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PTFE辐射裂解与应用

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  聚四氟乙烯(PTFE)是一种白色蜡状的热塑性塑料,具有优异的综合性能。在通常条件下,PTFE的耐辐射能力差,是所有高分子材料中最不耐辐照的材料,几千戈瑞(kGy)的剂量就可以使其完全丧失力学性能。利用PTFE容易辐射裂解的特点,可以制造润滑材料。在特定高温环境下,PTFE也可以发生辐射交联反应。本工作对PTFE的辐射裂解及其应用进行了介绍,并介绍了交联PTFE性能变化和其潜在应用的最新研究成果。

  自从Du Pont公司发明PTFE后,PTFE就以其优异的力学性能、化学性能及电学性能引起人们广泛的关注,并在众多领域得到应用。与这些优异的性能相比,PTFE的耐辐射性能却很差,因此PTFE作为一种典型的辐射降解材料被广泛地应用到各个领域。图1简单描述了PTFE在不同的辐照条件下的辐照产物及其应用领域。

 

PTFE辐射裂解

  从图1可以看出:在常温或空气存在下,通过射线或加速器电子束照射,可使PTFE分子的碳主链发生断裂,导致PTFE发生裂解。PTFE摩擦系数低且易辐射裂解的特性,通过控制辐射剂量,并结合研磨或气流粉碎法可制备PTFE超细粉。PTFE超细粉被广泛应用作工程塑料的改性剂和涂料、油墨的添加剂,也用于润滑油脂的添加剂。PTFE超细粉(甚至PTFE纳米粉)虽然也可以作为抗磨剂添加到润滑油中使用,但由于PTFE的密度比油的密度大,因而分散稳定性差。通过对FITE表面辐射接枝特殊化学基团,可以有效提高其在润滑油中的长期分散稳定性。利用辐射裂解法将回收的废旧PTFE制造成超细粉末,该产品可用于工程塑料或固体润滑材料。当前,全世界每年消耗的PTFE超细粉在5000 t以上。例如,三叶(Shamrock)公司有三台加速器用于PTFE超细粉的生产,美国Du Pont在我国的深圳也有一台3 MV加速器用于PTFE超细粉生产。
 
  通常条件下PTFE的辐射裂解都采用较高的辐照剂量,然而低的辐照剂量也能使PTFE发生裂解并获得巧妙利用。常规辐照引起PTFE机械强度下降,但在PTFE产品成型前接受极低剂量的辐照不会降低产品机械强度。相反,产品的断裂伸长率增大,且不易开裂,可以用于新产品的开发。日本的PLACT公司将PTFE原料在空气中辐照500~1500 Gy剂量后,将产品向PTFE材料的加工企业出售,可利用这种低剂量辐照的PTFE原料制备性能优异的PTFE细管,并在众多领域中都取得了广泛的应用。 

      PTFE随着温度的升高,辐照时更容易发生分解,并产生有毒气体,且PTFE本身质量急剧降低。根据PTFE升温辐射易裂解的特点,前苏联曾先利用核反应堆的热能和射线,后改用加速器辐照对PTFE在100~300℃进行裂解制备低分子量的全氟聚合物。另外在惰性气体或者氧气条件下辐照PTFE,生成的产物可作为高级表面活性剂使用。Korenev在真空条件下降解PTFE,具有减少有毒化合物的浓度,提高辐射效率,降低加速器的能量等优点。

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