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聚四氟乙烯(PTFE)是一种综合性能优异的工程塑料,具有突出的化学稳定性、电绝缘性、自润滑性及耐高低温性能,其广泛应用于化工、石油、电子、医药、建筑、交通运输、食品等众多领域。然而PTFE的耐磨性及耐辐射能力差等缺点却极大的限制了其在外太空、核反应堆等强射线场中的使用。本论文在温度为335±5℃,氮气气氛条件下,利用电子束辐照处理制备交联的PTFE(XPTFE)。通过各种测试技术研究XPTFE的结构变化,探讨了其耐磨性、耐辐射性及热稳定性的变化规律,为XPTFE的实际应用提供理论指导。主要结果如下:
XPTFE的拉伸强度及屈服强度随吸收剂量的增加而增大,但断裂伸长率及熔点随剂量的增加而降低。与PTFE的结晶热相比,低剂量交联时,XPTFE结晶热增加,随剂量的继续增加,XPTFE的结晶热降低,这是因为XPTFE的结晶部分随交联度增加逐渐减少所致。小角X射线散射研究(SAXS)显示,XPTFE的散射强度随交联度的增加而逐渐降低,表明大尺寸颗粒变少,颗粒细化,PTFE分形维数为2.81,高温辐照PTFE后其分形维数降低,存在三维网络交联结构。
利用环-环立式万能摩擦磨损试验机和环-块摩擦试验机在于摩擦条件下测试了PTFE和XPTFE的摩擦性能。与PTFE的摩擦系数相比,XPTFE的摩擦系数随剂量的增加而增加,当吸收剂量为3000kGy时,摩擦系数增加了近5%。随剂量的增加,XPTFE的耐磨性增大,当吸收剂量为150kGy时,XPTFE耐磨性提高了近1000倍。PTFE的磨损表面光滑,磨屑为波浪形带状物;XPTFE的磨损表面形成摩擦棱,磨屑为粉状颗粒。XPTFE的三维网状交联结构导致其耐磨性能明显提高。
室温空气气氛下利用γ射线辐照XPTFE,通过摩擦磨损性能、热性能来评价其耐辐射性能,并对辐照后XPTFE的结构进行了研究。与PTFE相比,XPTFE的耐磨性明显提高。γ射线辐照XPTFE后,随吸收剂量的增加,其摩擦系数降低。在临界吸收剂量内,XPTFE的耐磨性保持恒定,超出临界剂量后,随着剂量继续增加,其耐磨性急剧下降。耐磨性的临界剂量值由XPTFE的交联度或发生交联时的吸收剂量决定,交联度越高,临界值越大。根据临界值判断,XPTFE的耐辐射性能较PTFE可提高两个数量级。γ射线辐照XPTFE后,随吸收剂量的增加,其熔点、结晶度及结晶热增加,其主要发生裂解。
在不同温度、热处理时间条件下对试样的热处理的效应进行研究。研究发现,当热处理温度超过340℃时,XPTFE的熔点及结晶热增加,产生热解。XPTEF热稳定性降低可能是由于自由基间相互反应形成短链低聚物造成的。