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钢衬四氟管表面处理难的原因分析及解决办法

浏览次数: 日期:2018年2月28日 16:10

  钢衬四氟管具有相当优异的化学稳定性、电绝缘性、自润滑性、不可燃性、耐老化性、高低温适应性和耐化学腐蚀性能,并且具有较高的力学性能.

  钢衬四氟管具有相当优异的化学稳定性、电绝缘性、自润滑性、不可燃性、耐老化性、高低温适应性和耐化学腐蚀性能,并且具有较高的力学性能,是一种综合性能优良的军民两用工程塑料。但是,由于PTFE表面润湿性能差,不能被很好地粘接,因而大大限制了它的使用范围。为了使PTFE有更广泛的应用,对其表面进行处理,以改善粘接性能,提高粘接强度很有必要。

  1.PTFE难粘接的原因分析

  PTFE之所以难于粘接,从它的物理性质上分析,主要有以下几个方面的原因:

  ⑴表面能低,临界表面张力一般只有1.85×10-2N/m。PTFE的前进接触角(θd)为118º,后退接触角(θr)为91º,接触角(θ)为104º,是所有材料中最大的,而接触角越大,润湿程度越小,即润湿性越差,胶粘剂不能充分润湿PTFE,从而不能很好的粘附在PTFE上;

  ⑵结晶度大,化学稳定性好,PTFE的溶胀和溶解都要比非结晶高分子困难,当胶粘剂涂在PTFE表面时很难发生高聚物分子链的互相扩散和缠结,不能形成较强的粘附力;

  ⑶PTFE结构高度对称,且属于非极性高分子。胶粘剂吸附在PTFE表面是由分子间作用力引起的,这种作用力包括取向力、诱导力和色散力。而PTFE非极性表面不具备形成取向力和诱导力的条件,而只能形成较弱的色散力,因而其粘附性能较差;

  ⑷PTFE的溶解性参数SP值很小,因而与其他物质的粘附性也很小。由上面分析可以看出,要解决PTFE难于粘接的问题,一般应从表面改性以改善其粘接性能和研制新型粘接剂两个方面入手。

钢衬四氟管表面

  2.PTFE表面改性处理方法

  2.1化学处理法

  化学法处理含氟材料,主要是通过腐蚀液与PTFE塑料发生化学反应,扯掉材料表面上的部分氟原子,这样就在表面上留下了碳化层和某些极性基团。红外光谱表明,表面引入羟基、羰基和不饱和键等极性基团,这些基团能使表面能增大,接触角变小,润湿性提高,由难粘变为可粘。这是目前研究的所有方法中效果较好,也是比较常用的方法。但也存在一些缺点:被粘物质表面变暗或发黑,在高温环境下表面电阻降低,长期暴露在光照环境下其粘接性能将大大降低。这些缺点使得此法的应用受到很大的限制。一般用钠萘四氢呋喃作为腐蚀液,也可用钠联苯二氧六环、钠萘二醇二甲醚等作为腐蚀液。不足之处是此法不能根据需要对PTFE表面进行有选择的改性,具有一定的盲目性,这在实际应用中是非常不利的。

  2.2高温熔融法

  高温熔融法是在高温下使PTFE表面的结晶形态发生变化,嵌入一些表面能高、易粘合的物质如SiO2、Al粉等,这样冷却后就会在PTFE表面形成一层嵌有可粘物质的改性层。由于易粘物质的分子已进入PTFE表层分子中,所以粘接强度很高。此法的优点是:耐候性、耐湿热性比其它方法显著,适于长期户外使用。不足之处是在高温烧结时PTFE会释放出一种有毒物质全氟异丁烯,而且不易保持形状。

  2.3辐射接枝法

  把PTFE置于苯乙烯、反丁烯二酸、甲基丙烯酸酯等可聚合的单体中,以60CO辐射使单体在PTFE表面发生化学接枝聚合,从而使PTFE表面形成一层易于粘接的接枝聚合物。接枝后表面变粗糙,粘接表面积增大,粘接强度提高。这种方法的优点是操作简单、处理时间短、速度快,但改性后的PTFE表面失去原有的光滑感和光泽,且60CO辐射源对人体伤害较大。

钢衬四氟管表面

  2.4低温等离子体处理法

  低温等离子体是指低气压放电(辉光、电晕、高频、微波)产生的电离气体。在电场作用下,气体中的自由电子从电场中获得能量,成为高能电子,这些高能量电子与气体中的原子、分子碰撞,如果电子的能量大于分子或原子的激发能,就能产生激发分子和激发原子、自由基、离子和具有不同能量的射线。低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般接近或超过碳―碳或其他含碳键的键能,因而能与导入系统的气体或固体表面发生化学或物理的相互作用。如果采用反应型的氧等离子体,则能与高分子表面发生化学反应而引入大量的含氧基团,使其表面分子链上产生极性,表面张力明显提高,改变其表面活性,即使是采用非反应型的Ar等离子体,也能通过表面的交联和蚀刻作用引起的表面物理变化而明显地改善聚合物表面的接触角和表面能。刘学恕[3]对低温等离子体处理氟塑料进行了长期的研究工作,取得了很好的效果,处理后的氟塑料接触角平均降低20º~30º,粘接剪切强度提高2~10倍。

  2.5气体热氧化法

  难粘塑料表面经空气、氧气、臭氧之类的气体热氧化下,其表面粘接性能得到改善,尤其是臭氧法,基本不受材料中抗氧剂的不良影响,还可以在空气中添加某种促进剂,如添加某些含N络合物,二元羧酸以及有机过氧化物等。气体热氧化法工艺简单,处理效果显著,没有公害,特别适用于PTFE的表面处理。但此法要求有与材料尺寸相当的鼓风烘箱或类似的加热设备,这样就使它的应用受到一定程度的限制。

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