聚四氟乙烯(PTFE)是美國杜邦公司于1938年首先開發(fā)的，1941年進(jìn)行中間試驗(yàn)，1949年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。它是目前氟塑料中最先進(jìn)的一種，應(yīng)用最廣泛，產(chǎn)量最大，約占世界氟塑料產(chǎn)量的89~95%。聚四氟乙烯是一種無極性直鏈型結(jié)晶聚合物，為白色、無臭、無味、無毒的粉狀物，濃縮分散液為乳白色液體。目前，聚四氟乙烯以其良好的耐化學(xué)腐蝕性和耐高低溫作為墊片以及其他密封元件被廣泛應(yīng)用在石油、化工、食品、醫(yī)藥等設(shè)備和裝置上，但其易蠕變的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了該種材料的應(yīng)用。本文分析了后處理工藝對PTFE密封材料性能的影響，選擇合適的后處理工藝，設(shè)計(jì)試驗(yàn)用夾具，對PTFE改性起到良好的作用。

　　聚四氟乙烯(PTFE)的后處理工藝包括拉伸工藝和熱處理工藝，下面具體介紹兩種工藝的特點(diǎn)。

　　一、拉伸工藝

　　復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)從根本上保證了制品的性能，采用的拉伸工藝是對現(xiàn)有的PTFE成型加工工藝的改進(jìn)，它能從根本上改變PTFE的晶體結(jié)構(gòu)和形貌結(jié)構(gòu)。因此，制備改性聚四氟乙烯墊片密封材料時(shí)，拉伸工藝參數(shù)的正確選用十分重要。選用拉伸工藝參數(shù)時(shí)，必須綜合考慮拉伸速率、拉伸比、拉伸溫度等因素對制品性能的影響。

　　拉伸工藝分單向拉伸和雙向拉伸。

　　1、單向拉伸

　　在實(shí)際應(yīng)用中，單向拉伸會(huì)使聚四氟乙烯在拉伸方向的性能有所提高，但性能改善的程度依然有限。但是，單向拉伸工藝簡單，可以在試驗(yàn)中采用。

　　在進(jìn)行單項(xiàng)拉伸時(shí)，聚四氟乙烯節(jié)點(diǎn)開始延伸，微細(xì)纖維與拉伸方向平行。在高溫及高速條件下進(jìn)行拉伸所得的聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)中可以得到具有均勻空間結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)與大量聚四氟乙烯纖維相連構(gòu)成一種高質(zhì)量的網(wǎng)狀物，而且在高溫高速下拉伸可以增加制品的強(qiáng)度。

　　2、雙向拉伸

　　雙向拉伸包括從縱向拉伸和橫向拉伸，在一定的溫度和設(shè)定的速度下，同時(shí)或分步在垂直的兩個(gè)方向(縱向、橫向)上進(jìn)行的拉伸，之后還要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，通過雙向拉伸的PTFE，在垂直的兩個(gè)方向上性能提高較大，綜合性能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的需要。雙向拉伸的方法有許多種類，實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)產(chǎn)品的性能要求、生產(chǎn)的規(guī)模及生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備特點(diǎn)來確定。通過改變工藝條件，及立場和溫度場，可以獲得縱橫兩個(gè)方向的物理機(jī)械性能相同(各向同性)的板材，也可以制出一個(gè)方向的機(jī)械性能高于另一個(gè)方向的各向異性板材。這是由于在雙向拉伸中，縱向與橫向哪一個(gè)方向用的力大，那么在那個(gè)方向上纖維就較長，數(shù)目也較多。增加拉伸比可以增加纖維的長度。節(jié)點(diǎn)的大小和形狀與拉伸比有關(guān)，單向拉伸的制品節(jié)點(diǎn)形狀呈細(xì)長的扁球體，雙向拉伸的制品節(jié)點(diǎn)接近球形。纖維長短、粗細(xì)與拉伸、熱定型條件有關(guān)，而纖維的性質(zhì)又影響著制品的機(jī)械性能，總之，通過控制拉伸方向、拉伸比、拉伸速率等因素，可以控制聚四氟乙烯墊片制品的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而控制其機(jī)械性能。

　　在雙向拉伸聚四氟乙烯板材的過程中，由于聚合物在縱、橫兩個(gè)方向經(jīng)歷了一定的拉伸，改變了分子和鏈段的排列，因此，拉伸板材的主要性能比非拉伸板材有明顯的變化。機(jī)械性能、抗蠕變性能、回彈性能和柔韌性都有明顯增加。

