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聚四氟乙烯蠕变性能研究

作　者: 陈碧波
导　师: 寇开昌
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚四氟乙烯填充改性压缩蠕变测试方法
分类号: TQ325.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 562次
引　用: 8次
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内容摘要

聚四氟乙烯（PTFE）具有优异的耐高低温、耐腐蚀、耐候性等特点，是航空航天塑料中用量最大的高性能材料之一，尤其是在航空密封材料方面的应用。但是其回弹性能差、易蠕变等缺点限制了它的使用。目前国内外对PTFE压缩蠕变行为研究较少。本文对PTFE的压缩蠕变行为进行了深入的研究，主要的研究工作及成果如下：制定了PTFE复合材料压缩蠕变的两种测试方法：压缩与回复性能测试方法和长期压缩蠕变测试方法。前者适合快速定性的判断复合材料的蠕变性能优劣；后者可定量得出蠕变过程中的状态参数。研究了不同的烧结工艺对PTFE性能的影响，并确定了最佳烧结工艺。制备了BaSO₄／PTFE填充复合材料，研究了BaSO₄含量对其力学性能和压缩与回复性能的影响，并用SEM、TEM、DSC分析了纯PTFE和PTFE复合材料断面的微观结构及其结晶行为。同时研究了纯PTFE和PTFE复合材料经过高温处理和高温拉伸取向处理后的力学性能和压缩与回复性能。结果表明，纯PTFE和PTFE复合材料常温和260℃处理的力学性能基本相同，而高温拉伸取向后抗拉强度明显提高，断裂伸长率显著下降。未经高温处理的PTFE复合材料的压缩与回复性能最好，高温拉伸取向后压缩与回复性能较差。填充PTFE复合材料的结晶温度比纯PTFE的高。未经高温处理的20％～30％BaSO₄填充PTFE复合材料具有优异的抗蠕变松弛性能、良好的压缩回弹性能，达到了密封材料的使用要求。填充PTFE复合材料的结晶温度比纯PTFE的高。通过分析聚四氟乙烯复合材料的蠕变机理，建立了PTFE复合材料的蠕变力学模型和压缩蠕变方程，并利用压缩蠕变方程进行蠕变曲线拟合分析。结果显示压缩蠕变方程基本能反映出PTFE复合材料的蠕变过程。填充PTFE复合材料的蠕变与推迟时间τ和本体粘度ηζ有关，τ和ηζ随着温度的升高而降低，进而导致材料的蠕变变形加大。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
引言  10-12
第一章文献综述  12-32
  1.1 概述  12
  1.2 聚四氟乙烯的结构与性质  12-16
    1.2.1 聚四氟乙烯的结构特点  12-14
    1.2.2 聚四氟乙烯的性质  14-16
  1.3 聚四氟乙烯的成型加工  16-20
    1.3.1 悬浮聚合聚四氟乙烯的加工成型方法  17-18
    1.3.2 乳液聚合的分散聚四氟乙烯加工成型方法  18
    1.3.3 乳液聚合的聚四氟乙烯分散液成型加工方法  18-19
    1.3.4 聚四氟乙烯的二次加工方法  19-20
  1.4 聚四氟乙烯的应用  20-23
    1.4.1 聚四氟乙烯在防腐方面的应用  21-22
    1.4.2 聚四氟乙烯的低摩擦性能在载荷方面的应用  22
    1.4.3 聚四氟乙烯在电子电气方面的应用  22
    1.4.4 聚四氟乙烯在医疗医药方面的应用  22-23
    1.4.5 聚四氟乙烯的防粘性能的应用  23
  1.5 蠕变  23-26
    1.5.1 蠕变定义  23-24
    1.5.2 蠕变的影响因素  24-26
  1.6 聚四氟乙烯蠕变的国内外研究进展  26-32
    1.6.1 填充改性  27-28
    1.6.2 聚四氟乙烯树脂的改性  28-30
    1.6.3 共混改性  30-32
第二章聚四氟乙烯压缩蠕变测试方法的确定  32-38
  2.1 引言  32
  2.2 压缩与同复性能测试方法  32-35
    2.2.1 测试试样的形状要求  32
    2.2.2 测试试样的制作工艺  32
    2.2.3 测试系统  32-33
    2.2.4 测试载荷的确定  33-34
    2.2.5 测试步骤  34-35
  2.3 长期压缩蠕变测试方法  35-36
    2.3.1 测试试样的形状要求  35
