4.3  塑料
4.3.1  氟塑料(聚四氟乙烯)
        氟塑料(聚四氟乙烯)俗称塑料王，其商品名称是Teflon，是四氟乙烯的聚合物，为白色或灰白色的物质。它是在高压下由三氯甲烷与氢氟酸聚合制成四氟乙烯(粉末)，在370℃时，将得到的四氟乙烯粉末装模、烧结，产生一种坚韧的、非热塑性和非多孔性的树脂。聚四氟乙烯虽然大多是结晶体，但却没有熔点。它的塑性随温度升高而增加，而机械性能则急剧变坏。而且在高于327℃时，转变为非流动无定形的胶状物。在高于400℃时，聚四氟乙烯分解，放出有毒的挥发性氟化物气体。它的低温性能也很好，温度低于-80℃时仍能保持其韧性。
        表23给出了聚四氟乙烯的某些性质。
        由于聚四氟乙烯的结构是致密的，因此它有优良的真空性能。它的渗透率很低，它在室温下的蒸气压和放气率都很低，比橡胶和其它塑料都要好。其25℃时的蒸气压为10-4Pa，350℃时为4×10-3Pa。
        聚四氟乙烯与其本身或与钢之间的摩擦系数很低，对钢的摩擦系数为0.02～0.1，可用作无油轴承材料，也可用于真空动密封，但必须保证有良好的导热性(或用改性氟塑料)，以避免因摩擦过热而损坏。 

表23  聚四乙烯性质

性  质	温度(℃)或成形	数  值	单  位
结构 密度 工作温度 比热 热导率 线热膨胀系数 抗拉硬度 杨氏模量 电阻率 电击穿强度 电介质常数 永久变形 用环作试验区	≤327℃ ＞327℃ ＞400℃ 90℃ 60~108Hz (55×75×2) 20℃ 100℃	结晶体 无定形胶状物 分解 2.1~2.2 -80~250 0.25 6×10-4 1500×10-7 140~350 4300~5200 ＞1019 20 2 用1.96×107Pa力 2 12	g·cm-3 ℃ cal·g-1·℃-1 cal·cm-1·s-1·℃-1 ℃-1 kg·mm-2 kg·mm-2 Ω·cm 持续24h % %

  聚四氟乙烯的弹性和压缩性不如橡胶，而且在高负荷时趋于流动，甚至破裂。当加载高于3 MPa时，产生残余变形，加载到20 MPa左右时，会被压碎。因此聚四氟乙烯一般只用作带槽法兰的垫片材料，而且负荷不超过3.5 MPa。用于静密封的结构形式如图6所示。
        聚四氟乙烯具有良好的电绝缘性能。它的电阻率极高，电介质损耗很低，由于聚四氟乙烯不吸附和不吸收水蒸气(不吸水也不被水浸润)，因此即使在100％的相对湿度下，表面电阻率仍很高。这一特性及其抗飞弧性，使得聚四氟乙烯特别适用于各种需要绝缘的场合。

表24  碳(石墨)的性质

性  质	温度(℃)或成形	数   值	单  位
原子序数 原子量 密度 熔点 比热 线热膨胀系数 布氏硬度 抗拉强度 杨氏模量 电阻率 电子逸出功	真实值 表面值 20~300 20~1500 20~100 20 2000	6 12.016 2.21~2.25 1.5~1.75 3700±100 0.20 0.40 纵向11~22×10-7 横向22~46×10-7 ≥3 0.2~0.6 600~80 达1000 600~1100 4.0~4.8	g·cm-3 ℃ cal·g-1·℃-1 ℃-1 kg·mm-2 kg·mm-2 kg·mm-2 µΩ·cm eV

4.4.2  碳(石墨)纤维
        碳纤维是60年代以来迅速发展的一种新材料。在真空技术中，它主要用于加热装置的电热体、绝热层和防腐耐热的环境中。它有着优异的电学、热学和力学性质。其纤维是一种比蜘蛛丝还细、比铝还轻、比不锈钢还耐腐蚀(耐大多数化学试剂腐蚀，仅对强氧化剂，例如铬酸盐等在高温下能起反应)、比耐热钢还耐高温，又能像铜那样导电的新材料。
        碳纤维的工作温度可达-180～3300℃。即使从3000℃冷却到室温也不炸裂。其织品是真空电炉中颇具优势的好材料。
        若将碳纤维加热到2000～3000℃，并让其受张力作用，即可成为含碳量大于99％的石墨纤维。其性能比碳纤维更佳。根据需要可织成布、带、管、绳等，与钨、钼、碳棒相比，辐射率高，发射率为钨的2倍。辐射面积大，热惯性小，导电率高，密度小(重量轻)，在高温下不变形、熔点极高，易成形。其另一特点是受热时，在轴向是冷胀热缩，而且其热膨胀系数很低，比普通钢小几十倍，实际上近乎为零。
        石墨纤维用于真空加热材料时，其一些性能与难熔金属之间的比较见表25。 

表25  石墨纤维与难熔金属性能比较

性  能	材    料
	钨	钼	钽	石墨带	注
熔点(℃) 比重(g/cm3) 使用温度(℃) 蒸汽压(Pa) 黑度(ε) 升温强度变化 承受表面功率 (W/cm2)	3400 19.6 2750 1.3×10-3 0.03~0.3 下降 40 30	2600 10.2 2100 4×10-1 0.1~0.3 下降 30 15	3000 16.6 2000 6.6×10-6 0.2~0.3 下降 — —	3800 2.24 3300 4×10-4 0.95 提高 40 30	2000℃ 1000℃ 1400℃

