基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

建筑装饰用PTFE改性超疏水PDMS涂层性能分析

选择碳钢作为测试基材,利用一种简单、无氟、低成本工艺制得超疏水性聚二甲基硅氧烷PDMS涂层。对PDMS涂层进行聚四氟乙烯PTFE改性处理形成超疏水表面,并通过实验测试的手段对其进行微观组织和自清洁分析。研究结果表明:PDMS涂层经PTFE改性处理后的表面变得更加粗糙,许多微米级颗粒在表面形成了均匀覆盖状态。超疏水涂层形成了PTFE烷基的衍射峰,生成了聚四氟乙烯盐。碳钢超疏水表面具备高效自清洁能力,其分层结构能够保留空气,隔绝了污染物接触,抑制水滴在表面发生扩散。

PTFE改性超疏水PDMS装饰涂层及表面性能分析

随着高分子化学的发展对建筑装饰材料的性能提出了一定要求。选择碳钢作为测试基材,利用碱性不含氰化物电解浴方式制备有机硅聚合物(PDMS)装饰涂层,对PDMS涂层进行聚四氟乙烯(PTFE)改性处理形成超疏水表面。开展实验测试研究其表面润湿性和耐腐蚀性。研究结果表明:PDMS涂层润湿角从31.6°提高至81.5°,经PTFE修饰处理的试样获得了超疏水性。PDMS涂层形成了2个抑制阳极反应的钝化区,获得了更强的耐蚀能力。PDMS涂层PTFE改性后具备比改性前更强耐蚀能力。该研究有助于提高建筑装饰材料表面使用效率,尤其是便民质量。

哌啶功能化聚苯乙烯/PTFE复合阴离子交换膜研究

阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的关键材料,对燃料电池性能起着至关重要的作用。在不同孔径的聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜内,通过原位热聚合的方法将氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯和二乙烯基苯共聚制备成膜,采用N-甲基哌啶(DMP)对膜进行功能化得到哌啶功能化聚苯乙烯/PTFE复合阴离子交换膜(QAPTFE/PVH)。采用三种孔径(1、0.45和0.22μm)PTFE多孔基膜,分别制备了三种复合阴离子交换膜QAPTFE/PVH-1、QAPTFE/PVH-0.45和QAPTFE/PVH-0.22。测试了不同膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量和离子电导率等性能,发现QAPTFE/PVH-1具有较高的吸水率和溶胀率,分别为88.06%和50.42%,80℃下电导率达34.44 mS/cm。在65℃、H_(2)/O_(2)气体流速均为0.5 L/min和操作压力为0.1 MPa条件下,QAPTFE/PVH-1膜的单电池峰值功率密度达278.4 mW/cm^(2)。此外,QAPTFE/PVH复合膜的开路电压均高于1.0 V,表明复合膜具有较好的燃料阻隔能力。在80℃的3 mol/L KOH中测试了三种QAPTFE/PVH膜的耐久性,14 d后离子交换容量(IEC)的保留率分别为93.98%、91.88%和92.55%,表明QAPTFE/PVH膜具有较好的耐久性。

芳纶纱的结构形貌对芳纶/PTFE织物复合材料摩擦学性能的影响

为了研究纱线结构形貌对织物复合材料摩擦学性能的影响,选用对位芳纶纤维,制备成3种具有不同结构形貌的芳纶纱,分别为长丝平行纱、长丝加捻纱和短纤维加捻纱。以相同的制备工艺得到3种芳纶/PTFE织物复合材料,采用多试件摩擦磨损试验机测试复合材料的摩擦学性能,并对芳纶/PTFE混编织物及相应复合材料的结构形貌、力学性能和磨损表面进行分析与探讨。实验结果表明:芳纶纱的结构形貌可直接影响纱线的断裂强度、纱线拔出强力、纱线与树脂的界面结合力,进而影响织物复合材料的摩擦学性能;在不同的磨损条件下3种混编织物的耐磨性表现有所不同,当载荷相对较低时,芳纶短纤维加捻纱/PTFE织物复合材料磨损率更低,而当载荷较高时,芳纶长丝加捻纱/PTFE织物复合材料耐磨性更好。

PTFE/Cu材料动态压缩特性

通过冷等静压和冷压烧结制备出六种不同密度的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)/Cu复合材料,并采用霍普金森系统研究了密度和制备方法对PTFE/Cu动态力学性能影响。结果表明,冷压烧结试样在其烧结过程中发生纵向膨胀,导致密度降低,且试样表面生成一层金属膜;冷压烧结试样的动态压缩性能优于冷等静压试样;冷压烧结后的PTFE/Cu材料中PTFE晶体发育更好,对Cu颗粒包裹力更大,界面结合力更高,提升了冷压烧结PTFE/Cu材料的力学性能。

