聚四氟乙烯纤维

Copyright reserved by yjk0725.
等离子体改性 经等离子体处理后, 经等离子体处理后, PTFE 表面经常会出 现去氟效应和生成新的 功能基团(如含氧, 功能基团(如含氧,含 氮基团等), ),若将等离 氮基团等),若将等离 子体处理后的聚合物暴 露在含有氧气的潮湿空 气中, 气中,则被处理的表面 会进一步发生反应( 会进一步发生反应(如 氧化, 氧化,羟基化和形成过 氧化物等). 氧化物等).
Copyright reserved by yjk0725.
等离子体改性
含氟材料的等离子体通用改性方法: 含氟材料的等离子体通用改性方法: 将含氟材料放在等离子体发生器中,先将系统抽到1.33 将含氟材料放在等离子体发生器中,先将系统抽到1.33 Pa 真空度,然后通入微量惰性气体并调节真空度为133.32Pa 左右. 真空度,然后通入微量惰性气体并调节真空度为133.32Pa 左右. 当通电激发高频线圈时,活化的惰性气体与聚合物表面作用15min 当通电激发高频线圈时,活化的惰性气体与聚合物表面作用15min 以上,结果在表面上生成了坚韧的和可胶接的表皮层, 以上,结果在表面上生成了坚韧的和可胶接的表皮层,对水的接触 角由111 下降到91 111° 91° 角由111°下降到91°. 优点: 优点: 1.处理温度低 时间短,处理深度仅限于离表面几个纳米处, 处理温度低, 1.处理温度低,时间短,处理深度仅限于离表面几个纳米处,因而 不影响机体的固有特性; 不影响机体的固有特性; 2.可以根据材料的性能特点 采用不同气体介质进行处理, 可以根据材料的性能特点, 2.可以根据材料的性能特点,采用不同气体介质进行处理,等离子 体可参与或不参与材料表面的化学反应, 体可参与或不参与材料表面的化学反应,对材料最终表面的化学结 构和性质提供了更好的可控性,具有更高的效率; 构和性质提供了更好的可控性,具有更高的效率; 3.无污染 无废气废液等; 无污染, 3.无污染,无废气废液等; 缺点:1.设备昂贵; 缺点:1.设备昂贵; 设备昂贵 2.处理后效果维持时间不长 处理后效果维持时间不长; 2.处理后效果维持时间不长;
Copyright reserved by yjk0725.
聚四氟乙烯纤维特性
摩擦系数 润湿性能 溶解度参数
Copyright reserved by yjk0725.
摩擦系数
PTFE 具有螺旋形结构,C具有螺旋形结构, C 主链完全被由氟原子组成 的外壳所包围, 的外壳所包围,组成了一个 完整的圆柱体,分子较僵硬. 完整的圆柱体,分子较僵硬. 这种圆柱形结构使得PTFE 这种圆柱形结构使得 分子间的吸引力变得很微弱, 分子间的吸引力变得很微弱, 再加上分子形状是螺旋形的, 再加上分子形状是螺旋形的, 使得PTFE 分子间很容易滑 使得 动. 所以, 所以,聚四氟乙烯是所有聚 合物中摩擦系数最低 摩擦系数最低的 合物中摩擦系数最低的.
其他改性方法
等离子体法 等离子体法 电解还原法 电解还原法 激光处理法
Copyright reserved by yjk0725.
钠-萘络合物化学改性 萘络合物化学改性
萘处理液---(等物质的量的钠和萘在四氢呋喃, 钠-萘处理液 (等物质的量的钠和萘在四氢呋喃,乙二醇 萘处理液 乙二醚等活性醚中溶解或络合而成) 乙二醚等活性醚中溶解或络合而成) 反应机理: 反应机理:
由表1 可看出: PTFE 与水的接触角为114° 接触角很大,与水之间是属于部分润湿 关系,与大多塑料相比,润湿性极差.
Copyright reserved by yjk0725.
溶解度参数
PTFE 与其他物质相容性较差的问题,这是由于2 种物质的溶解度参 数相差较大造成的.
由表2 可知,在所列的塑料中,PTFE 的溶解度参数最小,与其他 塑料的溶解度参数差别较大,所以根据相似相容的原理,PTFE 与 其他塑料的相容性较差,其被粘接的可能性也就最小.
例如:在ArF 激光器照射下, CH2=CHCON(CH2NH3)2 可与PTFE 表面发生接 枝聚合反应.改性后的PTFE 对水的接触角下降到 20°;
Copyright reserved by yjk0725.
激光改性后,不同激光能量密度下 激光改性后,不同激光能量密度下PTFE的SEM图像 的 图像
分子结构
Copyright reseຫໍສະໝຸດ Baiduved by yjk0725.
聚四氟乙烯纤维特性
优点:化学稳定性极好 耐腐蚀性优于其他 优点:化学稳定性极好,耐腐蚀性优于其他 合成纤维品种; 合成纤维品种; 耐气候性和 具有较好的耐气候性 抗挠曲性; 具有较好的耐气候性和抗挠曲性 较高的机械强度和良好的血液相容性 机械强度和良好的血液相容性; 较高的机械强度和良好的血液相容性 不足:染色性与导热性差, 不足:染色性与导热性差,热膨胀系数大 , 易产生静电; 易产生静电; 蠕变和耐磨性差, 有极高的熔体粘度; 蠕变和耐磨性差 有极高的熔体粘度; 表面能低, 表面能低,湿润能力差和化学惰性强
Copyright reserved by yjk0725.
