聚四氟乙烯材料切削工艺和应用研究进展

聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)因其优异的物理化学性能而成为生产制造电子通信、航空航天等领域关键零部件的重要材料。相比模压烧结工艺,切削工艺能够更高效地加工结构较为复杂的PTFE零部件。然而,PTFE材料具有韧性强、回弹性高、导热性差和线膨胀系数大等特点,使得其切削加工质量难以保证,在一些特殊领域,对PTFE零部件的表面洁净度更是有极高的要求,这些都对PTFE材料的切削工艺提出了新的挑战。从PTFE材料的基础力学和物理化学等特性出发,总结了PTFE材料的切削加工性;结合聚合物切削理论及其研究方法分析了PTFE材料的切削去除机理;阐述了PTFE及其复合材料的车、铣、钻等切削加工工艺;最后概述了PTFE材料切削工艺在相关重要领域的应用现状,并从材料性能研究、基础切削理论研究、切削工艺探索等方面总结了现有研究和应用中存在的问题,对未来研究的发展趋势和研究重点进行了展望。

全氟-2,2-二甲基-1,3-二氧环戊烯-四氟乙烯共聚物平均分子量、分子量分布和流变特性

全氟-2,2-二甲基-1,3-二氧环戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)共聚物是高性能含氟聚合物,开展PDD-TFE共聚物平均分子量(MW)、分子量分布(MWD)和流变特性研究对拓展其加工应用有重要意义。鉴于溶液法测定PDD-TFE共聚物MW及MWD存在难度,建立了由动态流变法和动态黏弹法获得PDD-TFE共聚物MW及MWD的改进方法。根据Fox方程、共聚物结构和性能参数得到了PDD-TFE共聚物的零切黏度与MW之间的关系;通过Carreau-Yasuda方程拟合PDD-TFE共聚物的复数黏度与频率之间的关系,得到了零切黏度。在实验测定PDD-TFE共聚物的储能模量与频率关系基础上,应用动态黏弹法得到其MW及MWD,并进一步研究了220℃时PDD-TFE共聚物的MW及MWD对共聚物熔体流变特性的影响,发现共聚物的MWD越宽,共聚物熔体的“剪切变稀”行为越明显;随着共聚物MW增大,共聚物熔体的非牛顿性越强。

多孔聚四氟乙烯人工血管制备及功能化改性研究的进展

背景:中、大口径的聚四氟乙烯人工血管已被广泛应用于临床,但主要依赖进口;小口径的聚四氟乙烯人工血管易形成血栓和内膜增生,存在远期通畅率低的问题,难以满足临床应用要求。目的:梳理并总结聚四氟乙烯在人工血管领域的研究进展,为小口径聚四氟乙烯人工血管的功能化改性及提高其远期通畅率提供参考。方法:由第一作者检索CNKI、Web of Science、Wiley Online Library、SpringerLink、Science Direct和IOP Science数据库中的相关文献,检索时间为2022年10月至2023年3月,中文检索词为“多孔聚四氟乙烯,人工血管,电纺,医学应用和功能化改性”,英文检索关键词为“ePTFE,Porous polytetrafluoroethylene,vascular graft,electrospinning,medical application,functional modification”,检索国内外有关聚四氟乙烯人工血管制备及其改性的相关文献。结论与结论:多孔聚四氟乙烯人工血管的制备和功能性改性仍是研究的热点与难点,从近几年的国内外研究进展来看,多孔聚四氟乙烯人工血管的制备主要采用快速热拉伸法,但静电纺丝法制备聚四氟乙烯人工血管是一种很有前景的新型方法;其次,通过分析和总结不同的功能化改性方法发现,多孔聚四氟乙烯人工血管的远期通畅率得到改善,但小口径聚四氟乙烯人工血管的功能化改性仍需进一步探索和优化。