超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷

针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。

旋翼轴用Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的制备与摩擦学性能

针对国内航空传动系统翻修间隔时间短的不足,以硬质颗粒Al_(2)O_(3)和润滑材料PTFE作为微粒,采用电刷镀技术在旋翼轴常用过渡层金属材料T2紫铜片表面,制备Ni−Al_(2)O_(3),Ni−PTFE,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层,采用扫描电镜、显微硬度仪表征分析镀层微观形貌、元素含量分布及硬度;采用自制的销盘式摩擦磨损试验机对镀层试样进行摩擦磨损试验,探究镀层摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:随Al_(2)O_(3)颗粒含量的提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层表面微晶单元尺寸减小,硬度提高,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)显微硬度最大为236 HV,相比于Ni−PTFE复合镀层提升约66%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层结合了Al_(2)O_(3)和PTFE两者的优势,在具有减摩的同时,还具有良好的耐磨性能,Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(1∶1)复合镀层的减摩性能最优,相比于Ni−Al_(2)O_(3)其摩擦系数降低约52%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE(3∶1)复合镀层的耐磨性能最优,相比于Ni−PTFE其磨损率降低约85%;Ni−Al_(2)O_(3)−PTFE复合镀层的磨损形式主要是机械磨损,存在轻微的氧化磨损和黏着磨损,复合镀层表面微凸体的塑性变形可为摩擦表面提供润滑膜,其中PTFE是自润滑颗粒,Al_(2)O_(3)颗粒起到支撑与强化的作用,保护镀层免受磨损。

PTFE针刺毡滤料覆膜牢度研究

随着环保标准的不断提高,国家对工业烟气中微细颗粒物的排放提出了更高的要求。目前,工业除尘滤料中基于聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)膜的覆膜针刺毡滤料对微细颗粒物有较高的过滤效率。然而,PTFE膜在长期使用过程中有脱落的风险,进而影响除尘器的除尘效果。因此,PTFE膜与针刺毡滤料基底间的覆膜牢度至关重要。研究选取市场上常用的5种PTFE覆膜滤料,对其覆膜牢度进行系统评估,并分析覆膜牢度的影响因素。结果显示:同样以PTFE为基底的覆膜滤料的覆膜牢度最大,其值大于0.074 MPa;以芳纶、聚酰亚胺(Polyimide, P84)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)针刺毡滤料为基底的覆膜滤料覆膜牢度为0.027~0.029 MPa。经分析,覆膜的处理温度对覆膜牢度有较大影响,而实际处理温度需根据针刺毡基底的材质选择;针刺毡基底表面的纤维面积占比也是影响覆膜牢度的因素之一。此外,研究对膜脱落后滤料的过滤性能变化进行评估发现,膜脱落对滤料过滤性能有较大影响,其中P84覆膜滤料的膜脱落后过滤性能变化幅度最大,对PM2.5的过滤效率由95.25%降低至78.66%。研究成果对覆膜滤料的选择以及增强覆膜滤料的覆膜牢度具有指导作用。

Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜形貌与磨损率定量分析

聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料摩擦转移膜对其摩擦学性能有着决定性影响,转移膜形貌与磨损率定量关系对PTFE基复合材料的摩擦学性能优化有重要意义。文章对Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜膜厚与覆盖率进行定量表征并建立两者与磨损率的函数关系。结果表明:转移膜最大厚度和覆盖率均与复合材料磨损率之间有较高的拟合度,最大厚度与覆盖率在转移膜不同形貌时对复合材料磨损率的影响起不同作用;转移膜最大厚度大于0.319μm时,其最大厚度的增加对提高复合材料磨损变化起主导作用;转移膜最大厚度小于0.319μm时,覆盖率的增加对降低复合材料的磨损起主导作用。

PEEK填充PTFE摩擦学性能的分子动力学模拟分析

采用分子动力学的模拟研究方法,建立不同质量比的聚醚醚酮(PEEK)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的无定型模型(PEEK质量分数分别为5%、10%、15%、20%),对模型进行几何优化和动力学优化,并构建PEEK/PTFE复合材料与Fe摩擦副对摩模型。模拟分析结果显示:质量分数10%PEEK填充的PEEK/PTFE复合材料的耐磨特性最佳,其磨损率与PTFE材料相比降低了26.44%,且减摩特性保持良好。通过分析摩擦界面处的结合能可以得出,在纯PTFE基材中加入PEEK可有效降低摩擦界面处的结合能,降低PTFE与对偶面的相互作用,从而降低磨损。通过分析摩擦界面处的原子含量、径向分布函数以及自由体积分数可以得出,质量分数为10%的PEEK/PTFE复合材料的PEEK和PTFE分子链分布更加均匀;然而PEEK质量分数过高时,晶胞内易出现不均匀变形和应力集中现象,使得PTFE分子在摩擦过程中更易出现脱落现象,耐磨性降低。研究结果从原子尺度揭示了PEEK对PTFE材料摩擦学性能的作用机制,从微观视域揭示了PEEK填充PTFE的增强机制,为研发新型PTFE基复合材料提供理论参考。