　　3、常溫拉伸和高溫拉伸

　　板材的拉伸，可以從室溫到接近聚四氟乙烯熔點(diǎn)(327℃)的范圍內(nèi)進(jìn)行。一般地說，溫度較低時(shí)，拉伸比及拉伸速率均受一定限制，這是由高分子的力學(xué)性能所決定的。溫度高時(shí)，高分子鏈易于變形，拉伸比及速率均可相應(yīng)提高。高溫拉伸一般在250~300℃之間進(jìn)行。

　　4、拉伸比和拉伸速率

　　拉伸比的大小是影響性能的重要因素之一。拉伸比用拉伸后試樣長度與拉前試樣長度之比來表示。隨拉伸比的增加，制品的拉伸強(qiáng)度、伸長率和柔軟性增加，表觀密度下降，所以提高拉伸比對制品的性能有益。但拉伸比過大，制品易斷、成型困難。拉伸比主要受樹脂種類、干燥溫度、制品截面積等方面的影響。通常拉伸比應(yīng)在2~7之間選擇。

　　拉伸速率一般不唱歌1m/min，如要求有較高的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就要增加拉伸速度。

　　二、熱處理工藝

　　選擇適宜的熱處理方法和條件是改進(jìn)聚四氟乙烯板材性能的主要途徑。試樣拉伸后都要經(jīng)過熱處理，其目的是加速聚合物的二次結(jié)晶或結(jié)晶過程，使分子鏈取向轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶取向，消除內(nèi)應(yīng)力，提高結(jié)晶度，使晶體結(jié)構(gòu)趨于完善，使尺寸穩(wěn)定化等。但是，在高溫處理時(shí)，溫度越高，材料的機(jī)械性能下降越明顯。因此，必須根據(jù)試樣的性能要求來選擇合適的熱處理?xiàng)l件。

　　1、熱定型

　　板材拉伸后必須采用熱定型處理。高分子拉伸后，受熱會(huì)引起分子鏈回復(fù)拉伸前狀況，宏觀即引起板材的翹曲。所以熱定型時(shí)，在材料拉伸方向上要保持一定拉力，以免影響材料的性能和外觀。如完全無拉力下加熱，會(huì)使板材發(fā)生嚴(yán)重的變形。本研究采用夾具夾緊，以保持拉力，使板材在加熱時(shí)，在拉伸方向上保持一定拉力。

　　當(dāng)被拉伸的預(yù)成型加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)，結(jié)晶相漸漸轉(zhuǎn)變成無定型相，結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的無定型部分沿著結(jié)晶軸做較大的滑動(dòng)，由于纖維和節(jié)點(diǎn)的阻礙，在應(yīng)力下阻止了這種滑動(dòng)。因此，熱定型過程可看作是無定型部分的固定過程。聚四氟乙烯的微觀結(jié)構(gòu)在無定型相固定階段沒有發(fā)生本質(zhì)的變化，但是，如果無定型部分長時(shí)間處于過高的溫度下，微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)增加，纖維破壞，導(dǎo)致制品強(qiáng)度降低。熱處理溫度高于390℃時(shí)，一分鐘內(nèi)就可能引起分解、失強(qiáng)。

　　2、冷卻

　　冷卻過程是一個(gè)由無定型相轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶相的過程，是大分子鏈段重新排入晶格并由無序變?yōu)橛行虻乃沙谶^程。冷卻速度決定著制品的結(jié)晶度，影響到制品的各種物理機(jī)械性能。聚四氟乙烯的最大結(jié)晶度出現(xiàn)在比熔點(diǎn)低10~20℃的溫度下，即是在310~315℃的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)。冷卻方法包括兩種：緩慢冷卻(不淬火);快速冷卻(淬火)。

　　緩慢冷去即在空氣中按合適的速度直接冷卻，所得制品的結(jié)晶度較大，收縮率較大，制品收縮率較大。

　　快速冷卻即把拉伸后的試樣置于水中或空氣中以最快的速度通過結(jié)晶速度最大的溫度區(qū)域進(jìn)行冷卻，使制品內(nèi)保存有大量非晶區(qū)，這種方法所獲得的制品結(jié)晶度低、韌性好、硬度低、拉伸強(qiáng)度大、制品收縮率較小;但容易出現(xiàn)裂紋，造成廢品，此外，由于聚四氟乙烯的導(dǎo)熱性查，在淬火過程中會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力而使制品撓曲或變形，但如果在快速冷卻時(shí)加壓冷卻，即把拉伸后的試樣壓入冷模腔，在1/3的預(yù)成型壓力下冷卻，所得制品將不會(huì)出現(xiàn)快速冷去給制品造成的缺陷且質(zhì)量接近緩慢冷卻所得到的制品。

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本文由于2019年11月20日整理發(fā)布。