聚四氟乙烯树脂的性能测试及影响

刘莲

摘要：聚四氟乙烯树脂的性能与后期氟塑料制品的加工应用手段和质量有着紧密关联。不同的技术要求对应不同用途，因此用户对聚四氟乙烯树脂的性能测试要求也就越大。我们对聚四氟乙烯树脂各项性能测试的重要意义在于，首先为用户正确掌握或使用性能提供了具体的数值依据;同时，生产企业可以通过检测数据控制生产质量，了解加工性能，并对其改进配方、优化工艺、进行新产品开发和研究提供数据等。开展检测工作是企业发展不可或缺的重要手段。

关键词：聚四氟乙烯树脂 测试 影响

1.前言

氟原子是所有元素中电负性最高的活泼元素，其原子核离电子的距离较近，对原子的作用力极强，极化率小。氟原子的特性构成了含氟聚合物在性能上具有共性，而且氟含量越高，体现的综合性能越好。含氟聚合物是高分子材料中综合性能最优异的材料之一，它具有突出的化学稳定性、耐热性、自润滑性、耐大气老化性等特性，常被应用在材料的关键部位，对抵抗恶劣环境起到了特殊作用，是不可或缺的功能材料。含氟聚合物包括聚四氟乙烯、四氟乙烯 六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基聚合物、乙烯、四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等，其中聚四氟乙烯应用最广泛。PTFE作为含氟材料的主要品种，市场应用前景非常广阔，而且我国具有得天独厚的资源优势，属于国家重点发展的产业。目前我国已经成为全球PTFE主要生产国，但在技术、产品方面仍与国外有较大差距。、

PTFE相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103），一般结晶度为90 - 95%，熔融温度为327 - 342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较碳稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。随着聚四氟乙烯加工技术的发展，聚四氟乙烯制品已远远不只是传统的“棒、管、板、膜”了，还有聚四氟乙烯长短纤、聚四氟乙烯单双向拉伸管、双向拉伸膜以及膨体聚四氟乙烯密封材料;还有憎水透气膜、亲水过滤膜、含氟复合材料以及异形零件等等，举不胜举。

一般来说PTFE的成型加工均要经过预成型、烧结冷却三步工艺，不同的工艺过程会对制品的性能产生影响。以下五项实用性能对成型加工条件影响较大：（1）制品内所含杂质、裂缝、气泡。（2）因树脂颗粒间聚集力不够使制品内存在微孔。（3）不同的结晶度表示分子排列的排序程度有差异。（4）分子量不同体现聚合物分子大小有差异。（5）定向度不同，表示聚合物分子链在特定方向上的整齐程度不同。拉伸强度、断裂伸长率受所含杂质、裂缝、气泡、结晶度、分子量、定向度等影响。

2.性能测试

2.1清洁度

2.1.1圆片制作

称取通过20目标准筛的聚四氟乙烯树脂14.5g，均匀地加入清洁模具的模腔内，刮平、合膜后，放在液压机的下平板上缓慢加压，在34.5MPa下保压3min，卸压，从模腔中取出直径为76mm的预制品，修光毛边，擦净，将预制品放在平整的金属板上，然后，送入具有强制热风循环、带旋转工作盘的烧结炉内烧结。

2.1.2测试

在洁净室取6片按2.1.1制备的圆片，在20W40W日光灯透射下目测试清洁度，试样与灯的距离约为lOcni，检验结果以最差的一片定。

2.1.3影响

“缓慢升压”指的是在模压成型过程要进行2 4次泄压放气或分段保压，使树脂中空气及时逸出。需注意尽量调整试验方法使放气完全，以免树脂中残留空气而呈现阴影状态，在烧结过程中形成间隙气泡，影响后续的力学性能测试。

经过模压成型的圆片及2.2.1的圆扣，需在23+2℃的环境下存放数小时，越大的制品存放时间越长，然后再烧结。这样做的目的在于让半成品内的残余应力得以释放。

清洁度对PTFE树脂的出厂等级判定以及用户使用有着极大影响，直接关联PTFE生产企业生产利益及下游客户加工制件的类型与质量。而目视测定结果因操作人员的不同而存在较大差异，因此在测试前需定下统一标准，根据大量检测实验，挑选各类典型杂质的圆片作为模板，以此为统一标准。

2.2标准相对密度和热不稳定性指数

2.2.1圆扣制作

称取通过20目标准筛的聚四氟乙烯树脂12.Og，倒入內径为28.6mm、高度至少为76mm圆筒形模具的模腔内，刮平上表面，合膜后将模具放在液压机的下平板上缓慢加压，在34. 5MPa下保压2min，卸压，从模腔中取出预制品，修光毛边，擦净，将预制品放在适当的盘中，送人具有强制热风循环、带旋转工作盘的烧结炉内烧结。

2.2.2测试

以浸渍法测试：室温保持23+2℃，称量圆扣在空气中的质量，将圆扣放入盛有23+2℃水的固定支架中，记录试样在水中的质量。若圆扣表面黏附气泡，可适当摇动完全除去气泡。