空爆条件下硼基燃料对Al/PTFE复合装药能量输出特性的影响

为研究空爆条件下硼基燃料对铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料与温压炸药组成的复合装药的能量输出特性的影响规律,设计并制备了质量相同、组分不同的3种复合装药试样,进行了自由场静爆试验,获取了不同爆心距处的冲击波超压,通过高速摄像仪记录了爆炸火球的演变过程。试验结果表明,Al/PTFE活性材料能够提高复合装药的冲击波超压,发生剧烈的后燃烧反应。硼基燃料分解过程具有2.0 ms左右的延迟,反应初期能量贡献较低,使得复合装药冲击波峰值超压降低;但是,后燃烧反应能够促进火球体积的进一步膨胀,降低冲击波超压的下降速率,提高冲击波冲量。适当配比的Al/PTFE和硼基燃料能够使复合装药冲击波峰值超压和冲量均获得增强。在Al/PTFE中加入硼基燃料,发生了爆燃以上反应,冲击波超压出现了明显的二次峰值,约为0.478 MPa。

乳液自组装法制备Al/B/PTFE含能微球及其性能表征

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度等工艺进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)对Al/B/PTFE含能微球形貌进行了表征;采用TG-DSC法分析了Al/B/PTFE含能微球的热分解性能;通过高速摄影和密闭爆发器表征了Al/B/PTFE含能微球的燃烧反应性能。结果表面,水浴温度为25℃、乳化剂为PVA、水油比为80∶30和搅拌速度为700 r/min是Al/B/PTFE含能微球的最佳制备工艺;所制备的Al/B/PTFE含能微球的粒径均匀、球形度高且粒径可控,主要粒径分布范围在约300~900μm;微球的流散性、反应热、燃烧火焰面积和压力输出性能随着粒径的增加,出现先增加后减弱的现象;Al/B/PTFE含能微球的最大反应热,最大火焰面积和最高峰值压力为1097.97 J/g,186.06 cm^(2)和213.3 kPa,分别是物理混合样品的1.77倍、5.16倍和1.37倍。

耐久的超亲水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜

为提高聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜的亲水耐久性并赋予其一定的抗污染和抗菌的功能性,提出了一种低成本、简单的表面改性方法。亲水性的增强是表面化学成分和微纳粗糙度结构协同作用的结果。使用聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯亚胺(PEI)作为亲水改性剂,戊二醛(GA)作为交联剂,在PTFE中空纤维表面构建了一层抗菌亲水层。在γ-缩水氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)的作用下,膜纤维表面成功形成了微纳米结构,进一步增强了膜纤维的亲水性和耐久性。值得注意的是,改性后的中空纤维膜具有超亲水性(WAC=0°)和出色的水通量(8185.38±178.27 L·m^(-2)·h^(-1))。经过14 d的酸(pH=1)、碱(pH=14)以及强氧化剂(3000 ppm Na⁃ClO)溶液人工加速清洗后,改性膜仍保持其超亲水性,且不损失水通量。研究表明,这种简便的亲水改性策略使得PTFE中空纤维膜在污水处理领域具有实际应用价值。

填料表面改性对PTFE/SiO_(2)复合材料性能的影响

采用酸醇溶液作为水解试剂,使用硅烷偶联剂对无机填料表面进行改性处理,研究改性SiO_(2)对PTFE/SiO_(2)复合材料介电性能、致密度、吸水性能、热膨胀性能的影响。研究结果表明:SiO_(2)经表面改性后,扫描电镜显示复合材料界面间结合紧密,在硅烷偶联剂改性SiO_(2)过程中加入适量的酸醇溶液,可以获得更加良好的改性效果,当酸醇溶液与偶联剂比例为1:3时,表面改性处理后的SiO_(2)陶瓷粉制备出的PTFE/SiO_(2)复合材料各项性能指标最佳,介电常数、损耗因子、密度、吸水率和CTE分别达到2.949、0.0012、2.182、0.04%和49×10^(-6)K^(-1)。

