聚四氟乙烯材料与工艺

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耐辐照性欠佳.,聚四氟乙烯在真空中,吸收剂量达104GY(106rad)时显著的分解. 在大气环境中,吸收剂量达200Gy(2×104rad)时,伸长率就会发生变化;至104Gy(106rad) 时,抗拉强度将为原始值的50%,伸长率已降低。 9)其他性能
聚四氟乙烯虽然有很多的优点,但作为电线电缆绝缘材料还有一些缺点,例如: 聚四氟乙烯加工比较困难,工艺性能较差,不能连续挤制,生产效率低;在连续负荷作用 下有冷流现象,耐切割性不良;耐电游离性能及耐辐射性能不佳,因此, 聚四氟乙烯的应 用范围受到了限制。
327℃是聚四氟乙烯的熔点:在此温度以上时,结晶结构消失,转变为透明的 无定形凝胶状态,并伴随比体积增大25%。这种凝胶状熔体粘度高,不能流动。 该特性决定不能采取如熔融挤出加工。由于聚四氟乙烯的导热率低,熔点上下温 度时体积变化较大,所以在烧结过程中,在熔点附近加热速率必须缓慢,使制品内 外温度均匀;不然会造成制品内部存在应力,严重时甚至开裂。
二、聚四氟乙烯材料
3,聚四氟乙烯在电线电缆中应用 聚四氟乙烯具有各种优异的性能,频率范围广,高低温使用范围宽,化学稳定性优
异,电绝缘强度高,耐大气老化性好,因此用聚四氟乙烯做绝缘的电线都具有上述 优异性能。用聚四氟乙烯做绝缘的电线广泛用于宇宙航空中的各类布线。美国的 军用标准MIL-W-22759中大部分电线都用此类电线。其突出的优点是耐温等级高 达250℃,在此温度下长期使用其机械强度和电性能不受影响,同时低温性能优异, 此电线能在低温60℃下长期的使用。其次由于聚四氟乙烯频率范围宽度大,常用做 同轴电缆的绝缘;还有热电偶线绝缘和H级F级电机引出线等。
二、聚四氟乙烯材料
2) 电绝缘性能 在广阔的温度和频率范围内,聚四氟乙烯具有优异的电绝缘性能。介质损
耗角正切tgδ和相对介电常数εr在工频109 HZ范围内变化很小。从室温到 300℃之间,聚四氟乙烯的tgδ值实际变化很小,而εr随温度升高有所下降。
绝 缘 电 阻 : 聚 四 氟 乙 烯 的 绝 缘 电 阻 很 高 , 其 体 积 电 阻 率 ρv 一 般 大 于 1015Ω ·m,表面电阻率ρs大于1016 Ω即使长期浸于水中变化也不显著,随温 度变化也不大。
击穿场强:聚四氟乙烯的击穿场强很高,很薄的聚四氟乙烯薄膜,其击穿 场强可达200kv/mm;但随厚度的增加,击穿场强逐渐降低。
抗电弧能力:聚四氟乙烯对电弧作用极为稳定,通常耐电弧性大于300s。 这是因为在高电压表面放电时,不会因炭化而引起短路,仅分解为气体。即使在长 期露天暴露,受到尘埃雨露的污染情况下,也不影响其绝缘性能。但是由于聚四 氟乙烯中氟原子的负电性很高,1~2Ev的电子就会使其游离分解,所以它的耐电 晕性不佳。
聚四氟乙烯生产工艺
由于PTFE的熔融粘度高,无法使用普通树脂的 成形方法(螺杆挤出或注射成形),所以与有机溶剂 类的助剂混合的方法进行糊状挤出成形。由约0.3μ m的PTFE凝集成500μm颗粒状的粉末。在这粉末中 添加15~20%的助剂,把渗透了助剂的原料用柱塞进 行挤出。
以下对生产设备及工艺进行简单概述
有很好的耐湿性和耐水性, 聚四氟乙烯本身透湿性和吸水性极微,放在水中浸泡 24H后,吸水性实际等于零,浸水后的绝缘电阻基本不变,是其他材料所不及的。 7)耐气候性。
