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氟乙烯类精细高分子的加工方法

发布时间:2018-06-20 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:912

1.聚氟乙烯的加工方法

(1)薄膜的成型加工  PVF薄膜采用在潜溶剂存在下熔融挤出的改良挤压法加工。首先将树脂、潜溶剂、稳定剂以及颜料等以一定比例充分混合均匀。挤出以后,加热使树脂颗粒熔融凝结成膜,并使潜溶剂挥发回收。挤出的薄膜一般还需要在一定量的潜溶剂存在下,进行不同程度的双向拉伸,以获得具有不同拉伸、剪切和冲击强度的各种型号的薄膜。杜邦公司在市场上销售的Tedlar薄膜有四种不同取向度的型号为15、20、30和40的薄膜。Tedlar薄膜表面有两种,一是可剥离的,另一是可粘接的。薄膜的粘接性能还能通过气体三氟化硼、火焰、辉光放电和碱金属液氨溶液等对薄膜进行表面处理得到改善和提高。

此外,文献中还介绍了PVF薄膜采用压延等加工成型的方法。

(2)涂层的成型加工  PVF涂层的最基本和最有效的加工方法是将PVF树脂的潜溶剂分散体涂敷到各种金属或耐热非金属基材上进行的。潜溶剂的选择是关键,首先要考虑它的极性,即对PVF分子间相互作用的破坏能力。潜溶剂极性越大,破坏能力越大,对PVF树脂的熔融凝结成膜温度的降低越明显。此外要考虑的是它的挥发性,即在树脂凝结成膜以前不能挥发掉,但在烘烤后又必须完全脱除,常用的潜溶剂有邻苯二甲酸酯二甲基甲酰胺二甲基乙酰胺γ-丁内酯及其混合物等。

PVF树脂若采用水作为分散体,必须同时加入少量聚亚烷基二醇、季戊四醇环丁砜等作为表面活性剂,以改善树脂的润湿能力,有助于获得较好的涂层均匀性以及与基材的粘接性。

2.聚偏氟乙烯共聚物的加工方法

PVDF树脂以粉料、粒料、乳液或分散液等形式出售,树脂品级较多,有很宽的熔体范围,以适应不同加工方法。PVDF树脂品级的选择决定于加工方法、模具设计和最终产品。PVDF填充石墨可降低模塑收缩率和改进导热性,已制得碳纤维增强的PVDF。发泡PVDF则可降低密度和介电损耗。

加工PVDF无需添加润滑剂和稳定剂等助剂。与全氟碳聚合物不同,加工PVDF可以使用PVC和聚烯烃的加工设备,其材质不必是特殊合金钢。PVDF不吸湿,加工前不必干燥处理。PVDF是高结晶聚合物,其模压收缩率较大,约为3%。

在模压和传递模塑时,先将PVDF粒料在215~235℃的烘箱或高频加热炉中预热,然后以一定的压力将料压入190~195℃的模具内,维持一定时间使料充分流动和塑化。对于截面积较厚的制品,模具必须保压冷却至90℃以下才能脱模,以防产生气孔和变形。在135~156℃下退火处理,有利于稳定PVDF制品的尺寸和消除残余应力。

由乳液聚合法制得的PVDF粉末、颜料、聚丙烯酸酯以及极性有机溶剂经研磨分散,可制成PVDF有机溶胶。采用喷涂或辊涂方法将有机溶胶涂装在铁或铝等金属板表面,然后在230~250℃下烘烤,高溶剂化PVDF颗粒熔结在金属表面,形成附着力优良的PVDF连续涂层,它可用作建筑装饰,PVDF厚涂层也可用于化工防腐。PVDF彩色分散液直接在脱模纸或金属带上流延成膜,然后在PVDF彩色膜上涂压敏胶,可用于室外装饰。PVDF分散液浸渍玻璃纤维或碳纤维织物,经层压可制成形状稳定的高强度衬里,用于铁或玻璃钢储槽和管子的化学防腐。低熔体的PVDF树脂经冷冻研磨成细粉可用于粉末喷涂。PVDF溶液组分在水中凝胶析出,可制成微孔膜或超滤膜。PVDF细粉在一定条件下经烧结可制成多孔体。