�
改性PTFE表面存在羟基,羰基,羧基等活性基团,从而改 表面存在羟基,羰基,羧基等活性基团, 改性 表面存在羟基 善了PTFE的表面性能. 的表面性能. 善了 的表面性能 缺点: 处理后的 处理后的PTFE表面明显变暗或者呈棕黑色; 表面明显变暗或者呈棕黑色; 缺点:1.处理后的 表面明显变暗或者呈棕黑色 2.将其长期暴露在光照下,粘结性能会明显下降; 将其长期暴露在光照下, 将其长期暴露在光照下 粘结性能会明显下降; 3.需要处理大量废液,操作危险性较高; 需要处理大量废液,操作危险性较高; 需要处理大量废液
新纤维---聚四氟乙烯 聚四氟乙烯
(PTFE)
Copyright reserved by yjk0725.
聚四氟乙烯纤维 (
polytetrafluoroethylene fiber
)
纤维强度17.7～ ～ 纤维强度 18.5cN/dtex 延伸率25%～ %～50% 延伸率 %～ % 1938年Du Pont公司研究氟烷 年 公司研究氟烷 制冷剂时发现了PTFE,并于 制冷剂时发现了 并于 1949年实现了工业化生产 年实现了工业化生产 80年代初开始生产可溶性聚四氟 年代初开始生产可溶性聚四氟 乙烯纤维,主要是单丝,日本, 乙烯纤维,主要是单丝,日本, 苏联, 苏联,奥地利等国也有生产
优点:1.操作简便,情节,快速; 优点:1.操作简便,情节,快速; 操作简便 失去光滑感; 失去光滑感; 2.接枝率易于控制 接枝率易于控制; 2.接枝率易于控制; 破坏,力学性能下降; 破坏,力学性能下降; 3.无需引发剂和催化剂; 3.无需引发剂和催化剂; 无需引发剂和催化剂
缺点:1.改性后PTFE 缺点:1.改性后PTFE 表面 改性后 2.PTFE 基体受到
(1)到萘空轨道上,形成阴离子自由基, )到萘空轨道上,形成阴离子自由基, 再与Na+形成电子对; 形成电子对; 再与 (2)萘基阴离子转移到PTFE上,使其失 )萘基阴离子转移到 上 去氟离子而生成一个中性基团; 去氟离子而生成一个中性基团; (3)进而这些基团重新形成C-C键而交联; )进而这些基团重新形成 键而交联; 键而交联
Copyright reserved by yjk0725.
辐射接枝法
置于苯乙烯,丙烯酸类等可聚合的单体中, 将PTFE 置于苯乙烯,丙烯酸类等可聚合的单体中,以Co60 辐射使单 体在PTFE 表面发生化学接枝聚合,从而使PTFE 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. 接的接枝聚合物. 接枝后的PTFE 三维方向均匀长大,形状保持,但失去原PTFE 接枝后的PTFE 三维方向均匀长大,形状保持,但失去原PTFE 的光泽 和润滑感.表面粗糙程度随接枝量的增加而增大,但表面不变色. 和润滑感.表面粗糙程度随接枝量的增加而增大,但表面不变色.
Copyright reserved by yjk0725.
激光改性 用ArF 作激元的激光器处理PTFE,它的基本原 理是用激光器照射某物质,使它与PTFE 表面发生 反应.用ArF 激光器照射处在某气态物质氛围中 的PTFE 膜,使该物质与膜表面发生基团反应,这 样就在PTFE 膜表面引进了易黏合的物质,改善了 粘接性能;
Copyright reserved by yjk0725.
润湿性能
聚合物界面的润湿性 能就是通常所说的亲 润行为或亲和力的反 映. 根据Young's方程, 方程, 根据 方程 可根据接触角判定界 面的润湿性. 面的润湿性. 接触角=0°---液体完 接触角 液体完 全润湿固体表面; 全润湿固体表面; 接触角≥ 接触角 90°---液 液 体由部分润湿到不润 湿固体表面; 湿固体表面; 接触角=180°---液 接触角 液 体与固体表面只有点 接触, 接触,处于完全不润 湿状态. 湿状态.
Copyright reserved by yjk0725.
高温熔融改性
基本原理: 基本原理: 在高温下, 表面的结晶形态发生变化, 在高温下,使PTFE 表面的结晶形态发生变化,嵌入一 粉等. 些表面能高,易黏合的物质如SiO 些表面能高,易黏合的物质如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. PTFE表面形成一层嵌有可粘物质的改性层 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, 粘物质的分子已进入PTFE 表层分子中,所以破坏该改性层 就相当于分子间破坏,粘接强度很高. 就相当于分子间破坏,粘接强度很高. 优点: 优点: 耐候性,耐湿热性比其他方法显著, 耐候性,耐湿热性比其他方法显著,适于长期户外使 用. 不足之处: 不足之处: 高温烧结时PTFE 会放出一种有毒物质,而且PTFE 高温烧结时PTFE 会放出一种有毒物质,而且PTFE 形 状不易保持. 状不易保持.
Copyright reserved by yjk0725.
聚四氟乙烯纤维的表面改性方法
为了弥补PTFE性能上的不足, 对PTFE进行改性, 开发新型 PTFE复合材料,已成为目前PTFE的主要研究和发展方向.
聚四氟乙烯表面改性
化学改性方法
钠-萘络合物化学改性
物理改性方法
高温熔融法 高温熔融法 辐射接枝法 辐射接枝法