基于退役PTFE膜材的力学性能试验研究

服役后PTFE膜材的力学性能是评价既有膜结构安全性、可靠性的基础,也是重要指标之一。基于服役于1997—2019年的上海八万人体育场的主体结构退役PTFE膜材,分别选取高低区的膜材,对其进行一系列力学性能试验,包括单轴抗拉强度、单轴撕裂强度、单轴连接强度、双轴循环拉伸试验,得到退役膜材的力学性能指标。通过对比退役老化膜材和相同型号的全新膜材力学性能指标,得到本工程退役后PTFE膜材的力学性能指标保留率。结果表明,PTFE膜材经服役20多年后,延性性能降低明显,单轴抗拉强度、单轴撕裂强度、单轴连接强度均表现出不同程度的降低;撕裂强度与连接强度的降低程度较单轴抗拉强度更为明显。

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。

PTFE覆膜口罩的过滤性能

聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)覆膜口罩作为新型呼吸防护用品,在职业健康领域得到广泛关注,然而在高湿环境中其过滤性能的稳定性有待明确.通过过滤效率和过滤阻力的测试对PTFE覆膜口罩进行了耐湿性能评估,并与熔喷布口罩进行对比.结果表明:经高湿环境后PTFE覆膜口罩的过滤效率最大降幅为3.20%,而熔喷布口罩的最大降幅仅为0.44%,测试过程中两种口罩的过滤阻力均无显著变化;PTFE膜的纤维直径(20~150 nm)与孔径(100~350 nm)远小于熔喷布的纤维直径与孔径,其主要基于机械过滤机理捕集颗粒物;在高湿环境中,具有静电吸附性能的熔喷布更易实现高效低阻.研究结果为合理选用PTFE覆膜口罩提供了指导.

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。

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。

The Application of Polytetrafluoroethylene (PTFE) Fiber Grafted Acrylic Acid as a Cation Exchanger for Removing Cu^(12)

The polytetrafluoroethylene fiber grafted acrylic acid was used as a cation exchanger. The exchange capacity of the cation fiber is 3.06 mmol/g. The maximum Cu2+ adsorption capacity is 107.48 mg/g. It could be desorbed completely by 1mol/L HCl.

粗糙度对铜基表面PDA/PTFE涂层摩擦磨损性能的影响

为了改善PTFE涂层和Cu基体的界面结合性能,采用聚多巴胺(PDA)对PTFE涂层和Cu基体之间的界面进行改性,在不同粗糙度的Cu基体表面制备了PDA/PTFE自润滑涂层,利用光学轮廓仪、扫描电镜(SEM)、接触角测量仪和摩擦磨损试验机等研究了基体粗糙度对PDA改性PTFE涂层微观组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:PTFE涂层的成膜受到基体粗糙度和PDA分布的综合作用;当基体粗糙度R_(a)=60 nm时,基体表面粗糙峰和粗糙谷都覆盖了PTFE涂层,涂层的厚度达到最大值(约为1.83μm),此时PDA改性PTFE涂层的耐久性达到最大值(循环次数=813),涂层的磨损率最低;当基体粗糙度过大时,粗糙峰处PDA含量减少且粗糙峰处应力集中严重,容易导致PDA改性PTFE涂层的快速失效。

Cr_(3)C_(2)掺杂Ni-P-PTFE化学复合镀层制备及性能

为提高以铁素体不锈钢为基体的医疗器械零部件表面的耐蚀性和硬度,本研究采用化学复合镀的方法在铁素体不锈钢表面制备xCr_(3)C_(2)/Ni-P-PTFE(聚四氟乙烯,polytetrafluoroethylene)镀层,研究Cr_(3)C_(2)质量浓度(10、15、20g/L)对化学复合镀Ni-P-PTFE镀层热处理前后硬度、表面形貌、物相以及耐蚀性的影响。结果表明:在一定质量浓度下,Cr_(3)C_(2)颗粒的掺杂使Ni-P-PTFE镀层表面更加平整光滑,降低表面粗糙度的同时提高硬度和耐蚀性。Cr_(3)C_(2)质量浓度为15 g/L时,Ni-P-PTFE-Cr_(3)C_(2)镀层表面均匀平整,粗糙度最小,硬度(HV_(0.1))为354;表面腐蚀电流密度从0.05μA/cm^(2)下降到0.02μA/cm^(2),降低了60%,表现出较好的耐蚀性;热处理(300℃、2 h)后,由于Ni3P硬相和Ni相的析出,镀层硬度(HV_(0.1))达到527,提高了约49%。Ni-P-PTFE-Cr_(3)C_(2)镀层能有效改善医疗器械零件用钢基体的性能。

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。

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。

Effect of Addition of Polytetrafluoroethylene (PTFE) and Silicon Carbide (SiC) on Properties of Electroless Nickel Alloy Coatings

Electroless nickel (copper)-phosphorus-silicon carbide (SiC)-polytetrafluoroethylene (PTFE) composite coatings were prepared by adding SiC and PTFE into electroless nickel (copper)-phosphorus alloy baths. The effects of addition of SiC and PTFE on depositing rate, microhardness, wear resistance and anti-friction of the resulted composite coatings were studied. The results indicated that electroless nickel (copper)-phosphorus alloy coatings were greatly improved in depositing rate, microhardness, wear resistance and antifriction by co-deposited proper amount of SiC and PTFE.

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。

航空低气压条件下磁控溅射PTFE表面耐电性能

聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的耐热性能和机械性能,已逐渐成为航空线缆的主流绝缘材料,为满足多电飞机供电系统电压等级提升及航空条件下复杂环境绝缘要求,亟须进一步提升线缆绝缘耐电性能。采用磁控溅射TiO2制备了5种PTFE样品,测试了改性样品的水接触角及电导率,通过闪络及电老化实验对试样表面耐电性能进行分析,基于表面陷阱分布对磁控溅射的影响机理进行解释。结果表明,改性后样品表面疏水性提升,电导率降低,随磁控溅射时间增长PTFE表面闪络电压及抗电老化性能先提升后下降,效果在改性45 min时最好。溅射后提升了绝缘表面电荷捕获能力,抑制放电发展过程,使闪络电压提高;深陷阱捕获电荷形成反向电场,自由电荷注入-脱出过程受到抑制,PTFE耐电老化性能得到提升。

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。