PTFE共混、填充改性方法

俗称“塑料王”的聚四氟乙烯( PTFE) 是杜邦公司于1950 年产业化的热塑性塑料。在PTFE 中，氟原子取代了聚乙烯中的氢原子，由于氟原子半径( 0.064 nm) 大于氢原子半径( 0.028 nm),使得C—C链由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折构象扭转为PTFE 的螺旋构象。

PTFE 的组成和结构特点决定了其具有耐高低温、耐腐蚀、耐候、高润滑、不粘附等特性，但也存在硬度低、线膨胀系数较大、导热性能差、力学性能较差、耐磨损差、耐蠕变性差、易冷流、二次加工困难等缺点，在一定程度上限制了它的广泛应用。因而对其改性研究一直是热点。

改性方法有哪些？

对PTFE的改性方法主要包括表面改性、共混改性、填充改性、化学改性等。其中，填充和共混改性PTFE 是简单有效的方法。

01

无机填料填充改性

常用的无机填料有纳米粒子填料、金属及氧化物填料、晶须填料以及石墨、碳纤维( CF) 、玻璃纤维( GF) 等。

纳米粒子填料填充

纳米粒子具有尺寸小、比表面积大等特性，与聚合物间的界面面积及其相互作用大，因此两者复合可获得理想的界面粘合。此外，纳米粒子也可以消除两组分热膨胀系数不匹配难题且可束缚PTFE 大分子的链间运动，这些都利于改善聚合物的摩擦学性能和力学性能。目前用于填充PTFE 的纳米材料主要有纳米Al2O3、SiO2 和TiO2 等。

金属及氧化物填料填充

金属填料具有良好的导热导电性，以及耐磨损等许多优良性能。在PTFE 中加入金属填料，不仅能显著提高PTFE 的导热性能，还可大大改善它的耐磨性。例如：Cu颗粒、Al2O3 纤维等。

晶须填料填充

晶须是缺陷少的单晶体纤维，直径通常只有几微米。它的机械强度高，抗拉强度接近纯晶体的理论强度，可广泛用于增强复合材料的性能，是很有发展前途的新型材料。

晶须材料有四针状氧化锌晶须、硫酸钙晶须等。

其他填料填充

其他填料有石墨、CF、GF等。CF、GF 和石墨可单独填充、也可以协同填充改性PTFE复合材料，研究发现，协同增强PTFE复合材料拉伸时呈塑性断裂，是综合力学性能较好的高性能润滑密封材料。

02

聚合物共混改性

无机填充形成的PTFE 复合材料通常摩擦系数较大，对被磨件损伤大，制品力学性能不够高;而聚合物共混改性PTFE 明显改善了上述缺点。用于填充PTFE 的有机聚合物主要有聚苯硫醚( PPS) 、聚醚醚酮( PEEK) 、聚酰亚胺( PI) 和聚苯酯( POB) 等。

例如，采用热模压工艺制备PEEK/PTFE复合材料，并用作复合轴承材料。结果表明: 随着PTFE 含量的增加，复合材料摩擦系数显著降低，延长了轴承材料寿命。

有学者制备了PPS /PTFE、PI /PTFE、PEEK/PTFE、POB/PTFE、芳纶/PTFE 等5 种复合材料。研究发现，填充质量分数15%聚苯酯(POB)的PTFE 复合材料减摩效果最好，填充质量分数15%PI 的PTFE 复合材料的耐磨损性能最优。相比之下，填充质量分数15%芳纶的PTFE 复合材料摩擦磨损性能及力学性能最好，其耐磨损性能较纯PTFE 提高了近400 倍，而摩擦系数仅为纯PTFE 的84%。

审核编辑 ：李倩