3.聚四氟乙烯的加工方法

(1)悬浮树脂的加工方法  PTFE在380℃下熔体黏度仍高达1010Pa·s,比普通热塑性塑料的熔体黏度(102~103Pa·s)高几个数量级。另外,聚合物对于在无定形状态下的剪切很敏感,容易产生熔体破裂。因此,PTFE不能采用常规的热塑性塑料的加工工艺,而应采用其他的工艺方法成型。其基本步骤包括预成型、烧结和冷却三部分。预成型即将粉末状PTFE树脂压成具有一定形状的预成型品,烧结即在其熔点以上使其树脂粒子密集为一均相结构,冷却即在一定的冷却速度下降温以获取具有所需结晶度的制品。

具体方法有模压法、等压成型法、挤压成型法等,可参阅相关文献。

(2)分散树脂的加工方法

①糊膏挤压成型  糊膏挤压采用乳液聚合PTFE树脂,其初级粒子直径为0.2~0.3 um,PTFE分散液经凝聚后次级粒子直径为500 um左右。这种树脂比表面积较大,吸收有机溶剂后,经剪切力的作用能形成糊膏状(故称糊膏挤压)。物料在有锥度的口模中受到推挤力向前推进,树脂受剪切力的作用而拉伸的纤维,并沿纤维轴取向。这样,预成型品在挤出方向上的强度较大,在垂直于挤出方向上的强度较差。树脂经口模定型后即成预成型品,经干燥除去助挤剂,再经高温烧结,转变为坚韧的制品。糊膏挤压法成型PTFE制品的品种较多,有小口径棒、电线、薄壁管、异型材、生料带、生料棒。PTFE膨体制品如弹性带、膨体管、膨体生料带、膨体纤维及膨体膜等。

采用糊膏挤压工艺,在PTFE树脂中加入颜料可制得彩色PTFE管、带制品,利用低压缩比的PTFE乳液聚合树脂,将挤压的预成型品经双辊压延,除去润滑剂即可制备PTFE生料带,其中助挤剂选用沸程207~257℃的石蜡油,树脂与助挤剂的质量比为100: (17~20),压延有室温压延和加热压延两种,加热压延滚筒温度为50~80℃,转速为5~30m·min-1。图13-1为生料带的成型工艺。

图13-1 生料带的成型工艺

糊膏挤压成型纵向排列成纤维状的预成型品,经干燥除去助剂后,在低于PTFE熔点的温度进行高速拉伸(如10%~5000%·s-1),延伸率通常可达150%~1500%,再在高于PTFE熔点的温度下对处于拉伸状态的PTFE半制品进行热处理,可得到孔率40%~97%的膨体PTFE膜、管、棒、弹性带等,这类膨体制品被广泛地应用在人工血管、心脏修补膜、分离和过滤膜、密封、电气绝缘等方面。

②分散液的加工方法  PTFE分散液是平均粒径为0.2~0.3um,带负电的PTFE树脂悬浮在液态水中形成的胶体溶液,黏度为0.015~0.020 Pa·s,含量为60%左右,pH值9~10。利用PTFE分散液可以浸渍纤维和多孔物质,可通过湿法混合工艺加工制备新型材料,也可以加工涂层、流延薄膜和纤维等。此类工艺通称为PTFE分散液加工。

(3)聚四氟乙烯的共混改性  在对氟树脂的改性及共混方面的研究较多,不断扩大氟塑料的应用范围。如日本开发出一种聚四氟乙烯粉和PFA粉混合起来的粉料,用它制作球阀的密封材料,结果不仅提高了耐用性,而且制品易于热焊接。通过添加聚四氟乙烯粉可以改善聚碳酸酯聚甲醛等工程塑料的摩擦性。国外用聚四氟乙烯聚氨酯的嵌段共聚物(FPU)制作人工心脏血液泵及血液循环用的弹性材料,分子结构为OCNCH2(CF2)4CH2NCO。这种材料不仅满足耐久性、弹性、强度和成型方面的要求,而且在与血液接触时既不会使血液变质,也不会破坏血液成分,最重要的是不会形成血栓。还有如密封和浸渍材料用的氟化不饱和亚胺,含氟连接基的聚胺-聚酰亚胺、氟化聚合物过滤材料以及含氟的聚合物加工助剂;用于LLDPE吹膜中防止熔体破裂的产生,还有某些新型的含氟聚合物。

