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。

聚四氟乙烯膜的超疏水改性及应用研究进展

超疏水聚四氟乙烯膜材料具有突出的化学稳定性、高耐热性、强疏水性和高断裂韧性等优点,在膜分离技术领域中广泛应用。为开发高效、低成本、耐久稳定、绿色环保的超疏水改性技术,根据聚四氟乙烯膜的超疏水改性原理,从聚四氟乙烯分子化学结构出发,分析了2种改性机制“不改变聚四氟乙烯的化学结构”和“改变聚四氟乙烯的化学结构”,介绍了超疏水聚四氟乙烯膜材料制备和改性中的优缺点,阐述了超疏水聚四氟乙烯膜材料的功能性应用形式和领域,最后探讨了超疏水聚四氟乙烯膜材料目前存在的问题及未来发展的方向,以期为高性能超疏水聚四氟乙烯膜材料的进一步研究提供参考。

硅酸盐/聚四氟乙烯/芳纶针刺毡复合滤袋的制备与性能

为了研发适用严苛高温工业条件下使用的袋式除尘器用针刺毡滤袋,利用乳液浸渍后处理工艺制备了具有热电/压电特性的硅酸盐(Polar Silicate,PS)粉体/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)涂层复合芳纶针刺毡滤袋,探究了PS粉体粒径及附着浓度对复合滤袋捕集效率及阻力特性的影响规律,研究了复合滤袋机械性能,并通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)对复合滤袋进行了微观形貌分析。结果显示:PS粉体粒径对滤袋的阻力影响不大;PS粉体粒径在>21~32μm时,滤袋的过滤效率最大;最优附着浓度为6 mg/cm^(2)时,滤袋对0.3~1μm粒子的过滤效率提升幅度≥12.58百分点,滤袋的品质因数最高;PS粉体/PTFE/芳纶复合滤袋的耐磨性比芳纶针刺毡滤袋提升了19.86%,挺度提升了22.22%,纵向拉伸强度提升了14.07%。研究所制备的复合滤袋能够适应严苛的高温工业环境,可更好地控制工业排放的微细颗粒物。

微晶石墨在聚四氟乙烯中的高分散性实验研究

为解决聚四氟乙烯导热系数低、力学性能不佳等性能缺陷,研究共凝聚工艺,开发微晶石墨填充改性聚四氟乙烯新技术。考察聚四氟乙烯原料性质、微晶石墨的表面改性方法、分散剂、共凝聚温度、搅拌速率等因素对微晶石墨分散性的影响。结果发现,聚四氟乙烯分散液、共凝聚温度是影响复合材料的关键因素,选择聚四氟乙烯分散母液替代分散乳液为原料,采用硅烷偶联剂对微晶石墨进行表面改性处理后,以N,N-二甲基甲酰胺为分散溶剂,控制共凝聚温度为(19±3)℃,搅拌转速控制在300~400 r/min范围时,可以实现微晶石墨在聚四氟乙烯基体中的均匀分散。

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。

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.

乳液成型制备二氧化硅/聚四氟乙烯复合薄膜及其性能优化

聚四氟乙烯(PTFE)由于优异的介电性能已成为高频通讯的重要载体,通常将其与无机填料复配以提高其力学性能。但是,受限于PTFE极低的表面能,无机填料与其界面作用极差,难以在传统车削或压延成膜的强应力作用下实现高填充复合薄膜材料的成型。因此文中尝试以尺寸更小,界面可灵活构筑的PTFE乳液为基体、二氧化硅(SiO_(2))为无机填料,通过SiO_(2)表面改性对SiO_(2)/PTFE复合膜材料性能强化,研究无机粒子表面改性对复合材料分散、界面及力学性能等的影响。研究发现,当偶联剂质量分数为5%时,SiO_(2)/PTFE复合薄膜(80μm)力学性能最优,拉伸强度由SiO_(2)改性前的4.35 MPa增加至5.33 MPa、断裂伸长率由38.2%增加至134.0%。为提高PTFE/SiO_(2)界面强度、制备高性能PTFE复合薄膜材料提供了新方法。

