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關于提高聚四氟乙烯材料切削加工質量的研究
針對聚四氟乙烯材料在機械加工中的切削力小、導熱系數低、熱膨脹系數較大、熔點低的工藝特點，研究了聚四氟乙烯材料在幾種常用機械加工工藝中出現的難點及問題，提出了能有效提高聚四氟乙烯乙烯材料切削加工質量的方法。
聚四氟乙烯；機械加工；切削方法
聚四氟乙烯（Polyterafluoroethlene，簡稱PTFE），由于其良好的化學穩定性，耐腐蝕性、密封性，阻燃性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力等特性，在在石油化工、電子電氣、**、、、機械等多領域得以廣泛應用[1]。通常情況下，聚四氟乙烯材料的切削加工可在常用的金屬切削機床上進行，但與金屬材料切削加工相比，其加工規范性還不是很完善，它的可切削性、切削規律、刀具結構和切削量均與金屬材料的加工有所不同，采用用傳統的加工工藝和工裝加工往往達不到產品的設計精度要求。本文主要針對聚四氟乙烯乙烯材料性能特點，對聚四氟乙烯材料的切削加工特點及其改善措施進行了研究探討。
1.聚四氟乙烯材料切削工藝特點及切削參數的選取 聚四氟乙烯材料的剛度、硬度、強度都相對較小，其拉伸強度為21-28MPa，彎曲強度為11-14MPa，伸長率為250%-300%。在應力長期作用下會變形，過載時出現蠕變現象。由于聚四氟乙烯以上性能特點，就導致其在切削加工時具有特的工藝特點。
1.1聚四氟乙烯材料的切削工藝特點
（1）切削力小。由于聚四氟乙烯剛度、強度、硬度均較低，在相同的切削條件下，切削45鋼的主切削力是切削聚四氟乙烯材料的14-20倍[2]。
（2）聚四氟乙烯材料具有較小的導熱系數，僅為0.27W/M·K-1，加之較低的耐熱溫度，其耐熱溫度僅為250℃。若切削量過大、切削速度較高，工件的切削溫度則會升高，會使聚四氟乙烯材料發生軟化，甚至出現熔化、焦化和“粘刀”現象。
（3）聚四氟乙烯具有較大的熱膨脹系數，因此聚四氟乙烯材料在切削過程中會因摩擦產生較大的熱量，刀具和工件的局部過熱，從而導致聚四氟乙烯工件受熱發生彈性變形，終影響聚四氟乙烯材料工件的表面質量和尺寸精度。
（4）相對于金屬材料，聚四氟乙烯的彈性模量很低，當切削加工進給量過大或轉速過時，較大的加工摩擦力以及刀具施加給工件的力共同作用，導致聚四氟乙烯工件產生較大的變形，從而影響聚四氟乙烯工件的加工精度。
1.2聚四氟乙烯材料切削參數的合理選取
（1）刀具材料的選擇 聚四氟乙烯材料在切削時，刀具材料一般為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼等。相對于刀具而言，工件材料的硬度較低，因此刀具的硬度對于聚四氟乙烯材料工件的加工質量影響不大。
（2）刀具的幾何參數 刀具前角：對于聚四氟乙烯材料，由于工件材料強度、硬度較低，應選取相對較大的前角，從而減小切削力并降低切削熱。 刀具后角：聚四氟乙烯材料硬度、強度低，塑性越大，因此在機械加工時應選擇較大的后角，從而減小刀具和聚四氟乙烯工件之間的摩擦力，進而降低工件的局部過熱現象，提高工件表面的加工質量。
（3）切削參數的選取 由于聚四氟乙烯材料強度低、硬度小，相對于金屬制品而言，在切削加工時可以選擇相對較大的切削量和較高的切削速度，但聚四氟乙烯的導熱系數低，且具有較高的熱膨脹系數大，在較大的進給量和較高的切削速度下又發生局部過熱引起的變形、焦化等現象。因此為了提高聚四氟乙烯材料的加工質量及加工精度，在一定加工效率的前提下，應盡量選取較小的切削量和較低的切削速度。

