俗稱“塑料王”的聚四氟乙烯( PTFE) 是杜邦公司于1950 年產(chǎn)業(yè)化的熱塑性塑料。在PTFE 中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子半徑( 0.064 nm) 大于氫原子半徑( 0.028 nm),使得C—C鏈由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折構(gòu)象扭轉(zhuǎn)為PTFE 的螺旋構(gòu)象。

PTFE 的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其具有耐高低溫、耐腐蝕、耐候、高潤滑、不粘附等特性，但也存在硬度低、線膨脹系數(shù)較大、導(dǎo)熱性能差、力學(xué)性能較差、耐磨損差、耐蠕變性差、易冷流、二次加工困難等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了它的廣泛應(yīng)用。因而對(duì)其改性研究一直是熱點(diǎn)。

改性方法有哪些？

對(duì)PTFE的改性方法主要包括表面改性、共混改性、填充改性、化學(xué)改性等。其中，填充和共混改性PTFE 是簡(jiǎn)單有效的方法。

01

無機(jī)填料填充改性

常用的無機(jī)填料有納米粒子填料、金屬及氧化物填料、晶須填料以及石墨、碳纖維( CF) 、玻璃纖維( GF) 等。

納米粒子填料填充

納米粒子具有尺寸小、比表面積大等特性，與聚合物間的界面面積及其相互作用大，因此兩者復(fù)合可獲得理想的界面粘合。此外，納米粒子也可以消除兩組分熱膨脹系數(shù)不匹配難題且可束縛PTFE 大分子的鏈間運(yùn)動(dòng)，這些都利于改善聚合物的摩擦學(xué)性能和力學(xué)性能。目前用于填充PTFE 的納米材料主要有納米Al2O3、SiO2 和TiO2等。

金屬及氧化物填料填充

金屬填料具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，以及耐磨損等許多優(yōu)良性能。在PTFE 中加入金屬填料，不僅能顯著提高PTFE 的導(dǎo)熱性能，還可大大改善它的耐磨性。例如：Cu顆粒、Al2O3 纖維等。

晶須填料填充

晶須是缺陷少的單晶體纖維，直徑通常只有幾微米。它的機(jī)械強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度接近純晶體的理論強(qiáng)度，可廣泛用于增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，是很有發(fā)展前途的新型材料。

晶須材料有四針狀氧化鋅晶須、硫酸鈣晶須等。

其他填料填充

其他填料有石墨、CF、GF等。CF、GF 和石墨可單獨(dú)填充、也可以協(xié)同填充改性PTFE復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)同增強(qiáng)PTFE復(fù)合材料拉伸時(shí)呈塑性斷裂，是綜合力學(xué)性能較好的高性能潤滑密封材料。

02

聚合物共混改性

無機(jī)填充形成的PTFE 復(fù)合材料通常摩擦系數(shù)較大，對(duì)被磨件損傷大，制品力學(xué)性能不夠高;而聚合物共混改性PTFE 明顯改善了上述缺點(diǎn)。用于填充PTFE 的有機(jī)聚合物主要有聚苯硫醚( PPS) 、聚醚醚酮( PEEK) 、聚酰亞胺( PI) 和聚苯酯( POB)等。

例如，采用熱模壓工藝制備PEEK/PTFE復(fù)合材料，并用作復(fù)合軸承材料。結(jié)果表明: 隨著PTFE 含量的增加，復(fù)合材料摩擦系數(shù)顯著降低，延長了軸承材料壽命。

有學(xué)者制備了PPS /PTFE、PI /PTFE、PEEK/PTFE、POB/PTFE、芳綸/PTFE 等5 種復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%聚苯酯(POB)的PTFE 復(fù)合材料減摩效果最好，填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%PI 的PTFE 復(fù)合材料的耐磨損性能最優(yōu)。相比之下，填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%芳綸的PTFE 復(fù)合材料摩擦磨損性能及力學(xué)性能最好，其耐磨損性能較純PTFE 提高了近400 倍，而摩擦系數(shù)僅為純PTFE 的84%。

審核編輯 ：李倩