原位成纤PTFE对PP/CNT微孔注塑发泡材料电磁屏蔽性能的影响

采用聚丙烯(PP)为基体、以多壁碳纳米管(CNT)为碳纳米填料,制备二元复合泡孔材料PP/CNT,并且,当CNT含量为1%时,复合微孔材料泡孔质量及电磁屏蔽性能均较好。以聚四氟乙烯(PTFE)为原位成纤增强相,进行微孔注塑发泡成型,探究PP/CNT/PTFE三元复合微孔材料的电磁屏蔽性能,制备了力学性能较好、对电磁辐射吸收率较高的微发泡电磁屏蔽复合材料;研究了PTFE微纤含量对PP/CNT/PTFE三元复合微孔材料注塑发泡泡孔形貌及电磁屏蔽性能的影响规律;得到了该实验条件下PTFE的最佳添加量。结果表明,当PTFE含量为1%时,原位成纤效果较好,三元复合微孔材料的泡孔直径显著减小,电磁屏蔽性能从未添加PTFE时的12.6 dB提高至24.8 dB。

纳米ZrO_(2)增强PEEK/PTFE复合材料摩擦行为分子动力学模拟

为了从微观结构探究和揭示纳米二氧化锆(ZrO_(2))对聚醚醚酮(PEEK)/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料摩擦行为的影响,在10%PEEK/PTFE复合材料中,分别添加质量分数4%、6%、8%、10%的纳米ZrO_(2),制备4种纳米ZrO_(2)填充PEEK/PTFE复合材料,并基于分子动力学(MD)方法构建4种复合材料与铁对摩的摩擦模型。结果表明:适量纳米ZrO_(2)可增强PEEK/PTFE复合材料分子链抵抗剪切变形的能力,在聚合物分子链之间形成较强的范德华力,改善了PEEK/PTFE复合材料摩擦性能;纳米ZrO_(2)在摩擦过程中能有效抑制层间滑移现象,在复合材料中起到吸附聚合物分子链的作用,增强了原子间相互作用,阻碍摩擦过程分子链内部滑移;其中质量分数6%纳米ZrO_(2)填充的复合材料摩擦性能最佳。

PTFE改性技术及其性能优化研究进展

聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的耐高温、耐腐蚀和自润滑性能而广泛应用于电器、航天航空和生物医疗等领域。但随着服役场景的多元化,PTFE仍存在一定的局限性。本文主要从填充、共混、接枝共聚合和表面改性4个方面概述了近年来国内外PTFE研究现状及其性能改性研究进展,总结展望了PTFE产业当下发展的共性问题及未来可能的发展方向。

高氯酸盐对Al/PTFE活性材料热反应行为的影响

为了研究高氯酸盐对Al/PTFE二元活性材料热反应行为的影响,选用高氯酸钾(KClO_(4))和高氯酸钠(NaClO_(4))作为填充材料,采用湿混法分别制备了KClO_(4)/Al/PTFE和NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料样品。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的微观形貌;采用同步热分析技术(TGA-DSC)、 X射线衍射技术(XRD)以及自建的燃烧测试装置,对高氯酸盐/Al/PTFE三元活性材料体系的热性能和燃烧性能进行了研究。结果显示:高氯酸盐粉末和Al粉均匀分布在PTFE基底上。通过TG-DSC同步热分析实验发现高氯酸盐/Al/PTFE活性材料体系分解反应的开始温度均低于Al/PTFE活性材料。其中,KClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的分解放热量略低于NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料;KClO_(4)的分解温度在PTFE的催化作用下降低,且KClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的放热峰值温度也降低了29.1℃;而NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的放热峰值温度提高了7.5℃。相比NaClO_(4),KClO_(4)的加入有助于C的利用。在点火实验中,高氯酸盐的引入可有效增加Al/PTFE活性材料体系的燃烧持续时间、爆燃持续时间,并提高了最高压力,但也降低了体系的升压速率、增加了达到最大压力的时间。

微纳结构对混凝土PTFE超疏水涂层性能影响研究

为了探究微纳米粗糙结构对水泥混凝土基聚四氟乙烯(PTFE)超疏水涂层性能的影响。研究考虑了混凝土表面的粗糙结构及微米级金刚石、碳化硅、刚玉粉末与纳米级疏水二氧化硅粉末构筑的微纳米粗糙结构。利用接触角测量仪和扫描电子电镜(SEM)对各种粗糙结构下PTFE涂层的湿润性和微观形貌进行了表征。同时,还评价了涂层抗滑性和耐磨耗性。结果表明:两步法制备工艺,先构筑微纳米粗糙结构再修饰PTFE涂层,能获得最强超疏水性能。微米级与纳米级粉末复配使用效果最佳,且随用量增加而增强,推荐比例1∶1,粒径比控制在60~120倍间为宜。不同粗糙结构中,金刚石效果最佳,其次是碳化硅和刚玉,混凝土凿毛处理后其抗滑性均满足规范要求,采用湿轮磨耗仪在试件表面往复摩擦1 000次后也均可保持85%以上的疏水性。该研究深入揭示了微纳米粗糙结构对涂层性能的影响机制,可指导实用型高性能PTFE超疏水涂层的制备。