聚四氟乙烯/氯氧化铁复合材料在石蜡油润滑状态下的摩擦学性能研究

采用冷压热烧的方法制备了氯氧化铁(FeOCl)填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料.利用MM-2HL环-块摩擦磨损试验机,研究了在液体石蜡润滑状态下FeOCl含量对PTFE复合材料的影响以及在不同载荷下PTFE-FeOCl复合材料的摩擦学性能.结果表明:填充FeOCl颗粒后,PTFE复合材料在石蜡油润滑状态下的摩擦学性能均有所提升.FeOCl质量分数为5%的复合材料表现出低摩擦系数和高耐磨性,且在不同载荷下均表现出优异的摩擦学性能,加入FeOCl后,在不同载荷下摩擦系数均有所降低.FeOCl的加入促进了转移膜的形成,有效地提高了PTFE材料的耐磨性.

烧结温度对石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯摩擦磨损性能的影响

为探究石墨烯填充聚醚醚酮/聚四氟乙烯(PEEK/PTFE)复合材料制备过程中烧结温度对复合材料摩擦磨损性能的影响,基于分子动力学模拟研究方法,分别构建10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE体系模型,通过模拟复合材料制备过程中不同的烧结温度,得到复合材料对应的力学和摩擦学性能相关参数。在不同烧结温度制得10%PEEK/PTFE和1%石墨烯/10%PEEK/PTFE样品,进行了摩擦磨损试验及磨损形貌分析。结果表明,采用石墨烯填充PEEK/PTFE复合材料可以有效改善复合材料的摩擦磨损特性,不同烧结温度对复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性表现出不同程度的影响,当烧结温度为360℃时,复合材料分子间作用力、材料力学特性和摩擦特性均达到峰值。

氧化铝/聚四氟乙烯热化学反应特性及影响因素

为深入了解铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)材料的预点火反应,采用超声混合法制备了Al_(2)O_(3)/PTFE复合材料,对其微观形貌、晶相和特征官能团等进行了表征,分析了材料的热化学反应性能及影响因素。结果表明,Al_(2)O_(3)能延迟PTFE熔化的起始温度;Al_(2)O_(3)和PTFE的粒径越小,Al_(2)O_(3)/PTFE材料越容易发生反应,放热量越大;小粒径的Al_(2)O_(3)能延迟AlF_(3)生成反应的起始温度,提前AlF_(3)晶型转变的起始温度,从而提高反应的集中放热量,Al_(2)O_(3)(50nm)与PTFE(1μm)反应程度最高;α-Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应性能优于γ-Al_(2)O_(3)/PTFE和无定形Al_(2)O_(3)/PTFE;Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应具有典型动力学特征,反应主放热峰的峰值温度随升温速率增大而升高;计算得到Al_(2)O_(3)/PTFE主反应的表观活化能为45.0kJ/mol。

铝纤维增强铝/聚四氟乙烯活性材料力学性能及反应特性

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征揭示纤维增强活性材料的变形失效机制。研究结果表明:Al纤维含量(质量比)为1%~4%时,随机分布的Al纤维抑制了基体内裂纹扩展,提高了Al/PTFE的静态屈服强度和动态抗压强度;Al纤维含量1%的动态力学性能最优,随着纤维含量的增加,Al纤维穿出基体的破坏是限制材料动力学性能持续增强的主要因素;在保证Al/PTFE理论释能不变的前提下,Al纤维的加入提高了Al/PTFE的冲击反应阈值,无纤维时最小反应比入射能为50.7 J/cm^(2),纤维含量增加至4%时提高到61.3 J/cm^(2),活性材料的冲击不敏感性得到提升。

航空发动机用聚四氟乙烯软管可靠性数值研究

在航空发动机中,外部管路常用于输送各部件间的燃油、滑油和空气等介质,是使用最多的零部件之一,是航空发动机的“血管”,其可靠性直接影响发动机的安全性。以航空发动机外部管路聚四氟乙烯软管为研究对象,采用数值计算分析方法,开展软管精细化数值仿真和软管在不同状态下疲劳试验等工作,分析压力载荷,外部振动,环境温度,以及安装的弯曲半径等因素对软管疲劳寿命的影响,计算表明,压力载荷、弯曲半径对软管可靠性影响较大,温度和管接头扭转对软管的可靠性也有较大的衰减。

