[发明专利]聚四氟乙烯的高温高压预处理再烧结成型工艺

说明书

本发明涉及一种聚四氟乙烯材料的加工处理方法，它是以悬浮聚四氟乙烯粉料为原料，首先将悬浮聚四氟乙烯粉料在常温下加入成型模具中，加热模具至120‑200℃，然后2min内加压至200‑600MPa，恒温恒压保持3‑30min，然后通过循环水冷使模具温度以1‑10℃/min的冷却速率降至30℃，然后卸压取出型坯样品并于室温下放置12h以上，最后在360℃条件下对型坯样品进行烧结6min。本发明提供的成型工艺制得的PTFE具有较高的熔点、结晶度、玻璃化转变温度和密度。熔点和结晶度最高分别可达350℃和97.5％左右，玻璃化转变温度最高可达130℃左右，密度可达2.26g/cm³左右。

技术领域

本发明属于特种高分子材料的成型加工领域，涉及一种聚四氟乙烯材料的加工成型新工艺。

背景技术

近年来，随着树脂种类和高分子材料应用领域的不断扩大，高分子材料成型加工方法逐渐由注射成型、挤出成型、压制成型、压延成型、中空成型、浇铸成型等，发展到新型的用于特殊原料、特殊性能和复合结构制品的成型方法以及有效控制聚合物聚集态结构的成型技术。例如，加工热固性高分子材料的反应注射成型、专门用于超高分子量聚乙烯和聚四氟乙烯等高黏度热塑性高分子材料的粉末烧结成型、局部中空制品的辅助成型、低内应力制品的注射-压缩成型、多层结构高分子材料的共注射和共挤出成型以及振动保压成型技术。PTFE是一种结晶聚合物，由于其具有极优越的化学稳定性、卓越的耐腐蚀性和低的摩擦系数，可在较宽的高低温范围内使用，使它成为化工防腐等领域中的理想材料。但是，由于PTFE分子量一般较大，且由于氟原子半径比氢原子大，导致分子链刚性大。从而使得PTFE即使在其熔点以上温度也处于凝胶状，熔体粘度高达10¹⁰至10¹²数量级，接近于固体。熔体流动性极差，无法采用常规加工方法如注射、挤出等成型。因此发展成了一套特有的、多样化的加工成型工艺，包括模压、推压、压延、柱塞挤出、螺杆挤出、等压成型、浸渍、层压、复合喷涂、二次成型、焊接、车削以及近年来使用较多的超临界二氧化碳辅助挤出成型等，根据不同牌号的PTFE树脂选择不同的加工成型方法。传统的聚四氟乙烯固相烧结成型成型通常在常温下将PTFE粉末加入预成型模具中在10-100MPa下压制成型，根据制品要求选择不同的升压速率和保压时间，再将毛坯放入加热炉中在360-380℃常压烧5-8min在进行后续机加工。悬浮聚四氟乙烯烧结一般选择升温速率30-40℃/h，降温速率15-24℃/h。高温高压技术作为一种传统的技术，广泛应用于人造金刚石的合成，在高分子领域主要应用于高分子材料的高压结晶和退火研究。将高温高压技术应用于聚合物的预处理及成型过程中，有望进一步提高聚合物材料最终的物化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚四氟乙烯材料的新型加工成型工艺。本发明采用高温高压预处理方式，一方面可以克服使用加工助剂致使材料密度下降的缺点；另一方面有利于型坯内部PTFE颗粒更加紧密接触，为烧结过程中的分子间相互扩散、黏结提供有利条件。本发明对改进聚四氟乙烯材料加工成型工艺、改善聚四氟乙烯制品性能、拓展其用途等方面具有重大意义。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供的成型工艺所制备的聚四氟乙烯材料，其熔点和结晶度高达350℃和97.5％，玻璃化温度高达130℃左右，密度可达2.26g/cm³。具体制备方法：

1)将悬浮聚四氟乙烯原料于室温下静置一定时间；

2)称取一定量上述悬浮聚四氟乙烯原料置于成型模具中；

3)将模具内部温度升至设定温度；

4)待温度达到预设值后开始缓慢加压，直至模内压力达到设定压力，保温保压一定时间；

5)停止加热，采用循环水冷装置在保证压力不变的情况下，以1-10℃/min的冷却速率将模具冷却至30℃，然后卸压取出型坯样品并在室温下放置12h以上，以备烧结；