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空心玻璃微珠/聚四氟乙烯复合材料的制备及性能研究

张明强  
【摘要】: 聚四氟乙烯(PTFE)是研究较早的一种耐热性聚合物,因具有优异的化学稳定性、耐高低温性(使用范围-200~260℃)、抗辐射性、介电性能、极低摩擦系数等特点,故有“塑料王”的美称。但是,聚四氟乙烯由于其分子结构特点,大分子间吸引力较小,带状晶体易被片状剥离,因而表现为力学性能差,线膨胀系数和承载变形大等缺点,其次,相对于其它塑料,聚四氟乙烯密度较大,导热系数偏高,限制了其作为隔热材料的应用。 空心玻璃微珠作为一种隔热材料的填料的独到之处在于它的密度和热导率很低,其次,它为球形且表面光滑,因而具有理想填料的孔隙率低、填充量高等优点,也不存在像加入不规则形状或带有棱角粒料所造成的降低复合材料力学性能的应力集中的现象;最后,在目前所用的填料中,价格相对低廉。 根据聚四氟乙烯高黏度的特性,以“粉末冶金”的方法,采用模压一烧结成型的工艺制备了玻璃微珠填充PTFE基复合材料。重点研究了所制备复合材料的力学性能(压缩性能、硬度、冲击性能)、隔热性能、耐热性能、密度及吸水率。通过测试,得到了不同填充量的填料填充聚四氟乙烯基复合材料的压缩强度、硬度、冲击性能、热变形温度、导热系数、密度及吸水率等数据。借助扫描电子显微镜观察、分析冲击断面组织结构,了解了空心玻璃微珠在复合材料中的完整性及分布情况。同时,研究分析了空心玻璃微珠填充聚四氟乙烯的增强机理及硅烷偶联机KH-550对复合材料力学性能和吸水率的影响机理。 结果表明:在聚四氟乙烯中添加一定量的玻璃微珠后复合材料的压缩强度、热变形温度和吸水率上升,而复合材料的硬度、冲击性能、导热系数和密度等都下降。表明:空心玻璃微珠的加入显著改善了复合材料的耐热性能,但也提高了复合材料的吸水率。用硅烷偶联剂KH-550对玻璃微珠进行表面处理,制得的复合材料性能与未处理过的填料填充聚四氟乙烯制得的复合材料有相当差异:与未经处理时相比,玻璃微珠经过偶联剂处理之后,复合材料的力学性能得到改善,吸水率下降。


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