了解氟塑料

简介:氟塑料是各种含氟聚合物的总称,通常是指含有氟原子的单体自聚或其他不含氟的不饱和单体共聚而制得的聚合物。氟塑料的合成最早是在1934年,由德国首次合成了PCTFE,1938年由美国合成PTFE。目前,工业化生产用的氟树脂主要为四氟乙烯的均聚物和共聚物。由于氟塑性料分子中的碳－碳键和形成保护壳的碳－氟键都是化学强键(键能极高),并且对氟塑料的显著性能起着关键作用,因此,氟塑料分子的这种微观结构决定了氟塑料具有一些独特的、其他材料无法比拟的宏观特性,从而使氟塑料获得十分广泛的应用。返回主页电线电缆领域使用的氟塑料品种:o聚四氟乙烯o可溶性聚四氟乙烯o聚全氟乙丙烯o乙烯－四氟乙烯共聚物o乙烯－三氟氯乙烯o聚偏氟乙烯PTFEPFAFEPETFEPCTFEPVDF返回主页PTFE的性能特点:宽泛的温度特性和极高的耐温特性。氟塑料绝缘电线可在－60~260℃范围内长期连续工作,在300℃下也能短期工作。优异的电性能主要表现为:高的介电强度(高达24KV/mm)、高的体积电阻(可达1018级)以及低的介电损耗(可达10-5级)。介电常数及介电损耗基本不随频率、温度的变化而改变。常利用这一特性来生产射频电缆,这一类射频电缆通常可在几十个千兆赫兹的频率下工作呈现低损耗。耐油、耐溶剂、耐化学品等化学稳定性因此在石油化工航空航天汽车等行业应用广泛。返回主页PTFEPTFE聚四氟乙烯是一种具有完全对称的长链线型分子结构、高结晶度的聚合体化合物,其结晶度可高达92%~98%,由于PTFE聚四氟乙烯分子中的主要组成部分C－C键和C－F键,赋予其优异的耐热性;在高温下不与强酸、强碱、强氧化剂发生反应,不受酮类、醚类等有机溶剂的侵蚀,具有极好的耐化学介质性能;优异的电气绝缘性;介电常数、介质损耗几乎不受温度、频率的影响;耐气候老化;阻燃;极优良的耐潮湿、耐水解、耐霉菌性能,俗称“塑料王”。PTFE产品分为悬浮树脂、分散树脂、浓缩分散液三类，大致构成为：52%、28%、20%。电线电缆行业主要选用分散树脂。.返回主页电线电缆成型时分散树脂牌号的选用由于不同生产公司、或不同牌号的分散树脂其压缩比不同，故而会根据不同的电线规格来选用不同压缩比的分散树脂。一般的原则是大压缩比的树脂用来生产小规格电线，小压缩比的树脂用来生产大规格电线。比如：牌号制造商最大压缩比常用压缩比电线规格F201大金40001500~2000外径2mm,绝缘壁厚0.2~0.5mmF104大金1000300~400外径2~15mm,绝缘壁厚0.5mm返回主页糊状推荐工艺的主要流程:相对PTFE薄膜绕包线而言,PTFE推挤工艺要复杂和难控制的多:1、首先将过筛的PTFE粉状树脂加入适当比例的溶剂，按一定的要求进行混合；2、为使溶剂充分弥散到粉状树脂的表面，以利于后续工序的推挤加工，混合完毕的PTFE粉状树脂必须放置一定的时间才能用于电线的糊状挤出；3、经熟化后的糊状PTFE按一定的尺寸预压成型，置于专用的生产设备用于PTFE绝缘电线的生产。4、推挤成型的电线经过溶剂挥发和烧结最终称为成品电线，经检验合格后即可提供用户使用。返回主页糊状推挤工艺的要点：1、溶剂的比例要确当（15~25%），混合要均匀，并一定要让混合料熟化（8小时以上）；2、熟化后的糊状PTFE要以一定的条件预压（10~25kg/cm2;50mm/min)，彻底排除料内的残留空气；3、控制不同的温度区段和生产速度让溶剂充分挥发，这一点至关重要。有些生产厂家甚至将推挤时间成型的线不直接进行烧结，而是放置一段时间后进行烧结，其目的就是让溶剂充分挥发以控制线的质量。挥发区段的温度控制范围：100~250℃；烧结区段的温度控制范围：300~400℃；4、单根导体和多根导体电线的加工方式不同。单根导体应采用牵引挤出；多根导体应采用牵引挤出。