石化、石油、生物化工、航天、制药、机械、餐饮等行业大显身手,开创了现代密封的新天地。


小结


PTFE及其改性材料、膨胀聚四氟乙烯,展现了良好的发展前景。PTFE、复合材料、EPTFE薄膜复合于橡胶密封材料表面,可提高橡胶密封件的耐溶剂性和耐介质性,价格也较低廉,同时可以解决弹性回复力差的缺陷,已被广泛用于各种苛刻场合的密封要求。


填充PTFE密封材料具有极好的耐高低温特性,极好的耐摩擦性,是目前替代传统石棉垫片材料的主要替代物。膨胀聚四氟乙烯的发明解决了PTFE弹性不足的缺陷,同时抗压强度增加了一倍多,还兼具PTFE的较好的耐化学性、绝缘、耐高低温等优点。这些综合性能是任何一种密封材料都不可比拟的,是理想的高级密封材料。

版权与免责声明

亚洲流体网所有权利在全球受法律保护,本网站上可阅读和可见的所有资料都受到知识产权法的保护,任何单位和个人未经本公司授权不得以本公司及其所有的网站名义进行商业或非商业活动。除非有其他的标注或被授权允许使用。

所有其他亚洲流体网没有主张权利的商标和产品名称则可能是它们各自所有权人的商标或注册商标未获得亚洲流体网或其他在本网站上有权使用商标的第三方的书面同意下,本网站不应理解为授权使用被展示于本网站的任何商标。

图吧

  • 我是供应商
  • 我是采购商
  • 我是展会商
  • 热点追踪
  • 我是供应商
  • 我是采购商
  • 我是展会商
  • 热点追踪