聚四氟乙烯板（也叫四氟板，鐵氟龍板，特氟龍板）分模壓和車削兩種，模壓板是由聚四氟乙烯樹脂在常溫下用模壓法成型，再經燒結、冷卻而制成。聚四氟乙烯車削板由聚四氟乙烯樹脂經壓坯、燒結、旋切而成。其制品用途廣，具有極為優越的綜合性能：耐高低溫（-192℃-260℃)、耐腐蝕（強酸、強堿、王水等）、耐氣候、高絕緣、高潤滑、不粘附、無害等優良特性。聚四氟乙烯板(也叫四氟板,鐵氟龍板,特氟龍板)分模壓和車削兩種，模壓板是由聚四氟乙烯樹脂在常溫下用模壓法成型，再經燒結、冷卻而制成。聚四氟乙烯車削板由聚四氟乙烯樹脂經壓坯、燒結、旋切而成。其制品用途廣，具有極為優越的綜合性能：耐高低溫（-192℃-260℃)、耐腐蝕（強酸、強堿、王水等）、耐氣候、高絕緣、高潤滑、不粘附、無害等優良特性。聚四氟乙烯（英文縮寫為Teflon或[PTFE,F4]）,被美譽為/俗稱“塑料王”，中文商品名“鐵氟龍”、“特氟隆”（teflon)、“特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。
聚四氟乙烯板用途
目前，各類聚四氟乙烯制品已在化工、機械、電子、電器、**、、環保和橋梁等國民經濟領域中起到了舉足輕重的作用。
四氟乙烯板適用于-180℃~+250℃溫度下，主要用作電器絕緣材料及接觸腐蝕介質的襯里、支承滑塊、道軌密封件及潤滑材料，富柜家具把它用于輕工業中，廣泛應用于化工、醫、染料業容器、儲槽、反應塔釜、大型管道的防腐襯里材料；、軍事等重工業領域；機械、建筑、交通橋梁滑塊、導軌；印染、輕工、紡織業的防粘材料等．
聚四氟乙烯板優點
耐高溫——使用工作溫度達250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性；即使溫度下降到-196℃，也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數化學品和溶劑，表現出惰性、能耐強酸強堿、水和各種溶劑。
耐氣候——有塑料中佳的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦系數低者。
不粘附——是固體材料中小的表面張力，不粘附任何物質，力學性能它的摩擦系數極小，僅為聚乙烯的1/5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。
無害——具有生理惰性，作為人工血管和臟器長期植入體內無不良反應。
電性能聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內的介電常數和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。
耐輻射性能聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（104拉德），受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學性能均明顯下降。應用聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型；也可制成水分散液，用于涂層、浸漬或制成纖維。聚四氟乙烯在原子能、、電子、電氣、化工、機械、儀器、儀表、建筑、紡織、食品等工業中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等。
耐大氣老化性：耐輻照性能和較低的滲透性：長期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。
不燃性：限氧指數在90以下。
耐酸堿性：不溶于強酸、強堿和溶劑。
抗氧化性：能耐強氧化劑的腐蝕。
酸堿性：呈中性。
聚四氟乙烯的機械性質較軟。具有非常低的表面能。

聚四氟乙烯管是使用高質量的柱塞工擠出管，采用特殊加工工藝，使鋼管和塑料管緊密結合，能承受正壓1.6Mpa，負壓：77Kpa；可在－60℃～+260℃內正常使用，具有可靠優良的耐腐蝕性。輸送高溫下的強腐蝕性氣、液體，這是其它管道所不能代替的。
聚四氟乙烯管用途導線絕緣護套，腐蝕性流體介質管道、各種高頻率下使用的電絕緣零件等。
聚四氟乙烯管特點
聚四氟乙烯(PTFE)具有極優的化學穩定性，能耐所有強酸、強堿、強氧化劑，與各種溶劑也不發生作用。PTFE使用溫度范圍較廣，常壓下可以長期應用于-180℃~250℃，在250℃高溫下處理1000h后，其力學性能變化很小。PTFE具有很低的摩擦因數，是一種良好的減摩，自潤滑材料，其靜摩擦系數小于動摩擦系數，因此用以制作軸承有啟動阻力小，運轉平滑的優點。由于PTFE性，耐熱及不吸水，因此又是一種優良的電絕緣材料。還具有優良的耐老化性，不黏性及不燃性。
聚四氟乙烯制成的棒材、管材、薄膜、軸承、墊圈、閥門等各種異型材和零件，廣泛應用于機械、化工、、電氣電子、國防工業、科技、衛生及電絕緣等領域。
聚四氟乙烯管特點：
聚四氟乙烯模壓管(PTFE)具有極優的化學穩定性，能耐所有強酸、強堿、強氧化劑，與各種溶劑也不發生作用。PTFE使用溫度范圍較廣，常壓下可以長期應用于-180℃~250℃，在250℃高溫下處理1000h后，其力學性能變化很小。PTFE具有很低的摩擦因數，是一種良好的減摩，自潤滑材料，其靜摩擦系數小于動摩擦系數，因此用以制作軸承有啟動阻力小，運轉平滑的優點。由于PTFE性，耐熱及不吸水，因此又是一種優良的電絕緣材料。還具有優良的耐老化性，不黏性及不燃性。
聚四氟乙烯管，廣泛應用于機械、化工、、電氣電子、國防工業、科技、衛生及電絕緣等領域。

聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列優良的使用性能：耐高溫—長期使用溫度200~260度，耐低溫—在-100度時仍柔軟；耐腐蝕—能耐王水和一切溶劑；耐氣候—塑料中的老化壽命；高潤滑—具有塑料中小的摩擦系數（0.04）；不粘性—具有固體材料中小的表面張力而不粘附任何物質；無害—具有生理惰性；優異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料，報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓；比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料，廣泛應用在國防**、原子能、石油、無線電、電力機械、化學工業等重要部門。產品：聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結構式為：CF3(CF2CF2)nCF?。20世紀30年代末期發現，40年代投入工業生產。性質 聚四氟乙烯相對分子質量較大，低的為數十萬，高的達一千萬以上，一般為數百萬（聚合度在104數量級，而聚乙烯僅在103）。一般結晶度為90～95%，熔融溫度為327～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結構解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度19℃時，形成13/6螺旋；在19℃發生相變，分子稍微解開，形成15/7螺旋。

雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ/mol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時，聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時的失重速率（%）每小時分別為1×10-4．4×10-3和9×10-2?？梢?，聚四氟乙烯可在 260℃長期使用。由于高溫裂解時還產生劇的副產物氟和全氟異等，所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸明火。

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