我国稀土资源丰富,稀土类添加剂应用于聚四氟乙烯中,可提高聚四氟乙烯的力学性能,尤其是其耐磨性和密封性能。氟塑料合金主要有聚四氟乙烯/聚全氟乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯/聚碳酸酯(PC) ,聚四氟乙烯/聚酰亚胺(PI),聚四氟乙烯/聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯/聚甲醛(POW、聚四氟乙烯/聚苯硫醚(PPS)等,这些合金由于氟塑料的存在,其力学性能、耐久性能均得以改善。

4.聚全氟乙丙烯的加工方法

结晶聚合物的加工过程是结晶熔化,然后重新结晶的过程,因此,控制此重结晶后制品的结晶度,对制品的性能有很大的影响,聚全氟乙丙烯是结晶高聚物,不仅影响聚全氟乙丙烯制品的柔韧性和弹性,而且还影响到它的耐应力开裂性能。所以,在聚全氟乙丙烯的加工中,熔体的处理是非常重要的环节。

聚全氟乙丙烯的熔点为250~270℃,在高于熔点的温度下(380℃)呈102~103Pa·s的熔融流体,因此可以用一般热塑成型的方法加工。其熔体属于非牛顿型流体,随剪切速率的变化而变化。当剪切速率超过一临界值时,会出现不稳定流动,制品出现表面粗糙和裂缝的“熔体破裂”现象。聚全氟乙丙烯的临界剪切速率较低,仅为20~200s-1。然而它与其他氟聚合物不同,在某一较窄的高剪切区域“熔体破裂”现象消失,如在加工中利用此一特性可以改善制品的生产效率。由于聚全氟乙丙烯加工温度较高,在高温下它的熔体对大部分金属都有腐蚀作用,因此加工设备要求较高,凡接触其熔体部件都需用特种合金钢材。

聚全氟乙丙烯能用模压、挤出、注射等方法加工,不同的加工方法,需用不同的原料树脂,通常原料树脂按熔体分高、中、低三类,高熔体原料树脂适用于模塑成型或传递模塑法成型,中熔体原料树脂则是挤塑成型用的树脂,注射成型则需用更低的原料树脂。

5.四氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物的加工方法

PFA树脂与一般热塑性树脂一样可用压缩模塑、挤塑和注塑等成型工艺,但是它的熔体比其他热塑性树脂高,所以加工温度高、加工速度慢,并需考虑相应的模具设计。熔融状态的氟树脂对金属有腐蚀性,所以加工PFA树脂的设备中凡与熔融树脂接触的部分均需选用特殊的耐腐蚀合金钢,如Hostelloy C、Monel 400等。

6.乙烯-四氟乙烯共聚物的加工方法

ETFE和改性ETFE共聚物可用通用热塑性塑料加工技术,如模压、注塑、挤出、静电喷涂等方法加工成各种不同的成品,其中,应用最多的还是改性ETFE,部分改性ETFE的性能和用途见表13-15。

表13-15 部分改性ETFE的性能和用途

改性ETFE共聚物热熔融加工温度一般在300~340℃,可以用注模、模压、吹模、传递模塑、旋转成型及挤出或涂装等方法加工成制件,对注塑加工成型来说,在树脂流动方向,大约有1.5%~2.0%的收缩,而在横方向约有3.5%~4.5%的收缩,而对玻璃纤维增强的树脂,在流动方向可降低至0.2%~0.3%,对横向则有3.0%的收缩,可用通常适于聚酰胺和聚甲醛树脂加工方法进行切削加工成制件,ETFE树脂亦可着色。

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