ptfe的辐射交联及其应用

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1、PTFE的辐射交联及其应用唐忠锋1一，王谋华1，吴国忠1‘中国科学院上海应用物理研究所，2．中国科学院研究生院1、前言聚四氟乙烯(PTFE)是一种白色蜡状的热塑性塑料，具有优异的化学稳定性、电绝缘性、自润滑性、耐老化性、高低温适应性和耐化学腐蚀性能，且具有较高的力学性能，是一种综合性能优良的工程塑料，素有“塑料王"之称[1l。其广泛应用于化工、石油、电子、医药、建筑、交通运输、食品等各个领域，已成为尖端科学和现代工业不可缺少的重要材料之一。与其它工程塑料相比，其耐磨性、耐辐射能力差。在空气中辐照，PTFE很容易发生裂解，严重的破坏了PTFE的原有性能，限制了其在外太空、核反应堆等强射线场中的使

2、用。因此，高温辐照PTFE，改善其耐磨性、耐辐射性的研究已逐渐成为热点。20世纪60年代中期，我国开始含氟聚合物的研究。中国科学院长春应化所的孙家珍等人从70年代开始含氟聚合物的辐射效应研究，为在70年代末实现含氟材料在高温真空条件下的辐射交联奠定了基础。1980年，孙家珍等成功实现了PTFE材料的辐射交联【Io】。从20世纪80年代开始，研究者发现【11-131，在无氧或惰性气氛下，略高于PTFE的熔点(Tm=327℃)，即温度范围为330℃～340℃，利用60Co的Y射线或电子束(EB)对PTFE进行辐照改性，可以形成交联的PTFE。交联的PTFE外观透明，耐辐射性能和耐磨性显著提高。高温

3、辐射交联PTFE具有提高其交联效率、耐磨性，耐辐射性的优点，为高分子材料在新领域的开发应用开辟了有效的途径。2、实验部分2．1主要原料PTFE薄板(600×150×1mm)，市购；铅粉(200目)，高纯试剂，国药集团。2．2设备及仪器辐射源：GJ．2型电子加速器，上海上缆辐照技术开发有限公司，电子束(EB)能量1．7MeV，束流lmA：傅立叶红外分析(FT．IR)：Avater360型，Nicolet公司；差示扫描量热分析仪(DSC)：MettIer1’A822e：S088lOMTS拉力机，德国MTS公司；515l磨擦测试仪，TABER。2．3实验方法将PTFE样品放入高温辐照箱内样品托盘上，

4、密封辐照箱。用高纯氮气置换辐照箱内的空气，要保持一定的氮气流速(10上／min)，使PTFE试样处在Nz气氛下。I通过控制室内的温控设备加热辐照箱，控制实验温度范围在340±2℃。利用电子加速器对PTFE进行辐照，待剂量为200kGy时，停止辐照实验，得到交联的PTFE。2．4性能与表征1)辐照箱的温度校正采用标准物质熔点法对高温辐照箱的温度进行标定。根据实验要求，选用Pb粉(熔点327．5℃)作为标准物质对温度进行校正。2)红外光谱分析(IR)用Avater360型红外光谱仪测定PTFE样和交联PTFE样的红外光谱图，比较两者的图谱变化情况。3)差示扫描量热分析(DSC)采用Mettler—

5、TA822e型差示扫描量热仪对PTFE样、交联的PTFE试样等速率升温扫描。测试条件：N：作为保护气体的条件下，№流量为40ml／min，利用液氮进行冷却，以10℃／min速率从100～400℃进行升温，测试PTFE的热流差与温度间的变化关系。4)拉伸性能PTFE的拉伸性能按照IsO527—1／2实验标准在S08810型MTS拉力机上测试。利用制样机将PTFE裁成标准哑铃型，在试样的中央和标距线两端5mm处测量出PTFE的宽度和厚度，并精确到O．001mm。调节测试仪的上下夹具之间的距离，然后将PTFE样央在夹具上，以50mm／min的速度进行拉伸测试。5)耐磨性能PTFE的耐磨性按照ASTM

6、D．3884实验标准在TABER-5151型磨擦测试仪上进行测试。利用制样机将PTFE样制备成65×145×3mm的标准样。精确称量PTFE样的磨前质量ml(g)，在加载10009配重于摩擦测试仪测试PTFE样耐磨损强度，摩擦圈数为500圈，测试完后精确称量质量m2(g)，按以下公式计算耐磨性能(S)：S=朋l—m2所l3、结果与讨论3．1辐照箱的温度校正分析辐照箱箱体内温度的准确性及可控性直接决定能否形成交联的PTFE。根据实验要求，温控仪的温度显示要准确，辐照箱内的温度要尽可能均匀，同时实验中温度波动范围要尽可能小，并具有可控性。温控仪温度显示的准确性根据测温和控温系统的实际情况，往往有系

7、统误差存在，辐照实验前必颁进行温度校证。温度校正采用标准物质熔点法进行了标定。根据实验要求，选用Pb粉对辐照箱温度¨呻hlm闰1辐I呒[j瞌控倥的温度枝’1：利用标准物质熔点法校一温度的基本原理足：当标准物质受热升温，当温度达到标准物质的熔点时，标准物质逐渐熔化，此时不再升温；与熔化完全后，标准物质会继续升温。温控仪的匣定区域即为标准物质的熔点。在此实验中，将Pb粉适量置于试管中，待标定的热电偶插