PTFE模壓成型工藝有哪些？
(1)主要設備
①壓機 PTFE模壓成型的壓機有液壓機、油壓機、簡易的千斤頂等。壓機要求壓板平整，能平穩均勻地施壓。壓機的壓力大小視產品的投影面積決定。壓機須能調節壓縮速度， 柱塞的移動速度應控制在5~10mm/min。在生產大型制件時，應用一臺自動化升降臺，以便裝有大重量料的模板自動進入壓機上。如果采用固定模會更好些。
②模具良好、合理的模具是保證產品質量的重要條件。模具的結構、用材、工藝參數等是設計、制造模具的關鍵指標；制造模具還應考慮生產能力、操作安全、方便、制造成本和使用壽命等因素。模具的設計主要考慮制品收縮率和壓縮比。收縮率是PTFE模壓預成型品經
燒結冷卻后，垂直于加壓方向的尺寸縮小，在平行于壓力方向上的尺寸增大。常溫下模具成型腔尺寸與制品尺寸的差，對模具成型腔尺寸的比率視為制品的收縮率。其制品收縮率與塑料品種、樹脂牌號、成型壓力、制品形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、填充劑的有無多少
等有關。壓縮比是PTFE樹脂在壓模模腔中的體積與壓制成的預成型品的體積之比， 稱為壓縮比。PTFE的壓縮比在4~5之間。它與樹脂顆粒度、表觀密度有關；因聚合工藝和后處理方法不同而不同，與樹脂在模腔中所古體積有關。收縮率、壓縮比均是模具設計的關鍵參數。
壓制PTFE制品時， 一般采用固定式模具和移動式模具兩種。根據制件的大小而定，即大型制品如板、毛坯、直徑大于100mm的棒等大型制件均采用固定模具，固定在壓機上，附有頂出裝置；生產量大而廣的小型制品一般采用移動式模具。
模壓制品一般在150~700kgf/em2(1kgf/cm2=98.0665kPa) 壓力下成型， 要求致密的制品在高壓下與模具一起在350~400℃高溫下燒結，因此模具材料要求比較高，應具有高的機械強度，在成型壓力和溫度下不變形；有較低的線膨脹系數，熱處理時變形小，淬性良好；有良好的切削性能，易于機加工；經熱處理或表面處理后獲得高的硬度，耐磨性良好；具有十分良好的耐腐蝕性等。常用的45號鋼材，主要應用于冷壓模和生產數量小、外觀要求低的氟制品熱壓模，也可作為型腔、型芯或頂桿之用。45號鋼熱處理淬火后硬度達40~50HRC。
為了防止模具生銹，表面鍍硬鉻，厚度為0.01~0.02mm。工作腔的表面應光潔。熱壓模的材料應選用鉻、錳、鉬的合金鋼。
③燒結爐理想的PTFE燒結爐采用電加熱式， 能加溫至425℃， 有自動的溫控裝置。大容積的爐內空氣必須能循環流動，以確保各處的溫度均勻不存在“熱點”。爐內應在不同位置裝有熱電偶測溫裝置。通常在爐門區會泄漏熱量，應有門封條和其他絕熱材料防止散熱。
在加熱階段只允許極少量的空氣進入爐內，以驅除廢氣并直接排出爐外，在冷卻階段才通人一定量的新鮮空氣。在燒結爐的爐門上方應裝有抽風罩，燒結過程中產生的廢氣和煙霧從抽風罩排出。
對N2氣下保護的燒結，應在升溫前用N2反復置換爐內空氣，直至空氣全為N 2所置換， 以后每小時開啟1min壓力為0.2MPa的N 2， 使爐內壓力處于正壓狀態，Nz下燒結的條件與在空氣中燒結的條件相同。
把PTFE放置在燒結爐的轉盤上時應有一定的間距， 以免熔融時產生25%體膨脹時相互熔接。
(2)模壓樹脂選用
用于模壓成型的樹脂主要是懸浮聚合成的PTFE樹脂。其顆粒度一般在20~600pm，要求介電性能好的部件、不泄漏的隔膜、密封件、厚度小于2mm的板、薄膜毛坯、填充PTFE、孔隙分布均勻的小孔徑多孔PTFE制品進行模壓時， 選用平均粒徑為25~50um的PTFE樹脂； 采用自動模壓的大批量小型制品應選用流動性好的樹脂； 采用濕法混合工藝制備填充PTFE時， 應選用乳液聚合樹脂；制品性能要求特別高，如電氣性能、力學性能高的制品，應采用平均粒子細的原料。一般控制在顆粒直徑為100~300pm的粉末。