返回主页民用电线电缆方面国际电工委员会标准IEC和UL标准中规定的PTFE聚四氟乙烯（F4）绝缘电线电缆的结构主要为：导体：镀锡、镀银、镀镍、镀银铜包钢、镀银或镀镍高强度铜合金线等；绝缘结构：以单一的PTFE聚四氟乙烯（F4）绝缘挤出结构；或PTFE聚四氟乙烯（F4）挤出，加浸渍硅烷漆或TFE的玻璃丝编织组合结构，或云母带绕包浸渍玻璃丝编织组合结构。电线规格：从32~0AWG，耐温等级200~250℃，耐电压等级300V、600V等，以满足不同使用场合对电线电缆耐温、耐油、耐腐蚀、耐磨损、耐潮湿和阻燃等苛刻要求。返回主页3、高频数据传输电线电缆PTFE聚四氟乙塑料（F4）不仅电绝缘性突出，而且在较宽的使用温度区间及频率范围内，具有低介电常数并有特别低的损耗因子，介电强度、介电常数（2.3~2.1)、体积电阻率和表面电阻率保持良好，并直至它们的玻璃化转变温度都不受温度影响；它们具有低吸湿性，使介电性能很少受湿度的影响；PTFE聚四氟乙烯塑料（F4）的电性能不随时间改变）；几乎对所有化学品和溶剂呈惰性，甚至在高温和压力下也能保持它们的优异性能，特别适用于需要低衰减的数据传输电缆。因而，在一些要求耐高温同时又要防火的场合用它们做射频电缆绝缘介质，有利于提高传输信号的质量，采用PTFE聚四氟乙烯聚合物做绝缘层，也做外护套。返回主页汽车工业PTFE聚四氟乙烯塑料另外一个重要用途是：在苛刻环境下用做连接线，最高使用温度为250℃。PTFE聚四氟乙烯塑料绝缘电缆可通过UL标准80℃耐油试验，轿车中也有许多地方使用PTFE聚四氟乙烯塑料绝缘电线，如腐蚀油用自动传动装置的电缆；汽油油面传感器；制动磨擦传感器等；返回主页其他行业随着我国城市化加速，高层建筑增多，人们对电线电缆火灾事认识的加强，各领域对电缆防火的要求也越来越高，加上受设空间的限制，要求电线电缆线径要小、载流量要大。PTFE聚四氟乙烯塑料的高热稳定性、高阻燃性、低损耗已经成为人们关注的热点，采用PTFE聚四氟乙烯塑料绝缘用于特殊场合的连结线，可满足上述要求，是PTFE聚四氟乙烯塑料绝缘电线电缆有待拓展的一个领域。另外，在其它方面，PTFE聚四氟乙烯塑料绝缘电线电缆主要用于：家用电器加热导线；化工设备用电探测用的自控电缆；卤素灯泡固定架引接线；热电偶电线；特殊油井钻井设备数据记录电缆等。工程机械电缆等地方，应用领域也在不断扩大。返回主页电线电缆的发展对绝缘材料的要求：随着科学技术的发展，特别是军事工业、宇航、航空、通信等事业的发展，对电线电缆提出了更高的要求，实际上是对导体、绝缘材料提出了更高的要求，对绝缘材料的性能要求主要表现在：使用温度要高不能局限于PE、PVC、普通橡胶、绝缘纸那样的几十度，而要求达到100℃、150℃、200℃、250℃，甚至更高。使用频率要高不能只满足于工频、载频，而要求频率、频率高，直至分米波、毫米波，甚至40G、60G。返回主页电线电缆的发展对绝缘材料的要求:耐环境能耐各种恶劣环境，例如高低温、各种气候条件、耐辐照等。高阻燃耐老化使用寿命长、可靠性高。耐介质能耐各种严酷介质小型化等之所以含氟塑料绝缘电线电缆称为氟塑料最重要、最广泛的应用领域之一，正是因为含氟塑料不同方面、不同程度上满足了上述要求。返回主页含氟塑料的性能与结构：含氟塑料的优异特性，是由其分子结构所赋予的，以PTFE最为典型：分子中不存在或几乎不存在极性基团，且结构严格对称，分子的偶极距为零，因此具有优异的电性能（ε、tgδ小，几乎不受频率而变化），低的吸水性和良好的也潮性；分子几乎全部由C－F键构成(C－C键除外），C－F键键能大（见表三），不容易断键，且由于成键的F原子半径较大，在C-C主链周围螺旋排列（19个C原子为一节），形成对C-C键的遮蔽，保护C-C主链不易受到攻击而断链。因此具有耐高温、耐老化、耐化学介质、阻燃等一系列优异性能。表三、部分化学键键能比较共价键单位C-HC-IC-BrC-C1C-CO-HC-F键能Kcal/mol87.345.55466.558.6110107返回主页熔融氟树脂的开发：PTFE不能熔融挤出，必须通过薄膜绕包或糊状挤出来生产电线电缆，需使用专门设备，设备复杂，工艺流程长，且生产是间歇性的，生产速度也受限制。