常见的添加剂和增强物质有:聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化钼、超高分子量聚乙烯、硅、石墨、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
1、聚四氟乙烯(PTFE,铁氟龙)
聚四氟乙烯(PTFE),俗称铁氟龙,于1938年由杜邦发明。
PTFE几乎不与任何物质粘合,同时还具有自润滑性,因此通常被用于防粘涂层。不粘锅涂层就是PTFE的经典应用。
PTFE不粘锅
PTFE微粉是用作添加剂的品种,是所有耐摩擦添加剂中摩擦系数的,在磨擦过程中PTFE微粉会在零件表面形成润滑的薄膜。是高负荷应用中的耐磨添加剂。 适当的PTFE添加量为非结晶性塑料含15%PTFE、而结晶性塑料含20%PTFE。
PTFE微粉
PTFE 微粉可应用于工程塑料、涂料、油墨、油漆、润滑油、薄膜、橡胶等,可增强主体材料的性能,如:
1.耐磨损性、耐摩擦性和耐划擦性
2.易去污特性
3.抗粘连特性
4.润滑性能(用于工程塑料改性)
5.抗摩擦,抗磨损性能
PTFE增强POM制造的机械零件
PTFE的结构特点
在已知的高分子键中,C-F键是牢固的键之一,大分子主碳键的周围被氟原子的紧密的保卫着,使C-C键不受一般活泼分子的侵袭。此外,氟原子体积较大,相互排斥,整个大分子链呈螺旋状,在大分子的主链上具有对称的氟原子,所以电性中和,整个分子不带性。这种结构的性使聚四氟乙烯具有优良的耐热性,耐化学药品性和耐溶剂的稳定性,高电绝缘性,表面不粘性,和润滑性等,并具有高的熔融粘度。
PTFE性能及应用
(一)摩擦系数低
聚四氟乙烯材料的低摩擦系数已是人所共知,1949年,K.V苏特和P.H托马斯在B-L机器上测量聚四氟乙烯材料的摩擦系数时证实:承载1~4公斤,滑行速度0.1~10毫米时,聚四氟乙烯材料的摩擦系数是0.04。在承载1360公斤情况下,摩擦系数达到0.01。
(二)温度性能
在正常的工作温度范围内,聚四氟乙烯额定温度上限是260℃,在此情况下,它不热裂变。在观察260-360℃范围内,重量损失相当小,并且损失是由于在聚合中吸收少量气体和水分。只有在温度超过400℃情况下,聚四氟乙烯树脂材料的热裂变才变得明显。
在低温情况下,聚四氟乙烯树脂材料能保持良好的性能。在很低温度时,能保持很强的抗冲击性能。即使在温度低达-196℃时,经过精心制造的试件仍有韧性,已经,聚四氟乙烯树脂材料在温度-268℃以上仍有使用价值,并在-80℃以上具有较高塑性。
(三)化学稳定性
在正常工作温度范围内,这类树脂不会被任何溶剂溶解和膨胀。这种特的稳定性来自于很强的碳-碳键和强的碳-氟键内的结合,以及几乎的氟原子对碳原子骨架链的保护壳和聚合物的高分子量,这种结构也产生了一些性能,例如低摩擦系数和不可溶性。
聚四氟乙烯树脂材料具有强的抗水性。它能抵抗水溶解,是水渗透好的障碍,在长时间浸在水中后仍旧能保持稳定,在美、法和前苏联等国进行的抗水蒸汽的试验中,聚四氟乙烯树脂材料几乎比任何已知的塑料材料的抗蒸汽渗透性。由于聚四氟乙烯树脂材料拥有低的透气性,它被广泛用于化学工业好的屏蔽树脂。
(四)电学性能
早在1946年人们就知道,由于聚四氟乙烯的无电性,使其成为理想的绝缘体,或称做非传导性。由于聚四氟乙烯树脂不吸收水,在水中将其浸渍很长时间也不改变其电阻抗能力。
(五)纤维性能
聚四氟乙烯的纤维与聚四氟乙烯的抗化学腐蚀性质、低摩擦系数、特的高抗磨损特性和高强度相结合,产生的坚韧的耐久的纤维结构。高孔隙的纤维结构如G-T三角布,可用在多种用途的薄膜,现已开发出来,它是利用分散聚四氟乙烯树脂的特原化纤能力。
(六)安全可靠性
五十年来,数千吨聚四氟乙烯已生产并应用在多种潜在危险的环境下,包括许多超过额定温度的应用。没有任何有关操作使用聚四氟乙烯方面导致的疾病和及伤亡事故。
聚四氟乙烯对皮肤没有性。实践也当被吞食人体内时也是稳定而不发生化学反应的。在连续90天里,在老鼠的每天食物中添加25%的精细聚四氟乙烯树脂粉末,没有发现出现中毒和出现消化混乱。在连续7个月的实验中也得到同样结果。因为聚四氟乙烯树脂聚合物不与大多数化学物质发生反应,有很少可能性通过化学反应来产生有毒产品。聚四氟乙烯在温度高度达200℃时都不吸收一般的酸和碱。它吸收的溶剂是其微量的,并对分子内部的化学键没有很大影响,因而不应与裂变相混。
低摩擦性能在载荷方面的应用
由于有的设备的摩擦部分不宜加油润滑,比如在润滑油脂会被溶剂溶解而失效的场合或者造纸、制药、食品、纺织等工业领域的产品需要避免润滑油沾污,这就使填充PTFE材料成为机械设备零件无油润滑(直接承受载荷)的理想材料。这是因为该材料的摩擦系数是已知固体材料中低的。
其具体用途包括用于化工设备、造纸机械、农业机械的轴承,用作活塞环、机床导轨、导向环;在土木建筑工程广泛用作桥梁、隧道、钢结构屋架、大型化工管道、储槽的支承滑块,以及用作桥梁支座和架桥转体等。
聚四氟乙烯的缺点和改进
(1)聚四氟乙烯具有“冷流性"。即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形(蠕变),这给它的应用带来一定的限制。如当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。
这些缺点可通过加入适当的填料及改进零件结构等方法来克服。
(2) 聚四氟乙烯的熔体粘度很高,在高温下也不流动。它在熔点(327℃)以上,熔体粘度达到1 010 Pa.s,即使加热到分解温度也不流动。
这就使它不能采用一般热塑性塑料的成型方法,而要采用类似粉末冶金那样的烧结方法成型。
(3)PTFE具有突出的不粘性,限制了其工业上的应用。它是好的防粘材料,这种性能又使它与其他物件的表面粘合为困难。
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