浅述PTFE塑料的收缩率及蠕变性

浅述PTFE塑料的收缩率及蠕变性从文1前言PTFE塑料具有许多优异的性能，得到广泛的应用。但也有它的不足之处，即收缩率和蠕变性，限制了它作化工防腐蚀衬里以及与其它金属材料复合方面的应用。

　　实际进行研究来降低或消除因PTFE塑料的收缩率和蠕变性而带来的应用上的限制，使PTFE塑料的应用面不断扩大，充分发挥塑料王“的作用。

　　2试验试验一PTFE塑料尤其在冷热变化的实际应用中，其热胀冷缩变化比较大，往往会出现分层、裂开等不良结果。经试验得出，PTFE模制品从室温冷却到-18+时其收缩率达2，以上，从室温加热到+260+时，膨胀达4%.可见冷热交变其收缩率变化不小。

　　PTFE塑料的蠕变是其在持续的恒定外力作用下的形变，该变化随着时间的延长而逐渐增加。也就是PTFE塑料在长时间的连续载荷作用下发生可塑变化。蠕变程度取决于载荷的大小、时间长短和温度高低。

　　表1 6批PTFE树脂在不同压力时的收缩率压力收缩率表2不同压力时树脂的粒度与收缩率的关系收缩率（1）粗料细料树脂批号为E表3树脂的不同成型压力与收缩率关系成型压力（MPa）收缩率（1）树脂批号为F表4不同压力时树脂的烧结温度与收缩率的关系烧结温度（5）收缩率（1）（树脂批号为F收缩率（1）（保压）（不保压）选用抗拉强度不同的6批PTFE树脂，采用不同压力，经3605烧结3h的基本工艺，成型密封圈试样。将试样进行统一测试，得出收缩率与树脂特性、加工工艺的关系数据列表说明（见表1~表7）。

　　表5不同保压时间与树脂收缩率的关系保压时间半分钟，不保压时间为0.不同压力时降温速度与树脂收缩率的关系成型压力（MPa）收缩率（1）（控制降温）（自然冷却）8mm密封圈烧结温度3655，控制降温速度205/h，在3305时保温30min，自然降温速度705/h.选用8个配方及1个纯PTFE组成9组批号的以相同的加工工艺制成试样，统一测试，得出9组试样的基本性能数据列于表8.除了上述通过共混使PTFE塑料的不良性能得到改善外，还可以通过层压增强等工艺，同样可以制造出性能良好的复合PTFE塑料。以下简单介绍几种复合PTFE塑料，供各方面。

　　①选用PTFE膜片、金属丝网或玻璃纤维网格布，间隔重叠置于热压机上热压复合成整体层压制品；表7纯PTFE与填充PTFE的收缩率对比成型压力（MPa）收缩率（3）（纯PTFE）（树脂批号为E，填充PTFE为75%PTFE、20%玻璃纤维、53石墨。

　　表8纯PTFE与8种加填充料的PTFE共混塑料基本性能的对比性能单位试验方法纯153玻纤53石墨PTFE 203玻纤53石墨PTFE 603锡青铜PTFE 153玻纤53石墨153聚酰亚胺PTFE备注比重抗拉强度伸长率压缩变形23，60min垂直压力垂直压力2永久，24形垂直压力水久变形抗压强度变2形53平行压力线膨胀率数~60平直压力~100垂直压力~150垂直1压力20~200平行压力大直径金属辊筒上间隔缠绕，达到所需厚度后，最外层采用高强度玻璃丝带用力绕紧，送至高温烧结炉中塑化，最后冷却至适当温度时削去外层玻璃引带，纵向切开，放在大面积压力机上热整型成为复合材料。用同样方法可制成复合层管材；选用PTFE漆布（胶含量多些）通过上述缠绕工艺同样可制成多层板材、多层管材；通过模压工艺，在模框内加PTFE树脂后中间放一层网格材料，形成中间有增强层的复合材料。在热压过程中防止网格材料移位，是工艺中的关键；选用玻璃纤维毡（或厚层玻璃布）与PTFE膜片复合，中间用固体粘接剂如FEP膜、热压而成单面PTFE膜片复合材料。由于毡有一定厚度，在使用缩率，也不致于与其它材料分裂。

　　以上这些共混复合材料均能不同程度地改善PTFE的收缩率和蠕变性，有时候还能带来机械强度及其它性能的改善。

　　PTFE的蠕变PTFE的蠕变性又称冷流性。可利用PTFE的蠕变性制成PTFE垫圈、生料带、弹性带等产品作密封制品，应用于化工防腐蚀领域，效果显著。但PTFE的冷流性限制了它的应用面。绝大部分的蠕变是在加荷后24h以内发生的，随后变形量锐减，去掉载荷，呈塑性形变，只要形变不超过屈服点，一般都能回复总变形量的503左右。

　　PTFE树脂结构性能与收缩率、蠕变性的关PTFE树脂分子结构简单、无支链、完全对称、线性好、十分规整，是高结晶度的塑料。

　　PTFE树脂的收缩率、蠕变性与它的分子量、结晶度有着直接的关系，一般地说：分子量大的PTFE树脂结晶度小，抗拉强度大，收缩率小，蠕变性也有好转趋势。对于PTFE塑料及制品而言，可以通过加工工艺或者专门处理来调节其收缩率、蠕变性。尤其蠕变性是在PTFE塑料因外界因素引起的变形都发生在无定形部分。高结晶度的PTFE塑料，无定形区的缩小，变形相对也小，减少了蠕变性带来的弊病。

