聚四氟乙烯板如何與鋼板粘接聚四氟乙烯 (PTFE)廣泛廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、電子、電氣、航空、航天、環(huán)保和汽車等眾多行業(yè)。但聚四氟乙烯具有極低的表面活性，從而導(dǎo)致了聚四氟乙烯產(chǎn)品幾乎無法粘接，限制了它的應(yīng)用，我們通常采用表面活化處理來實(shí)現(xiàn)聚四氟乙烯  制品的粘接。常用的表面活化處理方法可分為化學(xué)法和物理法，化學(xué)法主要指堿金屬– 芳香烴稠環(huán)化合物或醚類溶液，如鈉 – 萘四氫絡(luò)合溶液是一種的活化處理液，我們常用于表面改性處理；物理法有輻照法、熔融法和低溫等離子體法。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，化學(xué)法中的鈉 – 萘絡(luò)合溶液法的活化效果良好，主要體現(xiàn)在兩方面：①表面活性高，活化后表面形成了大量的羰基、羧基及碳碳雙鍵等高活性基團(tuán)；②活化深度大，形成的高活性的土黃色或褐色層可達(dá)幾十微米厚度，這對(duì)實(shí)際的粘接及后續(xù)的使用十分有利。此外，活化前用表面粗糙化手段如砂紙打磨、輕微噴砂等處理聚四氟乙烯（PTFE)制品表面可以更有效提高實(shí)際的活化表面積，從而得到粘接性能很好的聚四氟乙烯 （PTFE） 活化表面?；罨蟮?nbsp;聚四氟乙烯 制品表面可用環(huán)氧、酚醛等粘合劑與金屬、陶瓷等材料實(shí)現(xiàn)粘接。與普通材料的粘接不同的是，這種粘接依賴于 PTFE 表面活性的大小，特別是這種表面活性在高溫下的保持程度對(duì)聚四氟乙烯粘接的實(shí)際應(yīng)用具有極其重要的影響。

                                                聚四氟乙烯板如何與鋼板粘接 四氟板保持與不銹鋼板緊貼、平整能得到有效的粘結(jié)效果。

        通常我們接觸的聚四氟乙烯制品有聚四氟乙烯板材、聚四氟乙烯管材、聚四氟乙烯棒材、聚四氟乙烯薄膜、聚四氟乙烯密封件或異形件以及盤根等，但聚四氟乙烯制品中尤以聚四氟乙烯板材用量大，包括車削板材，而表面改性處理也以聚四氟乙烯板材為主，也有部分聚四氟乙烯薄膜也進(jìn)行表面處理。下面談?wù)勔环N在某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的聚四氟乙烯板（PTFE）／不銹鋼復(fù)合滑動(dòng)支架部件，不銹鋼表面一般我們預(yù)先噴砂處理，這樣粘接效果會(huì)大大提高。該部件由環(huán)氧粘合劑將經(jīng)過鈉 – 萘絡(luò)合溶液活化的 PTFE 板與不銹鋼零件粘接制成，該零件常處在溫度高達(dá) 200℃的工作環(huán)境中，因此開展環(huán)氧粘合劑粘接聚四氟乙烯板（PTFE  Plate）／不銹鋼的耐溫性研究十分必要。為此，選擇了由中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所、上海塑料研究所和廊坊晟邦密封材料提供的3 種純 PTFE 板，其均經(jīng)過鈉 – 萘絡(luò)合溶液活化處理；另外，純 PTFE 存在冷流和不耐磨兩大缺點(diǎn). 聚苯脂加入到聚四氟乙烯材料會(huì)大大提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，并使復(fù)合材料重量減輕也就大大降低密度，而且填充聚苯脂聚四氟乙烯會(huì)使耐磨性加大。而復(fù)合材料燒結(jié)溫度提高時(shí)會(huì)提高材料的機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度。但溫度過高會(huì)導(dǎo)致聚四氟乙烯分子從復(fù)合材料中跑出來，這樣會(huì)導(dǎo)致材料中填充劑含量的增加，從而使聚四氟乙烯在內(nèi)部對(duì)填充材料粘結(jié)作用減小，而使復(fù)合材料容易脫落，造成耐磨性能變差. 而經(jīng)聚苯酯填充改性的 PTFE 抗蠕變性可提高 1 倍，耐磨性則可提高約 400 倍，故我們選擇了中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研制的鈉 – 萘絡(luò)合溶液活化處理聚苯酯填充 PTFE 復(fù)合材料板。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試了兩類環(huán)氧粘合劑對(duì)這 3 種純 PTFE 板及聚苯酯填充 PTFE 板與某不銹鋼 (0Cr17Ni4Cu3Nb) 粘接后的耐溫性，以確定這種粘接在高溫下的實(shí)際效果，為聚四氟乙烯板（PTFE ）與不銹鋼在高溫下的粘接提供典型值和極限值等方面提供數(shù)據(jù)參考。

