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Welche strukturellen Veränderungen treten bei PTFE-Hochtemperaturgewebe während des Alterungsprozesses auf?
Welche strukturellen Veränderungen treten bei PTFE-Hochtemperaturgewebe während des Alterungsprozesses auf?
PTFE-Hochtemperaturgewebe ist ein Verbundwerkstoff, der durch Imprägnieren oder Beschichten von Glasfasergrundgewebe mit Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt wird.
Bei längerer Einwirkung von hohen Temperaturen, thermooxidativen Bedingungen, ultravioletter Strahlung und mechanischer Beanspruchung unterliegt seine Struktur irreversiblen Alterungsveränderungen von der molekularen zur makroskopischen Ebene. Hersteller von PTFE-Hochtemperaturgewebe können diesen Prozess anhand der folgenden vier Aspekte verstehen:
I. Mikrostrukturelle Veränderungen in der PTFE-Beschichtung
Abbau und Oxidation der Molekülkette: Die Kohlenstoff-Fluor-Hauptkette unterliegt einer Kettenspaltung, Depolymerisation und Oxidation, was zu einer Abnahme des Molekulargewichts und der Bildung polarer Gruppen wie Carbony- und Carboxylgruppen an den Kettenenden führt. Dies erhöht die Oberflächenenergie und verringert die Antihafteigenschaften und die Hydrophobie.
Änderungen der Kristallinität: Kurzkettige Segmente unterliegen einer Sekundärkristallisation. Im Frühstadium steigt die Kristallinität ungewöhnlich an, wodurch die Beschichtung härter und spröder wird. Mit zunehmender Zersetzung werden die kristallinen Bereiche zerstört und die Struktur kollabiert.
Verschlechterung der mikroskopischen Morphologie: Abbau und Schrumpfungsstress erzeugen zahlreiche Mikrorisse und Nadellöcher, die Korrosionskanäle bilden. In manchen Fällen lösen sich Pulver und PTFE-Partikel von der Beschichtungsoberfläche.
II. Strukturelle Veränderungen im Glasfasersubstrat und in der Schnittstelle
Versagen der Faser-/Kopplungsmittel: Silan-Kupplungsmittel oder organische Schlichtungsmittel auf der Glasfaseroberfläche zersetzen und karbonisieren zunächst bei hohen Temperaturen, was zum Verlust der chemischen Bindung und der mechanischen Verriegelungskräfte zwischen PTFE und der Glasfaser führt.
Grenzflächenablösung und Delaminierung: Nach einem Grenzflächenversagen führt der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen PTFE und Glasfaser zu thermischer Spannung, die zum Abblättern und Ablösen der Beschichtung vom Stoff führt, was zu Blasenbildung, Delaminierung und freiliegenden weißen Bereichen führt.
Zersetzung der Glasfaser selbst: Hohe Temperaturen und alkalische Substanzen erodieren das Glasnetzwerk, was zu Mikrorissen auf der Faseroberfläche und Versprödung führt. Unterdessen fallen bei hohen Temperaturen Alkalimetalloxide in der Glasfaser aus, was zu Spannungskorrosion führt, die die Grenzfläche umgekehrt schädigt und den Festigkeitsverlust beschleunigt.
III. Änderungen der makroskopischen Struktur und des Erscheinungsbilds
Farbveränderung: Das Material ändert sich allmählich von Weiß oder seiner natürlichen Farbe zu Beige, Braun oder sogar Schwarz, was auf die Karbonisierung der Grenzflächenschicht, die Anhaftung organischer Verunreinigungen und Rückstände aus geringfügigem PTFE-Abbau zurückzuführen ist.
Dimensionsstabilität und Ebenheit: Es kommt zu Schrumpfungsverformungen, die Stoffoberfläche wird uneben und die Kanten wellen sich. Dies ist das Ergebnis der Desorientierung der Molekülketten und der Freisetzung von Grenzflächenspannungen.
Aufrauen der Oberfläche: Das glatte Gefühl verschwindet, die Oberfläche wird rau und verliert ihren Glanz. In manchen Fällen ist bei Berührung eine Puderbildung zu beobachten, die auf eine PTFE-Puderbildung hinweist.
Mechanischer Strukturkollaps: Das Material verliert vollständig an Flexibilität und bricht beim Falten. Die Beschichtung löst sich weitgehend vom Grundgewebe, was zu einem völligen Funktionsverlust führt.
IV. Das Wesen des Alterungsprozesses
Die oben genannten Änderungen stellen einen fortschreitenden Prozess der „Beschichtungsdegradation → Grenzflächenversagen → Substratdegradation“ dar. „PTFE verliert seine Inertheit und entwickelt Risse; die Glasfaserschnittstelle wird vor dem Faserkörper selbst zerstört, was zu einer Delaminierung führt; Mit der Zeit wird die gesamte Struktur spröde, pulverisiert und zerfällt. Die Kontrolle der Betriebstemperaturen, die Vermeidung von Thermoschocks durch schnelles Aufheizen und Abkühlen sowie die Verhinderung des Kontakts mit Säuren und Alkalien können diesen strukturellen Alterungsprozess effektiv verlangsamen.
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