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。

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。

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。

聚四氟乙烯的表面改性研究进展

聚四氟乙烯(PTFE)因其独特的分子结构而具有优异的性能,如较高的热稳定性和化学稳定性,在电子、食品加工与包装、农业、航空航天、生物医学等领域得到广泛应用;然而,由于强化学惰性和极低的表面能,导致PTFE不容易附着任何附加涂层,严重限制了其大规模应用。综述了PTFE表面改性方法研究进展,包括化学溶液法、等离子体法、辐照法等,在分析各种方法优缺点的基础上,对PTFE表面改性方法的发展趋势进行了展望。

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。

镁/聚四氟乙烯点火药研究进展

镁/聚四氟乙烯(Mg/PTFE)是一种高能点火药,因其能量密度大、燃烧温度高、点火能力强,在含能材料领域具有广阔的应用前景。综述了Mg/PTFE的研究进展,基于Mg/PTFE在点火、燃烧及红外辐射领域的应用,介绍了原料配比、粒径、装药密度、制备工艺、气氛环境等因素对药剂性能的影响,并讨论了药剂的燃烧机理。以药剂的性能提升为导向,详述了在基础配方Mg/PTFE中使用铝镁合金、添加无机非金属等材料对其性能的影响,并指出Mg/PTFE后续研究应该以新型配方探索、制备工艺优化以及燃烧机理的深入研究为主,以期为该药剂进一步发展提供参考。

聚四氟乙烯滤料高温裂解和动态力学性能

随着袋式除尘技术的广泛应用,滤袋失效和回收利用等问题愈发引人关注。为了解聚四氟乙烯(PTFE)滤料是否会在使用时产生失效问题和焚烧处理时产生有害气体成分,本文分别采用动态力学分析-固体分析仪和热重-红外-气相色谱质谱联用仪,探究PTFE滤料在高温裂解的气体成分,以及在模拟使用温度下的动态力学性能和蠕变性能,为PTFE滤料的合理使用和后处理提供科学依据。结果表明:PTFE在空气氛围中裂解会产生碳酰氟、四氟乙烯、六氟丙烯等有害气体。与PTFE基布增强和芳纶基布增强芳纶针刺滤料相比,随着温度升高,PTFE基布增强PTFE针刺滤料的拉伸强力显著降低,而芳纶基布增强芳纶针刺滤料则无明显变化。在蠕变性能方面,PTFE滤料抗蠕变性能差,PTFE基布增强芳纶针刺滤料在低应力水平下有良好的抗蠕变性能,而芳纶基布增强芳纶针刺滤料则在高低应力水平下皆有较好的抗蠕变性能。

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。

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。

温度⁃应力耦合下聚四氟乙烯压缩蠕变行为及本构描述

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)具有耐高低温、耐化学腐蚀和高热稳定性等优点,已成为工业领域中不可或缺的密封材料,其压缩性能对密封结构的安全服役至关重要。通过对PTFE开展压缩试验和压缩蠕变试验,研究PTFE在不同温度下的压缩性能,探究应力、温度对蠕变行为的耦合影响规律。研究结果表明,PTFE的压缩屈服强度和压缩模量随温度的升高而降低。压缩蠕变性能受到温度和应力的耦合影响,在相同温度下,随着应力的增加,PTFE的瞬时应变和蠕变速率增加。在相同应力下,随着温度的增加,压缩模量降低,分子能量和自由体积增大,从而PTFE的瞬时应变和蠕变量增大,总应变也增大。最后,采用Burgers模型、Findley模型和时间硬化模型对PTFE在不同加载工况下的蠕变行为进行了分析,发现Burgers模型和Findley模型可以较好地描述PTFE在不同温度下的蠕变行为。本研究可以为PTFE压缩蠕变性能的密封结构设计及工程应用提供理论指导和数据支撑。

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。

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。