高性能凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜的制备工艺及其研究

目的由于工业含油废水的日益增多和溢油事故的频发,高性能分离膜的制备研究受到了极大的关注。有特殊表面润湿性的膜由于其分离效果好,在油水分离的实际应用中被广泛应用。然而,实际要获得有特殊表面润湿性的膜不仅制备过程复杂,而且成本高昂。制备有特殊润湿性表面的方法通常为2步,先构造分级粗糙表面,然后用低表面能材料对表面进行化学修饰。方法提出了一种简单、低成本、高效的方法,通过皮秒激光在聚四氟乙烯上打孔,然后喷涂凹凸棒土来制备高性能的凹凸棒土-聚四氟乙烯油水分离膜。结果制得凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜,由于聚四氟乙烯本身就具有疏水性,再经过打孔、喷涂工艺的叠加,其表面形成了独特且粗糙的微纳结构,测试的样品中接触角均在150°以上,具有超疏水特性。在油水分离过程中,薄膜的微孔直径小于200μm时,其油水分离效率均在98.0%以上。更重要的是,所制备的膜的分离效率在严重磨损或40次分离循环后没有明显变化,其分离效率仍在96.0%以上,并且在强酸强碱等腐蚀介质中浸泡24h后,依然具有良好的润湿性能和油水分离性能,表明该膜具有良好的耐用性和稳定性,为快速制备高性能分离膜提供了新的途径。结论制备的超疏水凹凸棒土-聚四氟乙烯膜具有优异的性能,可在实际过程中广泛应用。

聚四氟乙烯掺杂对弹性基摩擦纳米发电机输出性能的影响

弹性摩擦纳米发电机可以将弹性形变的机械能转换为电能,但是弹性材料在发生弹性变形时由于其接触面积减小等原因,导致电输出性能降低,而弹性摩擦纳米发电机被认为是弹性能量收集与输出装置的理想模式。文中采用常规自然发泡的方法制备出弹性多孔聚氨酯摩擦电材料,并通过均匀和梯度掺杂的方式掺入介电材料聚四氟乙烯来提升电输出性能。聚醚多元醇和异氰酸酯比例为2:1且聚四氟乙烯掺杂含量为3%时,均匀掺杂弹性多孔摩擦纳米发电机的转移电荷量、开路电压和短路电流达到最大值52 nC,133.6 V和1.3μA;梯度比例为3:1时,在相同条件下,梯度掺杂弹性多孔摩擦纳米发电机的转移电荷量,开路电压和短路电流较均匀掺杂弹性多孔摩擦纳米发电机分别提升了32.65%,33.33%和9%。通过有限元电势分布模拟和相互作用电动力学理论推导,验证了梯度掺杂较均匀掺杂的摩擦纳米发电机电输出性能有较强的提升作用。为弹性多孔聚氨酯摩擦电材料的设计与制备提供了新思路。

SF_(6)气氛下聚四氟乙烯的热解研究

SF_(6)设备内局部过热故障会产生全氟碳烃类特征分解产物。为了探明氟碳烃分解产物与PTFE热分解劣化过程的内在联系,本研究采用同步差示扫描量热/热重/色谱联用技术,构建可追踪到氟碳烃分解产物的六氟化硫热分解反应模型。系统地将热解升温速率/分解温度/分解产物体积分数条件与实验确定的特征分解产物/绝缘材料侵蚀联系起来,阐明了500~600℃温度区间SF_(6)-PTFE热分解形成六氟乙烷、八氟丙烷的化学反应历程。该结果可直接应用于局部过热故障造成的断路器喷口侵蚀进行定性定量检测,相关氟化分解反应为喷口故障精准分析提供实验和理论依据。