(3)模壓成型工藝
①樹脂的預處理：結晶轉變和溫度調整PTFE是具有螺旋構象的結晶高聚物，低于19℃時，螺旋排列成三斜晶系，在19~30℃之間，螺旋排列成六方晶系，高于30℃時， 鏈的螺旋解開， 變成了無規則的纏繞。PTFE存在兩種結晶轉變，即在19℃時的晶形轉變和30℃時的結晶松弛。這種特點對模壓成型的成敗起著決定性作用。如果在轉變點以下進行成型加工，當溫度發生10℃上下的變化時，則預成型制品將會產生1%的體積變化，往往會引起燒結時制品開裂報廢。另外，樹脂在加工前的溫度直接影響制品的密度，尤其成型壓力確定后，原料樹脂的溫度對成型制品的密度影響很大。據上述原因，原料樹脂的溫度應在成型前加以調整。調整的方法是將備用的樹脂裝人容器中，置于23~25℃的環境下，放置24~48h。預成型時也控制在此溫度下進行。
②樹脂過篩PTFE是纖維狀的高聚物， 在貯藏和運輸中易結團。同時PTFE粉末的流動性差，加料時不易分布均勻，所以在使用前要用10~20目篩進行過篩。在過篩過程中嚴禁雜質引人，以防影響產品性能。因此，操作人員要嚴格執行清潔制度，按操作規程進行工作。
③預成型預成型工藝有一般模壓成型和自動模壓成型兩種。
a.一般模壓成型分加料、壓制、脫模三個步驟完成。加料按制件的大小，稱取已準備好的原料，加入清理好的模腔中，用金屬刮板把模腔中的樹脂鋪平，使樹脂均勻地分布在模腔里。加料應注意一是清理過的模具在預成型前還需上脫模劑，脫模劑由無水乙醇1份與苯酚1份配制而成，也有采用有機硅類脫模劑。二是當加料以多次加料方式時，每次加完料后稍加壓使料得到壓縮， 以便后一次加料， 其壓力應在30kgf/cm2以下。過大的壓力會形成加料間的層面，往往引起制品的裂紋；三是加料環境要清潔，加料要快，以免空氣中的灰塵進入制品中，尤其對電氣性能要求極高的制品更應注意。
壓制加料完后，合上模，然后緩慢施壓，不允許沖擊式加壓，厚壁制品特別要注意， 在升壓過程中要泄壓2~4次， 陽模下降的速度以30~50mm/min為宜，臨近終壓時每分鐘幾毫米的速度升壓為宜。在升壓到規定壓力的三分之二時，除去墊塊， 使預成型品兩面擠壓。壓力
打足后， 保壓10min左右， 保證壓力傳遞均勻。一般模壓的預成型壓力為14.71~29.4MPa。有足夠的保壓時間， 然后緩緩松壓，將預成型品從模腔中取出。
預成型壓力應隨樹脂的顆粒大小而異，細的粉末壓力較低就可獲得孔隙率低的制品；預成型壓力與溫度有關，溫度適當高些，粉末變得柔軟些，壓力可以適當低些，也可以得到孔隙率低的制品；要成型大面積制件，無大噸位壓機時，將粉末加熱到100℃左右，則預成型壓力可降低一半。在預成型過程中，加壓和泄壓都應緩慢進行， 不允許沖擊。特殊的制品保壓時間可在30min以上。如高度為600mm的大毛坯保壓應在30min以上， 保壓不足， 將會使制品燒結后在與壓力垂直方向的直徑收縮不一致，外形出現兩端大、中間小的現象。
脫模泄壓后，小心將預成型制品從模腔中取出，修飾后刻上批號，送去燒結，其中不允許受大的震動和突受外力沖擊，因為毛坯沒有強度，易受損，燒結后會引起裂紋而報廢。