1　試驗(yàn)部分
1．1　主要原材料
1# PTFE 板：上海塑料研究所；
2# PTFE 板：
3# PTFE 板、4# 聚 苯 酯 填 充 PTFE 板和JF205–1 環(huán)氧粘合劑：中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所；
DG–3S 環(huán)氧粘合劑：晨光化工研究院有限公司。
1．2　主要儀器及設(shè)備
熱失重 (TG) 分析儀：TG209F1 型，德國(guó) Netzsch公司；
電子拉力機(jī)：5569 型，美國(guó) Instron 公司；
電熱鼓風(fēng)干燥箱：沈陽長(zhǎng)城設(shè)備廠。
1．3　試樣制備
參 照 環(huán) 氧 粘 合 劑 說 明 書，使 用 JF205–1 和DG–3S 環(huán)氧粘合劑將上述 4 種 聚四氟乙烯板與不銹鋼進(jìn)行粘接，然后進(jìn)行固化，分別采用 25℃／48 h，60℃／3 h 及 60℃／4 h 等 3 種固化工藝，粘接面積為 12.7 mm×25.4 mm。
1．4　性能測(cè)試與表征
采用 TG 表示了 F205–1 和 DG–3S 環(huán)氧粘合劑的耐熱性能；拉伸性能按 GB／T 1040–1992 測(cè)試，拉伸速率100 mm／min ；試樣粘接后的剪切強(qiáng)度按 ASTM D1002–2005測(cè)試，拉伸速率 15 mm／min。

2　結(jié)果與討論
2．1　兩種環(huán)氧粘合劑的耐熱性能
兩種環(huán)氧粘合劑的 TG 曲線如圖 1 所示。相應(yīng)的 TG 分析數(shù)據(jù)如表 1 所示。

                                                                                                                                a—    JF205–1 ；b—DG–3S

        從圖 1 和表 1 可以看出，JF205–1 環(huán)氧粘合劑的起始熱分解溫度和失重速率大時(shí)的熱分解溫度均高于 DG–3S，說明 JF205–1 環(huán)氧粘合劑的耐熱性能好于 DG–3S。這是因?yàn)?JF205–1 環(huán)氧粘合劑經(jīng)過了耐熱改性。熱分解溫度反映了材料的極限耐熱性能，但通常情況下材料的正常使用溫度低于熱分解溫度，因此對(duì)于粘合劑，其性能需通過粘接來體現(xiàn)，粘接后的試樣必須具有一定的剪切強(qiáng)度。
2．2 PTFE 板的力學(xué)性能
對(duì) 4 種 PTFE 板的力學(xué)性能測(cè)試參考了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB／T 3625–1999( 其規(guī)定 聚四氟乙烯 （PTFE）在室溫和高溫下的拉伸強(qiáng)度不低于 15 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率不低于 150%)，重點(diǎn)考察了其在室溫和高溫下的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，結(jié)果如表 2 所示。