2.2.2影响

为减小测试误差，圆扣表面应光滑，无凹陷无气孔。在模压过程中应在模套下放上一垫块，盖上上模后，使用一直径稍小于圆筒形模具的圆柱，使预成型品完整地受到挤压，最后缓缓松压，将圆扣从模具中顶出。

状态条件：PTFE的测试结果对环境因素的依赖十分显著，因此，为了得到重复性好的测试结果，就必须在测试前对式样进行状态调节;在温度23+2℃，相对湿度50+10%的标准试验环境进行状态调节4h以上，并在此环境下进行试验。

标准相对密度（SSG）是ASTM的一个标准概念，间接表征PTFE分子量。SSG值越大，分子量越小;SSG值越小，分子量大。分子量不同，PTFE预成型品在烧结时的工艺不同;分子量越高，树脂耐长时间烧结能力越强。

2.3拉伸强度和断裂伸长率

2.3.1测试

将2.1烧结后的圆片在23+2℃下进行状态调节，用冲刀冲切成标准哑铃形试样，同一试样厚度偏差不大于+O.lmm，每组试样不少于5个。万能试验机在lOOmm/min+lOmm/min的速度下按仪器作业指导书进行试样拉伸测试。

2.3.2影响

应定期打磨冲刀保持锋利以保证冲切的哑铃形试样边缘应光滑且无缺口。

聚四氟乙烯作为热塑性高分子材料，对测试环境敏感，在进行性能测试时得对一些特有的性能予以明确;（1）时测试温度影响非常明显。同一制件在不同温度下所测试的性能完全不同。断裂伸长率在拉伸试验中温度降低几度时其结果会有很大的变化，有时甚至此项性能参数会被判不合格。因此需严格控制试验室的室温（2）对形变速度影响明显。由于高分子材料内部分子链的结构和外力作用滑动机理，在拉伸试验中如果速率提高也会时断裂伸长率数值降低，拉伸强度数值变大。（3）试片的形状、试片的大小以及试片制作的优劣等等或多或少影响着测试性能的数值。根据理论分析，在塑料制品测试中，大试样的测试结果要比小试样的测试结果低。因此，不同试样尺寸的测试结果不具可比性。不同试验室进行数据比对时要注意这点。所以，规范中规定的试样尺寸（冲片刀具等耗材在采购过程需严格把控）必须严格执行，否则达不到测试目的。

2.4含水率

2.4.1测试

在已恒重的带盖铝称量盒中精确称量35g - 45g聚四氟乙烯树脂。将铝称量皿放人真空干燥箱中，在绝对压强为13.3kPa、温度150+1℃下干燥1.5h。从干燥箱中取出称量盒，盖上盖，放人干燥器至少冷却30min。再行称量，计算树脂在干燥过程中损失。

2.4.2影响

树脂干燥程度即含水率為PTFE树脂制件堆挤压线体的连续性线体的连续性影响或烧结开裂、气泡分层的影响因素之一，是重要的性能指标之一。

含水率指标控制在0.04%以内，测试试样的质量需大一些才能保证测试结果的准确性与重复性，试料冷却时间、称量温度要统一控制好。

因PTFE分散树脂物料烘干工艺的局限性，日常的取样检测未必能代表整批量树脂的含水率，为了质量保证，尤其是在夏日高温季节，应加大抽检力度，必要时开箱查验树脂成品是否含有明水。

2.5平均粒径

2.5.1测试

以无水乙醇为介质，加入适量乳化剂，促进PTFE树脂的分散，使用激光粒度仪，根据仪器作业指导书测定粒径，测试结果取中粒径D50，即平均粒径。

2.5.2.影响

聚四氟乙烯悬浮树脂按粒径大小可分为中粒度以及细料。不同的树脂分类，其用途大大不同。中粒度粒径一般在70- 260微米，不易结团，好梳理，几乎无流动性，成型制品孔隙率大，机械性能差，可用于纯制品;细料粒径一般在15-40微米，易结团，不好梳理，无流动性，成型制品孔隙率相对较小，机械性能较好，可以和填充剂混合使用。

4.结论

聚四氟乙烯树脂又称“塑料王”，现如今各类塑料王制品已在化工、机械、电子、电器、军工、航天、环保和桥梁等国民经济领域中起到了举足轻重的作用。随着聚四氟乙烯树脂的需求量不断增大，加工应用范围越来越广泛，用户对聚四氟乙烯制品的具体性能指标的检测要求也就越突出、越具体。不同的用途对应不同的技术要求。我们需要充分掌握各项性能指标测试因素的影响，了解其对后期加工应用的意义，更准确地掌握测试手段。

参考文献

[1]吕楠.聚四氟乙烯生产现状与改性发展[J]。有机氟工业.2004（2）

[2]姚权卫.张春静.秦向明.苏小龙，张建新.贺颖.伍永强.分散聚四氟乙烯树脂质量控制[J].有机氟工业.2014（2）