　　调节结晶度、控制无定形区、选用合适分子量的PTFE树脂都是改变收缩率、蠕变性的办法。处于熔融状态的PTFE树脂急冷时，由于分子链来不及规整排列，从而结晶度较低，在冷却速度为20~70+/h的范围内结晶度变化不大，冷却速度20+/h以下时结晶度增大。用结晶度适当调节和改善收缩率、蠕变性是可行的。

　　蠕变性与结晶度、分子量有关，PTFE最佳刚性所对应的结晶度为70.~80%，高于这个结晶度时，蠕变随结晶度的进一步增加而减少，了解PTFE树脂结构性能，对选用树脂进行加工成型奠定了理PTFE树脂的颗粒度对收缩率、蠕变性也有影响。试验结果是：用同一种树脂，而平均颗粒度为274！和30！两种不同的粗粒和细粒进行比较，预成型制品的孔隙是细料比粗料少，而烧结塑化以后，细料比粗料大。则收缩率是细料比粗料大，蠕变也是细料比粗料小。这对加工成型时选用树脂的颗粒度有价值。

　　加工工艺对PTFE塑料收缩率、蠕变性的影响根据实际应用工况来确定对收缩率、蠕变性的要求。在成型工艺时选用某种工艺条件，使收缩率、蠕变性尽可能满足要求。

　　预成型压力低，其预成型制品内部孔隙度大，收缩率也大，蠕变性也大；预成型压力高，预成型制品内部孔隙度小，收缩率也小，蠕变性也小。在选用收缩率大的PTFE树脂时，可适当提高成型压力来减少制品收缩率。一般预成型压力应在24.5~49MPa，特殊产品或填料制品例外。过高的预成型压力会产生树脂互相滑移，造成制品内部裂缝；过低的预成型压力，使预制品的收缩率不稳定，制品强度也不稳定。

　　烧结温度与制品收缩率的关系用同一批树脂在同一预成型压力下，收缩率随烧结温度提高而渐渐增加。这是因为在同一压力下预成型制品的内部孔隙相同，但由于烧结温度不同，使烧结以后的制品孔隙率变化也不同，故产生了不同的收缩率。当烧结温度提高时，分子受热后，分子运动加剧，互相扩散，结果使颗粒间界面消失而融结成一个密实的整体，制品内部孔隙小，故制品收缩率大。同时，随着烧结温度升高分子的热运动增加，有利于大分子链冷却时定向排列，使制品结晶度大，制品的收缩率也大。为了制得尺寸精度高的制品，可以在烧结温度允许范围内适当调整，选用收缩率小的树脂可以适当提高烧结温度或延长保温时间；选用收缩率大的树脂，可适当降低烧结温度。

　　预成型的保压时间与制品收缩率关系相同的成型压力下保压比不保压好，其制品收缩率要小些。其原理是有适当的保压时间时，使压力能均匀地传递到制品各个方面，可得到受压均匀的制品，内部孔隙均匀，避免了因压力传递不到位而产生不均匀的孔隙，甚至会报废。保压时间长短取决于制品规格的大小。

　　冷却速率与制品收缩率的关系冷却速率直接关系到制品的结晶度，结晶度的大小影响到制品的收缩率。以20~70+/h的冷却速率，结晶度变化不大，冷却速率为20+/h时因充分结晶其结晶度就大，要是急速冷却，结晶度可低于199成型压力i与收缩的关系HecfronicPublishing40，利，用冷却速率调节。PTFE塑料的。结晶区和无定形区，从而调整其收缩率。

　　另外，把填充剂加入PTFE树脂后，共混成型的PTFE塑料，其收缩率有明显的改善。

　　应用工况及蠕变性能的分析PTFE蠕变性除了受树脂结构性、工艺加工条件影响外，还受应用中外界三大因素的影响，这三大因素是载荷大小、时间长短、温度高低。

　　载荷：外界载荷越大，压缩变形也越大，蠕变也大。外界载荷过大，使变形超过屈服点，回复的变形量就小，甚至被破坏。外界载荷趋于零则变形趋于零，蠕变没有多大变化。

　　温度：当载荷不变时，温度越高，压缩变形就越大，拉伸变形、剪切变形都会变大，但变化没有压缩变形大。一旦变形超越屈服点，其回复百分率就小了。

　　时间：当温度一定、载荷一定，随时间的延长，压缩变形变化不大，基本平稳；当载荷一定时，压缩变形随温度升高而增加，随时间的延长而增加；当载荷一定时，拉伸变形随时间的延长而增加，温度升高拉伸变形随时间的延长而稍有增加；当载荷一定，剪切变形随时间的延长稍有变化，当载荷分级增加时，剪切变形随时间的延长有较明显的变化。

　　拉伸时间与伸长率之间的总趋势是伸长率不变时拉伸应力随时间的延长而有所下降；伸长率增加时，拉伸应力随时间延长而增加。但也有特殊情况，因为拉伸应力的起点不会一样，伸长率记数有不同，所以对具体问题只能具体分析，按总趋势得出自己所需的数据。

　　由于PTFE的收缩率、蠕变性两大缺陷，限制了它在许多应用领域中发挥作用。通过上述分析，可以从选择原料树脂、加工工艺以及应用时工况实际，尽可能的将两大缺陷减小到最小程度，并设想通过从原料开始进行共混和复合的有效途径，将收缩率和蠕变充分利用，拓宽共混或复合的PTFE塑料应用面。

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