聚四氟乙烯非晶相结构及热变性中红外光谱研究

中红外(MIR)光谱(包括一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱及去卷积MIR光谱)开展了聚四氟乙烯非晶相结构研究。一维MIR光谱乘谱及去卷积MIR光谱乘谱开展了聚四氟乙烯非晶相结构半定量研究。变温去卷积MIR光谱进一步开展了聚四氟乙烯非晶相结构热变性研究。实验发现,聚四氟乙烯非晶相结构的红外吸收模式主要包括:ν_(-1-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)、ν_(-2-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)、ν_(-3-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)、ν_(-4-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)、ν_(-5-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)、ν_(-6-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)和ν_(-7-去卷积-聚四氟乙烯非晶相)。聚四氟乙烯非晶相结构大约为5%~10%。随着测定温度的升高,聚四氟乙烯非晶相结构主要官能团对应的吸收频率及强度都有一定的改变。为研究重要的纺织材料聚四氟乙烯非晶相结构及热变性建立一个方法学,具有重要的应用研究价值。

聚四氟乙烯微粉对丁腈橡胶性能的影响

研究了不同用量的聚四氟乙烯(PTFE)微粉对丁腈橡胶(NBR)性能的影响。结果表明,随着PTFE微粉用量的增加,NBR胶料的力学强度先升高后降低,而自黏性逐渐降低,摩擦系数先降低后升高,在PTFE微粉加入6份时摩擦系数最低,动静摩擦系数分别为0.33和0.57。加入PTFE微粉前后NBR胶料表面接触角由小于90°转变为大于90°,即NBR胶料表面由亲水性转变为疏水性,且随着PTFE微粉用量的增加,NBR胶料表面的接触角大小也呈现先降低后升高的趋势,磨耗体积和压缩永久变形逐渐增大,在用量大于6份时增大趋势逐渐平缓。

聚四氟乙烯微孔膜复合材料及其防护应用进展

总结聚四氟乙烯微孔膜在个体防护领域中的应用研究进展。介绍了聚四氟乙烯膜的研发历程,分析了聚四氟乙烯膜在不同环境介质中的防护作用机理。从聚四氟乙烯膜在阻隔类和主动类防护领域应用两方面出发,探讨了目前聚四氟乙烯膜在医用防护服、医用口罩、核生化防护服、热管理和自清洁等材料中的研究和应用。认为:通过复合支撑材料优选、成膜加工工艺优化、功能纳米粒子掺杂等方式,可以改善和丰富膜性能,进而根据实际防护应用需求制备高性能、多功能的聚四氟乙烯复合材料,并在智能防护领域发挥重要作用。

表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究

为提升聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性能,开展γ⁃缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)表面修饰和未经表面修饰的纳米三氧化钨(nano⁃WO_(3))填充的PTFE复合材料性能研究。通过冷压烧结法制备PTFE/nano⁃WO_(3)复合材料,采用材料试验机和磨损试验机分别研究复合材料的力学及摩擦学性能,探讨nano⁃WO_(3)的含量和表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明,KH560接枝到nano⁃WO_(3)的表面,提高nano⁃MWO_(3)与PTFE基体的相容性;与PTFE/nano⁃WO_(3)相比,nano⁃MWO_(3)能够改善PTFE的力学性能;其中PTFE/5%nano⁃MWO_(3)的性能较好,与PTFE相比,拉伸强度降低了17.7%,但断裂伸长率提升了43.5%,弯曲强度提升了16.1%;与PTFE/nano⁃WO_(3)和PTFE相比,nano⁃MWO_(3)能够改善PTFE的耐磨性能;其中PTFE/5%nano⁃MWO_(3)的性能较好,与PTFE相比,对应的摩擦因数和磨损率分别降低了14.2%和73.4%,其研究结果将为PTFE工程应用和新材料研发提供较好的技术参考。