b.自動模壓成型量大面廣的小型制品采用一般模壓成型費時費工，十分不經濟。隨著流動性好的樹脂的面市，相應的自動模壓成型問世，帶來了良好的經濟效益。自動模壓成型原理：將定量的樹脂粉末自動加人模腔里，原固定在壓機上方橫梁上的陽模自行下降進人模套對粉末施壓，然后下部的底模升起，這時粉末被“雙向壓縮”。達到預定壓力后，保壓一定時間，開始脫模。先由陽模升起，底模繼續上升，將預成型品頂出模腔。整個過程自動控制，周期性地進行。自動模壓所用的樹脂一定要有良好的流動性。自動模壓的成型周期一般為10~15s， 保壓時間為幾秒鐘， 預成型壓力稍高為500~700kgf/cm2， 稍高的壓力有助于制品的孔隙率降低。自動模壓應在25℃左右的恒溫室進行。溫度、壓力、保壓時間是自動模壓制品質量保證的主要因素。
④燒結工藝將預成型制品加熱到PTFE晶體熔點327℃以上， 保持適當時間，使聚合物分子結晶逐漸變為無定形，分散的單個樹脂顆?；ハ鄶U散熔融粘接成為一個連續的整體。制品從乳白色變為透明的膠體物。最后冷卻，使高聚物分子從無定形逐漸轉變為結晶。在冷卻過程中，改變冷卻方式可以得到結晶度不同的制品。燒結工藝是整個工藝中最重要的環節。所有預成型制品均要經過燒結工藝，才使制品有強度、有使用價值。
燒結有連續燒結，適用于推壓成型、擠壓成型的管、棒制品；有間歇燒結，適用于模壓成型、液壓成型制品。燒結用載熱介質有氣體、液體、固體三種方式。氣體載熱燒結，一般采用空氣或惰性氣體(氮氣)進行燒結。氣體載熱可使燒結爐內溫度均勻，制品可均勻受熱，保證燒結效果。液體載熱燒結，將產品置于載熱液體中進行燒結。載熱液體在加熱整個燒結過程中呈透明態，以便操作者觀察產品的燒結質量。常用的液體為硝酸鹽與亞硝酸鹽的混合物。例如NaNO， 7份， NaNO z 40 份， KNO， 53份的混合物， 使用溫度150~550℃之間不分解。必須注意， 這些物質腐蝕性很強，易燃、易爆；冷卻后成固體，吸水性強，由于這種物質密度大于聚合物。因此要采用夾具固定在液體中，產品取出溫度在液體高溫下進行。固體載熱燒結，一般采用滑石粉、石英粉和氧化鋁粉末等礦物粉。固體載熱體要求粒度細、硬度低、導熱率高、密度小以及在燒結過程中不受高溫影響的物質。固體載熱體應進行預處理，需在400℃處理0.5~lh，清除水分、雜質。固體細度均勻控制在30~40目之間。產品放置在固體中央，使產品各方面均勻受熱。燒結周期較短。整個過程無法看見產品的透明情況，只能根據產品體積增大影響礦物粉脹裂程度來判定。
模壓成型的PTFE燒結采用間接燒結的方式， 一般分為升溫、燒結(保溫)和冷卻三個階段。
a.升溫升溫速度根據制品大小可分三種形式：小型制品以100~120℃/h升溫；中型制品以60~70℃/h升溫；大型制品以10~20℃/h升溫。另一種升溫方式為分階段升溫，保溫逐漸升至380℃左右。具體取決制品的大小、形狀、原材料牌號等因素綜合分析后確定。
b.保溫保溫和燒結溫度都是保證產品質量的關鍵數據，操作人員必須認真、嚴格控制操作。懸浮聚合樹脂的燒結溫度為370~380℃；平均粒徑為150~250um的懸浮聚合物制品，其燒結溫度為(375±5)℃；平均粒徑為25~50pm的懸浮聚合物制品的燒結溫度為(375±59) ℃； 分散PTFE的燒結溫度為360~370℃。保溫時間由預成型品大小和所選用樹脂粒徑大小而定。一般大型制品的保溫時間為5~10h， 小型制品如墊片的保溫時間僅為1h。細粒徑PTFE樹脂預成型品的保溫時間與粗粒子預成型品的保溫時間也有差異。
c.冷卻降溫大型制品及薄膜毛坯應緩慢降溫，以12~24℃/h降溫為宜，應在結晶速度最快的溫度范圍內保溫一段時間，保證預成型品的內外溫度趨于平衡。中型制品的降溫速度為30~40℃/h；小型預成型品的降溫速度為60~70℃/h。由于降溫速度不同，其產品的結晶度不同，則產品的性能也有差異，也類似于淬火、不淬火區分。
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