     由表 2 可以看出，表面活化處理后，室溫下 1#，2#，3# 三種聚四氟乙烯板 的 拉 伸 性 能 變 化 不 大，經(jīng) 150 ℃ ／24 h 高溫處理后其拉伸性能變化亦不大，仍符合QB／T 3625–1999 的要求。4# PTFE 板的拉伸強(qiáng)度未達(dá)到 QB／T 3625–1999 的要求，這是由于聚四氟乙烯經(jīng)聚苯酯填充改性后雖然其耐磨性、抗蠕變性和抗壓性能得到顯著提高，但拉伸性能會(huì)降低。此外，4# PTFE 板活化板經(jīng) 150℃／24 h 高溫處理后其拉伸性能變化亦不明顯，說明 150℃／24 h 高溫處理對(duì)活化處理的聚四氟乙烯板拉伸性能影響不大。

2．3　粘合劑粘接 聚四氟乙烯板／不銹鋼的耐溫性
(1) DG–3S 粘合劑的耐溫性。
DG–3S 粘合劑粘接聚四氟乙烯板／不銹鋼在不同處理?xiàng)l件下的剪切強(qiáng)度如表 3 所示。

       由表 3 可以看出，室溫及 25℃／48 h 固化工藝下 DG–3S 粘合劑粘接聚四氟乙烯板（PTFE)／不銹鋼的剪切強(qiáng)度略低于 60℃／4 h 固化工藝下的剪切強(qiáng)度，但變化不大。室溫下 1#，2#，3#，4# 聚四氟乙烯板與不銹鋼粘接后的剪切強(qiáng)度相差不大，均符合使用要求。室溫下，在剪切強(qiáng)度測(cè)試中粘接層*從 1#，2#，3# PTFE 板表面脫開，但粘接層在 4# PTFE 板斷裂時(shí)仍未從其表面脫開，由于剪切強(qiáng)度是用斷裂力除以粘接面積計(jì)算的，這說明 DG–3S 粘合劑在 4#PTFE 板上的實(shí)際粘接力大于斷裂力。因此 DG–3S粘合劑粘接 4# PTFE 板／不銹鋼室溫下的實(shí)際剪切強(qiáng)度大于表 3 中的計(jì)算值，其實(shí)際粘接性能較好。

       經(jīng) 150℃／24 h 高溫處理后，25℃／48 h 固化工藝下 DG–3S 粘合劑粘接 1#，2#，3#，4# 聚四氟乙烯板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度與室溫相比均有較明顯的降低，大約降低 20% 以上，且在剪切強(qiáng)度測(cè)試過程中粘接層從不銹鋼表面脫開，DG–3S 粘合劑顏色明顯加
深，這說明 DG–3S 膠粘劑。

     經(jīng) 150℃／24 h 高溫處理后發(fā)生老化，脆性變大，對(duì)聚四氟乙烯板的粘接力下降。另外，60℃／4 h 固化工藝下 DG–3S 粘合劑對(duì)聚四氟乙烯板沒有粘接力，粘接層稍微受力就*脫開，說明該固化工藝已經(jīng)不適合高溫下 DG–3S 粘合劑的粘接。

       經(jīng) 200℃／3 h 高溫處理后，兩種固化工藝下DG–3S 粘合劑對(duì)所有聚四氟乙烯板均沒有粘接力，粘接層稍微受力就從不銹鋼表面*脫落，說明 DG–3S粘合劑在 300℃下老化嚴(yán)重，對(duì) PTFE 板已經(jīng)*失去粘接力。由以上分析可以看出，DG–3S 粘合劑適合常溫下對(duì) PTFE 板／不銹鋼的粘接，且室溫慢速固化和高溫快速固化工藝在室溫下均可行，但高溫快速固化工藝不適合 DG–3S 粘合劑在高溫下的粘接。
(2) JF205–1 粘合劑的耐溫性。
JF205–1 粘合劑粘接 PTFE 板／不銹鋼在不同處理?xiàng)l件下的剪切強(qiáng)度如表 4 所示，其中固化工藝均為 60℃／4 h。