聚四氟乙烯基活性材料化学反应分子动力学模拟

为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料独特释能特性背后的微观机制,采用反应分子动力学方法模拟了PTFE基体热解及Al/PTFE化学反应的过程。模拟结果表明:PTFE基体碳链发生随机断裂后产生自由基片段,(-CF_(2)-CF_(2)-)从自由基链端脱落产生C_(2)F_(4);在Al/PTFE体系内,Al与PTFE发生脱氟反应并于铝表面生成AlFx,AlFx最终解离为AlF_(3),AlF_(4)等铝氟小分子,与此同时,PTFE失去F后发生化学诱导分解,在低于PTFE热解温度时即发生分解。此外,通过Arrhenius公式计算得出PTFE基体热解的活化能为146 kJ/mol,Al与PTFE反应的活化能为16.4 kJ/mol。

膜裂温度对聚四氟乙烯纤维结构及性能的影响

聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)纤维具有优异的化学和热稳定性能,因此广泛应用于工业烟尘过滤材料领域。现有PTFE纤维的细度较大且纤维截面不规整。本研究引入液体冷却技术,通过降低膜裂温度来调控膜裂纤维结构和性能。研究结果显示在不同的温度下(135℃、50℃、25℃和10℃),随着温度降低,PTFE膜裂纤维平均直径从41.64μm降至26.68μm、再增至31.84μm,纤维结晶度从63.26%逐步降至53.29%,纤维初始模量和断裂强度均呈现出先降低、后增加的变化趋势。本研究可为制备微细结构PTFE纤维提供理论依据。

四氟乙烯单体生产装置的报警优化实践

针对四氟乙烯单体生产装置中存在的自动控制回路投用率低、装置平稳率低、报警多和岗位人员干预频次多的问题,通过优化控制回路的控制方式、整定PID参数和调整滤波时间等,大大提高了装置的自动控制回路投用率和装置平稳率,降低了人员干预和均值报警数量,在此基础上开展了报警优化工作,建立了报警原则,工艺报警优先级得到优化。通过以上两项优化使装置自动控制回路投用率由73.3%提高至97.4%,装置平稳率由83.1%提高至98.1%,人员干预频次下降了84.6%,均值报警由每小时12个降低至2个,装置报警状态达到L4(鲁棒)级。

多西他赛注射液在注射液用局部覆聚四氟乙烯膜溴化丁基橡胶塞中棕榈酸及硬脂酸迁移量的测定

目的:建立多西他赛注射液与注射液用局部覆聚四氟乙烯膜溴化丁基橡胶塞相容性研究中棕榈酸及硬脂酸迁移量的气相色谱分析方法。方法:采用DB-FFAP色谱柱,采用程序升温:170℃保持2 min,10℃/min速率升高至240℃,保持11 min,流速:2 ml/min;进样口温度220℃;检测器为FID,温度260℃。结果:棕榈酸甲酯及硬脂酸甲酯分别在0.1959~195.86μg/ml(r=0.9999)、0.1918~191.85μg/ml(r=0.9998)浓度范围内呈良好的线性关系;棕榈酸甲酯及硬脂酸甲酯加样回收率分别为96.66%(RSD为0.42%)和96.53%(RSD为0.45%);棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯的检测限分别为58和98 ng/ml。3批样品5个时间点硬脂酸的迁移量为15.21~26.35μg/ml,棕榈酸的迁移量为12.82~16.26μg/ml。结论:经方法学验证,所建立的方法准确可靠,可用于测定多西他赛注射液在注射液用局部覆聚四氟乙烯膜溴化丁基橡胶塞中棕榈酸和硬脂酸迁移量的测定。

聚四氟乙烯分散液抑制海洋地震拖缆海生物附着的探索与实践

本文根据海洋地震拖缆附着海生物生长习性及危害,提出在海洋地震拖缆表层涂覆聚四氟乙烯分散液进而实现抑制海生物附着的方案。对比了涂覆聚四氟乙烯分散液对拖缆护套力学性能及透声性能的影响,针对对比结果进行了海上验证对比,并就采集到的地震资料进行了处理分析,全面验证了聚四氟乙烯分散液在海洋地震拖缆采集装备领域抑制海生物附着的可行性,可为后期规模化推广应用提供借鉴。