    2.2.2 测试试样的制作工艺  35
    2.3.3 测试系统  35-36
    2.3.4 测试载荷的确定  36
    2.3.5 测试步骤  36
  2.4 小结  36-38
第三章聚四氟乙烯烧结工艺对压缩蠕变性能的影响  38-42
  3.1 引言  38
  3.2 实验部分  38-40
    3.2.1 实验原料  38
    3.2.2 实验设备  38-39
    3.2.3 材料制备  39-40
    3.2.4 性能测试  40
  3.3 结果与讨论  40-41
    3.3.1 制品外观分析  40
    3.3.2 不同烧结工艺对纯PTFE材料力学性能的影响  40-41
    3.3.3 不同烧结工艺对纯PTFE材料压缩与回复性能的影响  41
  3.4 小结  41-42
第四章硫酸钡/PTFE复合材料性能研究  42-64
  4.1 引言  42
  4.2 实验部分  42-45
    4.2.1 实验原料  42-43
    4.2.2 实验设备  43
    4.2.3 PTFE复合材料制备  43-44
      4.2.3.1 冷压成型过程  43-44
      4.2.3.2 烧结过程  44
    4.2.4 性能测试  44
    4.2.5 拉伸断面扫描电镜(SEM)分析  44
    4.2.6 透射电镜(TEM)分析  44
    4.2.7 示差扫描量热法(DSC)测试  44-45
  4.3 结果与讨论  45-62
    4.3.1 BaSO_4/PTFE复合材料的性能  45-50
      4.3.1.1 BaSO_4含量对PTFE复合材料硬度的影响  45
      4.3.1.2 BaSO_4含量对PTFE复合材料力学性能的影响  45-47
      4.3.1.3 压缩性能  47-49
      4.3.1.4 BaSO_4含量对PTFE复合材料的压缩与回复性能的影响  49-50
    4.3.2 260℃高温处理后PTFE复合材料的性能  50-54
      4.3.2.1 BaSO_4含量对PTFE复合材料的力学性能的影响  50-52
      4.3.2.2 BaSO_4含量对PTFE复合材料的压缩与回复性能的影响  52-54
    4.3.3 高温拉伸取向后PTFE复合材料的性能  54-57
      4.3.3.1 BaSO_4含量对PTFE复合材料的力学性能的影响  54-55
      4.3.3.2 BaSO_4含量对PTFE复合材料的压缩与回复性能的影响  55-57
    4.3.4 三种情况下复合材料的性能比较  57-58
    4.3.5 纯PTFE和填充PTFE复合材料的拉伸断面SEM分析  58-59
    4.3.6 纯PTFE和填充PTFE复合材料的拉伸断面TEM分析  59-61
    4.3.7 纯PTFE和填充PTFE复合材料的DSC曲线分析  61-62
  4.4 小结  62-64
第五章填充PTFE复合材料压缩蠕变性能研究  64-78
  5.1 前言  64
  5.2 蠕变机理  64-66
    5.2.1 蠕变的高分子机理及其表达式  64-66
    5.2.2 聚四氟乙烯的压缩蠕变机理  66
  5.3 聚四氟乙烯压缩蠕变模型  66-74
    5.3.1 蠕变曲线的一般特征  66-68
    5.3.2 常见粘弹性模型概述  68-72
      5.3.2.1 Maxwell模型  68-69
      5.3.2.2 Kelvin模型  69-70
      5.3.2.3 四元件模型  70-71
      5.3.3.4 多元件模型  71-72
    5.3.3 填充PTFE复合材料压缩蠕变方程  72-74
  5.4 长期压缩蠕变实验  74
  5.5 实验结果分析  74-77
    5.5.1 实验结果  74-75
    5.5.2 实验数据拟合  75-76
    5.5.3 纯PTFE和30%BaSO_4/PTFE复合材料的蠕变性能比较分析  76-77
  5.6 小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-84
发表论文和参加科研情况说明  84-86
致谢  86-87

聚四氟乙烯蠕变性能研究

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