        由 表 4 可 以 看 出，室 溫 下 JF205–1 粘 合 劑 粘接 1#，2# PTFE 板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度幾乎相同，而對(duì) 3# PTFE 板的粘接性能略低。經(jīng) 150℃／24 h 處理后 JF205–1 粘合劑粘接 1#，2#，3# PTFE 板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度均下降，但與室溫相比其下降幅度均小于 20%，其中 JF205–1 粘合劑粘接 3# 聚四氟乙烯板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度下降幅度小于 10%，仍然滿足使用要求。經(jīng) 200℃／3 h 處理后 JF205–1 粘合劑粘接 1#，2# 聚四氟乙烯板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度略有下降，而JF205–1 粘合劑粘接 3# 聚四氟乙烯板／不銹鋼的剪切強(qiáng)度下降幅度略大，但也滿足使用要求。

        此外，JF205–1 粘合劑粘接 4# 聚四氟乙烯板／不銹鋼經(jīng) 3 種溫度條件處理后其剪切強(qiáng)度相近，并且粘接層在 4# PTFE 板斷裂時(shí)仍未從其表面脫開，因此JF205–1 粘合劑粘接 4# PTFE 板／不銹鋼在室溫和高溫下的實(shí)際剪切強(qiáng)度均大于表 4 中的計(jì)算值，其實(shí)際粘接性能較好，能夠承受高達(dá) 300℃的高溫。

       由以上分析可以看出，JF205–1 粘合劑在高溫下對(duì)聚四氟乙烯板／不銹鋼的粘接性能較好，且可采用高溫快速固化工藝。另外，聚苯酯填充改性的聚四氟乙烯板經(jīng) JF205–1 粘合劑粘合后，其與不銹鋼間的實(shí)際粘接性能較好，由于聚苯酯填充改性的 PTFE 板的耐磨性能和抗蠕變性等均明顯優(yōu)于純 PTFE 材料，而且其已成功用于制造某型發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)筒中的動(dòng)密封零件，所以在粘接性能滿足使用要求的情況下，可采用 JF205–1 環(huán)氧粘合劑粘接的聚苯酯填充改性聚四氟乙烯板／不銹鋼制造發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。

                                                       噴砂處理后的不銹鋼板

 不銹鋼板經(jīng)噴砂處理后，能增加和聚四氟乙烯板的粘結(jié)效果。粘結(jié)后重壓24小時(shí)左右后，可確保達(dá)到較佳的粘結(jié)力。

3　結(jié)論
(1) 聚四氟乙烯的表面處理后，其內(nèi)部材料沒有變化，只是其表面幾微米的作了改性處理，所以表面活化處理及高溫處理對(duì)采用的 4 種PTFE 板拉伸性能影響不大。
(2) 室溫下兩種環(huán)氧粘合劑對(duì) 4 種 聚四氟乙烯板與不銹鋼的粘接性能均良好，但 DG–3S 粘合劑不適合高溫下對(duì)聚四氟乙烯板／不銹鋼的粘接，而 JF205–1 粘合劑在 300℃下對(duì) PTFE 板／不銹鋼的粘接性能較好。

(3) JF205–1 粘合劑粘接聚苯酯填充聚四氟乙烯板／不銹鋼的實(shí)際粘接性能較好，且由于聚苯酯填充聚四氟乙烯板的耐磨性能和抗蠕變性等均明顯優(yōu)于純 PTFE，故在粘接性能滿足使用要求的情況下，可用于制造重要零部件。

（4）在實(shí)際應(yīng)用中膠粘劑種類較多，根據(jù)使用條件、溫度、環(huán)境等情況，也可選用氯丁橡膠、鹵化聚合物和胺有機(jī)化合物類的膠等進(jìn)行試用，達(dá)到符合使用要求。