聚四氟乙烯的化学性质十分稳定，这一点优于任何其它的弹性塑料材料。它与所有已知的酸和碱(包括三大强酸和氢氟酸)都不发生反应。聚四氟乙烯不会受潮，也不溶解于任何已知的溶剂(但能溶解于熔融的碱金属)。聚四氟乙烯不可燃、无毒，只有当加热温度高于400℃时能放出有毒气体。由于聚四氟乙烯的性质不活泼，因此只能采用特殊的方法对它粘接。在粘接时应注意粘接剂的最高工作温度。
        聚四氟乙烯能用普通的刀具进行高速切削加工。在聚四氟乙烯烧结成形时加入不同的添料(如石墨、玻璃纤维、铜粉等)，可得到改性聚四氟乙烯，主要是改善其机械性能和热学性能。
        在真空技术中，聚四氟乙烯可用作密封垫片、永久或移动的引入装置的密封、绝缘元件和低摩擦的运动元件等。聚四氟乙烯的应用温度范围为-50～200℃，其最高工作温度可达到250℃。
4.3.2  聚乙烯和聚丙烯
        聚乙烯和聚丙烯分别是乙烯和丙烯的热塑高分子聚合物．它们的特点是：性能稳定，在室温下几乎不受化学腐蚀。只是在温度较高时，才会受到气体或酸的氧化。但是在紫外线的照射下会增加这种氧化效应。卤素或有机酸能够扩散透过这些热塑材料或者被它们吸收，而且一些碳氢化合物(如四氯化碳和三氯乙烯)能够引起它们鼓胀。所以，尽管聚乙烯和聚丙烯的蒸气压在10-7Pa范围内，但是由于它们的强度和工作温度的限制，使得这些材料在真空技术中的应用受到很大的限制。
4.3.3  尼龙
        尼龙是一种热塑性聚合物．尼龙的转化点很明显(大约230℃)。当温度高于转化点时，尼龙失去刚性，能象油一样地流动。因此尼龙应在低于100℃以下使用。在这个范围内，尼龙具有良好的机械加工性能、良好的强度和韧性、较低的蒸气压、很强的耐酸、油、大多数溶剂以及其它化学物品的能力。
4.3.4  酚醛塑料
        是一种热固性塑料。由于其蒸气压很高，一般只能在粗真空和低真空范围内使用。
4.3.5  有机玻璃
        有机玻璃的成分为丙烯酸。它是一种重量轻、透明、易于机械加工和模铸的热塑性塑料。有机玻璃吸水少、电介质强度高、绝缘、不发生化学反应。经适当烘烤之后，它的蒸气压可达到5×l0-5Pa。

4.4  碳(石墨)及碳纤维制品

4.4.1  碳(石墨)
        真空技术中常用的碳是人工石墨。表24给出了碳的某些性质。碳的熔点高、蒸气压低、热导率高、导电性好、电子发射的逸出功高、热发射率高、化学性质稳定、刚度大、吸气性好和价格便宜。因而石墨可用作真空炉的加热器、镀膜及熔炼用的坩埚(缺点是熔融物会产生碳污染)、金属镀膜中的热屏蔽罩以及电弧焊(炉)中的电极。碳还可以用于提高热发射率，同时抑制了二次电子的发射，如镍涂覆碳。碳的主要缺点是强度低、含气量大，去气困难、机械加工性差、焊接困难。 
                                        表24  碳(石墨)的性质

4.4.3  碳纤维—树脂复合材料(碳纤维增强塑料)
        碳纤维—树脂基复合材料(碳纤维增强塑料)，是以树脂为基体，用碳纤维增强的一种新型复合材料。作为基体材料的树脂，目前以环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯树脂应用最广。作为增强材料，与玻璃纤维等增强材料相比，碳纤维具有高强度、高模量、断裂伸长小等特点，高强度碳纤维拉伸强度可达3500 MPa，而断裂仲长率为1％，并在2000℃以上高温，其强度和弹性模量保持不变，这是难得的优良性质。
        碳纤维增强塑料还具有很高的比强度、比模量、耐疲劳、吸振、抗蠕变、线胀系数小、热导率大和耐水性好等特点。碳纤维增强塑料在真空工程中可用于制做轴承、密封圈、垫、齿轮等零件，具有耐磨、耐腐蚀、耐热、无需润滑等特点。
        目前应用的碳纤维增强塑料产品有以下几种。
        ①T300／5208增强复合塑料：基体为美国Narmco公司生产的5208树脂，增强材料为美国UCC公司生产的碳纤维。其成品为板材。其于180℃以下使用时，具有较好的综合性能。
        ②T300／914增强复合塑料：这是一种在欧洲各国广泛使用的复合材料。914是一种适中熔融粘度的改性环氧树脂，T300／914是由914树脂作基体，碳纤维300增强的复合材料，具有较高的断裂强度，但耐热性较低，适合在-60℃～180℃范围内工作。
        ③Rigidite5245碳纤维增强材料：这种增强复合材料是美国Narmco公司研制的一种高应变、抗冲击的树脂系统。这种材料具有极好的抗冲击韧性，并在130～150℃有良好的湿热强度保持率，同时有较好的操作工艺性。
        ④4211／T30、5221／T30复合材料：该材料为北京航空材料研究所研制并生产。分别是以4211、5221环氧树脂体系浸渍高强型碳纤维制成的单向预浸料，具有耐高温、耐湿热、力学性能好等特点，分别适用于120℃和130℃下使用。
        ⑤HD01C碳／环氧复合材料：是由西安飞机制造公司研制并生产。它以HD01树脂为基体，以HS-3高强碳纤维为增强体制成。材料的力学性能、耐热性能良好，可于120℃下使用。