因此开发可熔融挤出的氟塑料一直是高分子界的重大课题。FEP是首先开发成功的可熔融挤出氟塑料。它几乎保持了PTFE的所有优异性能，至今仍是除PTFE外使用最为广泛、用量最大的含氟塑料。FEP的连续使用温度为200℃，PFA的成功开发才真正有了可在250℃下使用的熔融挤出氟塑料，但价格昂贵。ETFE、PVDF，在基本保持了PTFE的各种性能下，以他们比重小、强度大、耐辐照三大优势在含氟塑料中崭露头角，且在电线电缆中也获得了广泛应用。返回主页熔融氟树脂的挤出设备：除PVDF允许用一般挤出机挤出电线外，其他各种氟塑料都要用高温挤出机生产电线电缆。熔融氟树脂用高温挤出机的要求：•有足够的加热功率，确保高温（例如450℃左右）条件下树脂能够熔融挤出；•与熔体接触的部件：螺杆、螺膛、机头及其组件、模具等，都要用高温耐腐蚀合金，如镍基合金（包括国内的新三号钢），主要是由于挤出过程中可能产生的HF等含氟气体具有很强的腐蚀性。返回主页熔融氟树脂的挤出材料：与不同氟塑料有不同的使用温度一样，导体也需不同的适用温度。考虑到挤出时可能产生的气体对导体的腐蚀，氟塑料电线电缆几乎都使用镀银、镀锡、镀镍等镀复导体。使用温度（℃）导体类型150镀锡铜线200镀银铜线、镀银铜合金线、镀银铜包钢线250镀镍铜线电线电缆研究、生产者应根据电线电缆用户的需要，正确选择导体和绝缘材料，既要满足客户要求，又要让绝缘材料用得恰到好处。因此，应熟悉、掌握各种氟塑料的特性。返回主页挤出工艺：含氟塑料熔体的熔融粘度极大，不宜采用“压力式”挤出（否则会对设备提出太苛刻的要求）；但熔体有足够的强度，允许拉伸，所以几乎都是采用“套管式”挤出来生产电线电缆，通过控制合理的拉伸系数保证绝缘与导体间的粘结力。“套管式”挤出中，模具的设计或生产中的“配模”，都应保证DDR、DBR两个参数之值在挤出材料允许的合理范围之内。ＤＤＲ=（DD2－DT2）／（db2－dc2)ＤＢＲ＝（ＤD／db）／(DT/dc)ＤD:模具的内径DT：模芯的外径db:包覆电线的外径dc:芯线的外径DBR称之为（平衡）拉伸系数（拉伸度），表示外层熔体与内层熔体受拉伸程度的比。DDR称之为拉伸比（配模比），表示拉伸程度或允许生产速度。返回主页DDR、DBR都是材料参数，DDR、DBR允许值越大，评价为材料挤出工艺好。不同材料，DDR、DBR不一样；同种材料，牌号不同（MI不同），DDR、DBR也不一样。不同材料、不同牌号的这两个参数及其允许范围，线缆研究、生产者必须掌握。作为其性，MI越大，DDR、DBR允许较大；绝缘挤出的DBR、DDR比护套挤出时大。几种常用线缆绝缘材料的DDR、DBRPFAFEPETFELDPEPVCDBR1~1.21~1.21~1.21~1.11~1.05DDR20~40020~35020~801.3~101.2~5机头、摸头推荐温度（℃）390~400380~390~330----返回主页电线挤出工作场所的要求：保持环境的清洁、干燥不准抽烟不许金属粉末存在，尤其是轻金属、活泼金属末返回主页含氟塑料电线电缆的应用：1、安装线，包括屏蔽安装线AF46-200，AFX-300，AF-250，AF40-150一般分110，250，500三个电压等级，截面积0.035~6.0mm2用于:o电子仪器仪表连接线o飞机、卫星、导弹安装线o三防（防潮、防霉、防盐雾）安装线o计算机、机车车辆、建筑等高密度布线用线返回主页含氟塑料电线电缆的应用：2、控制电线o耐高温控制电缆o航空航天用控制电缆（各种陀螺式、加速度等）3、同轴电缆、通信、信号电缆oFEP绝缘同轴电缆SF46F50、75Ω系列；oPTFE绝缘同轴电缆SFF、SFT、SFX50、75Ω系列o其他绝缘同轴电缆的护套o五类线（六类、七类）o