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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(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。可見，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。

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。

聚四氟乙烯具有一系列優異的性能：200~260度高溫下長期使用，耐低溫還是軟在100度；耐腐蝕性水和各種溶劑；耐候塑料的老化壽命；高潤滑--塑料摩擦系數小，不粘有小表面張力在固體材料不堅持任何材料。
無，生理惰性；優異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料。聚四氟乙烯材料廣泛應用于國防**、原子能、石油、無線電、電力機械、化工等重要行業。主要產品：聚四氟乙烯棒材、管材、板材、旋板。聚四氟乙烯四氟乙烯聚合物。英文縮寫是聚四氟乙烯。

雖然碳碳鍵和碳-氟鍵的全氟化碳是需要吸收能量的346.94和484.88kj/mol分別聚四氟乙烯可以產生只有能量171.38kj聚四氟乙烯1摩爾。所以在熱解，聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。


聚四氟乙烯在260,370和420℃時失重率每小時分別為1×10-4，4x10-3和9×10-2。可以看出，聚四氟乙烯在260可以長期使用。由于高溫熱解，有副產品，fluorophobe和也產生，所以要特別注意安全防護并防止聚四氟乙烯接觸。


機械性能的摩擦系數很小，只有1/5的聚乙烯，這是氟碳表面的重要特征。由于氟碳鏈分子間作用力極低，PTFE不粘。聚四氟乙烯在較寬的溫度范圍內196～260度具有優異的力學性能，氟碳聚合物的特點之一是在低溫下保持脆性。


高能輻射降解聚四氟乙烯的耐輻射性能明顯降低，聚合物的電性能和力學性能明顯下降。聚四氟乙烯是由自由基聚合制備四氟乙烯。工業聚合是在大量水中進行，以分散反應熱和控制溫度。


聚合溫度為40～80，壓力為3～26kg／kg，可用無機硫酸鹽、過氧化物作引發劑，也可采用氧化還原引發體系。每摩爾四氟乙烯聚合放熱171.38kj。分散聚合需要perfluorotype添加表面活性劑，如全氟辛酸及其鹽類。

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