关于提高聚四氟乙烯材料切削加工质量的研究
针对聚四氟乙烯材料在机械加工中的切削力小、导热系数低、热膨胀系数较大、熔点低的工艺特点，研究了聚四氟乙烯材料在几种常用机械加工工艺中出现的难点及问题，提出了能有效提高聚四氟乙烯乙烯材料切削加工质量的方法。
聚四氟乙烯；机械加工；切削方法
聚四氟乙烯（Polyterafluoroethlene，简称PTFE），由于其良好的化学稳定性，耐腐蚀性、密封性，阻燃性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力等特性，在在石油化工、电子电气、**、、、机械等多领域得以广泛应用[1]。通常情况下，聚四氟乙烯材料的切削加工可在常用的金属切削机床上进行，但与金属材料切削加工相比，其加工规范性还不是很完善，它的可切削性、切削规律、刀具结构和切削量均与金属材料的加工有所不同，采用用传统的加工工艺和工装加工往往达不到产品的设计精度要求。本文主要针对聚四氟乙烯乙烯材料性能特点，对聚四氟乙烯材料的切削加工特点及其改善措施进行了研究探讨。
1.聚四氟乙烯材料切削工艺特点及切削参数的选取 聚四氟乙烯材料的刚度、硬度、强度都相对较小，其拉伸强度为21-28MPa，弯曲强度为11-14MPa，伸长率为250%-300%。在应力长期作用下会变形，过载时出现蠕变现象。由于聚四氟乙烯以上性能特点，就导致其在切削加工时具有特的工艺特点。
1.1聚四氟乙烯材料的切削工艺特点
（1）切削力小。由于聚四氟乙烯刚度、强度、硬度均较低，在相同的切削条件下，切削45钢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较小的导热系数，仅为0.27W/M·K-1，加之较低的耐热温度，其耐热温度仅为250℃。若切削量过大、切削速度较高，工件的切削温度则会升高，会使聚四氟乙烯材料发生软化，甚至出现熔化、焦化和“粘刀”现象。
（3）聚四氟乙烯具有较大的热膨胀系数，因此聚四氟乙烯材料在切削过程中会因摩擦产生较大的热量，刀具和工件的局部过热，从而导致聚四氟乙烯工件受热发生弹性变形，终影响聚四氟乙烯材料工件的表面质量和尺寸精度。
（4）相对于金属材料，聚四氟乙烯的弹性模量很低，当切削加工进给量过大或转速过时，较大的加工摩擦力以及刀具施加给工件的力共同作用，导致聚四氟乙烯工件产生较大的变形，从而影响聚四氟乙烯工件的加工精度。
1.2聚四氟乙烯材料切削参数的合理选取
（1）刀具材料的选择 聚四氟乙烯材料在切削时，刀具材料一般为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢等。相对于刀具而言，工件材料的硬度较低，因此刀具的硬度对于聚四氟乙烯材料工件的加工质量影响不大。
（2）刀具的几何参数 刀具前角：对于聚四氟乙烯材料，由于工件材料强度、硬度较低，应选取相对较大的前角，从而减小切削力并降低切削热。 刀具后角：聚四氟乙烯材料硬度、强度低，塑性越大，因此在机械加工时应选择较大的后角，从而减小刀具和聚四氟乙烯工件之间的摩擦力，进而降低工件的局部过热现象，提高工件表面的加工质量。
（3）切削参数的选取 由于聚四氟乙烯材料强度低、硬度小，相对于金属制品而言，在切削加工时可以选择相对较大的切削量和较高的切削速度，但聚四氟乙烯的导热系数低，且具有较高的热膨胀系数大，在较大的进给量和较高的切削速度下又发生局部过热引起的变形、焦化等现象。因此为了提高聚四氟乙烯材料的加工质量及加工精度，在一定加工效率的前提下，应尽量选取较小的切削量和较低的切削速度。
聚四氟乙烯具有一系列优异的性能：200~260度高温下长期使用，耐低温还是软在100度；耐腐蚀性水和各种溶剂；耐候塑料的老化寿命；高润滑--塑料摩擦系数小，不粘有小表面张力在固体材料不坚持任何材料。
无，生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料。聚四氟乙烯材料广泛应用于***、原子能、石油、无线电、电力机械、化工等重要行业。主要产品：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。英文缩写是聚四氟乙烯。
虽然碳碳键和碳-氟键的全氟化碳是需要吸收能量的346.94和484.88kj/mol分别聚四氟乙烯可以产生只有能量171.38kj聚四氟乙烯1摩尔。所以在热解，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。
聚四氟乙烯在260,370和420℃时失重率每小时分别为1×10-4，4x10-3和9×10-2。可以看出，聚四氟乙烯在260可以长期使用。由于高温热解，有副产品，fluorophobe和也产生，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触。
机械性能的摩擦系数很小，只有1/5的聚乙烯，这是氟碳表面的重要特征。由于氟碳链分子间作用力较低，PTFE不粘。聚四氟乙烯在较宽的温度范围内196～260度具有优异的力学性能，氟碳聚合物的特点之一是在低温下保持脆性。
高能辐射降解聚四氟乙烯的耐辐射性能明显降低，聚合物的电性能和力学性能明显下降。聚四氟乙烯是由自由基聚合制备四氟乙烯。工业聚合是在大量水中进行，以分散反应热和控制温度。
聚合温度为40～80，压力为3～26kg／kg，可用无机硫酸盐、过氧化物作引发剂，也可采用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合放热171.38kj。分散聚合需要perfluorotype添加表面活性剂，如全氟辛酸及其盐类。
·PTFE：PTFE（聚四氟乙烯）不粘涂料可以在260℃连续使用，具有使用温度290-300℃，较低的摩擦系数、良好的耐磨性以及较好的化学稳定性。FEP：FEP或者F46（氟化乙烯丙烯共聚物）不粘涂料在烘烤时熔融流动形成无孔薄膜，具有的化学稳定性、较好的不粘特性，使用温度为200℃。·PFA：PFA（过氟烷基化物）不粘涂料与FEP一样在烘烤时熔融流动形成无孔薄膜。PFA的优点是具有更高的连续使用温度260℃，更强的刚韧度，特别适合使用在高温条件下防粘和耐化学性使用领域。ETFE：ETFE是一种乙烯和四氟乙烯的共聚物，该树脂是坚韧的氟聚合物，可以形成一层高度的涂层，具有的耐化学性，并可在150℃下连续工作。
聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列优良的使用性能：耐高温—长期使用温度200~260度，耐低温—在-100度时仍柔软；耐腐蚀—能耐王水和一切溶剂；耐气候—塑料中的老化寿命；高润滑—具有塑料中小的摩擦系数（0.04）；不粘性—具有固体材料中小的表面张力而不粘附任何物质；无害—具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料，报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压；比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料，广泛应用在***、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。产品：聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、车削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。结构式为：CF3(CF2CF2)nCF₃。20世纪30年代末期发现，40年代投入工业生产。性质 聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103）。一般结晶度为90～95%，熔融温度为327～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度19℃时，形成13/6螺旋；在19℃发生相变，分子稍微解开，形成15/7螺旋。
虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量346.94和484.88kJ/mol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量171.38kJ。所以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率（%）每小时分别为1×10-4．4×10-3和9×10-2。可见，聚四氟乙烯可在 260℃长期使用。由于高温裂解时还产生剧的副产物氟和全氟异等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。
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