耐气候性优良.在大气环境中,由于聚四氟乙烯分子中不存在光敏基团,臭氧也不 能与其作用,使其在炎热高温的热带和湿热带气候条件下, 聚四氟乙烯可不加保护长 期的使用,性能不变。 8)耐辐照性
1,聚四氟乙烯的结构特点:
分子式为
,聚四氟乙烯是分子结构完全对称的无枝化线
性聚合物,密度为(2.280~2.295)g/cm3,结晶度达93%~98%,几乎是
一个完全结晶的聚合物。在已知的高分子键中,C-F键是最牢固的键之
一,键能高达460Kj/mol。这种结构的特殊性使聚四氟乙烯具有优良的
耐热性,耐化学药பைடு நூலகம்性和耐溶剂的稳定性,高电绝缘性,表面不粘性, 和润滑性等,并具有极高的熔融粘度。
分子结构图:
二、聚四氟乙烯材料
2,聚四氟乙烯的性能: 1)物理性能
聚四氟乙烯是一种高结晶度的聚合物,它的螺旋状结晶的晶格距离变化在 19℃、29℃和327℃有转折点,即晶体在这三个温度上下,其体积会发生突变。 因此,19℃和327℃这两个温度的转变点,对聚四氟乙烯的加工工艺来说是很重 要的。
19℃的晶体转变温度:主要对加工坯料极为重要。如果压制坯料的温度低于 19℃,而当制成坯料的处于19℃以上的温度时,其晶格距离会变大,使预成形 制品变形,最终导致烧结的制品内部存在开裂。
一、氟塑料的种类
氟塑料是对各种含氟聚合物的总称。氟塑料在电线电缆中被广泛应用,常见 的氟塑料如下: 1、聚四氟乙烯,英文缩写为PTFE或TFE,平时也称它为“塑料王”。工作温度为 250℃。但是不能熔融挤出。常用的是推挤工艺。国外最新的工艺是直接推挤后 拉伸,使绝缘产生微孔,这种工艺的专利和产品都已面世。用来做安装线、射 频电缆绝缘。 2、聚全氟乙丙烯(FEP,F46),F46的工作温度为200℃,是可以熔融挤出加工的。 F46的应用之一安装线的绝缘、天花板夹层电缆、护套材料、石化行业用的恒功 率电缆,自控温电缆,油井的测井电缆、潜油泵电缆、油井加热电缆等,计算 机网络电缆、计算机控制电缆、电力电缆、控制电缆热电偶补偿电缆等 3、乙烯-四氟乙烯共聚物(F40),英文缩写为ETFE。长期工作温度为150℃,短时 可达180℃。由于F40卓越的机械韧性结合优良的耐电压特性,与F46相比,同样 规格的电线,其绝缘层厚度几乎可以减少一半,所以F40电线的重量与体积可明 显降低。 4、可熔性聚四氟乙烯(PFA),是四氟乙烯与全氟烧基醚的共聚物。加工性能更优 于F46,F46能用的地方PFA都可以用。在F4绝缘射频电缆的行军标中,有几个规 格,指明用PFA作护套,最高工作温度为250℃。要求耐开裂性好的地方,应选 用PFA。 5、聚偏氟乙烯(PVDF),有均聚物和共聚物,特点:1)工作温度由90~150℃多 个等级;2)具有极好的柔韧性、耐磨损;3)极好的耐化学性能;4)阻燃性好; 5)可辐照交联;6)挤出性能非常好。 在我国的应用还不普遍。 作为汽车电 线的绝缘是非常优秀的,PVDF在挤出时可以不用镍基合金而直接用普通挤出机。
⑤预成形
3~5MPa 无开裂发生
⑥机内预成形
⑦挤出成形
⑧助剂干燥
⑨烧结
为防止偏心、尺寸 变动,使用与挤出 压接近的压力进行 机内预成形。
必须根据干燥・烧 结区域的长度来调 节生产速度。
30℃左右 芯棒
AL=承径段 截面积
模头间隙 压模夹角 20~30°
AR=芯棒截面积 AC=挤出缸
截面积
柱塞
聚四氟乙烯生产工艺
3,PTFE推挤绝缘生产工艺流程:
①原料保存
②过筛
③混合助剂
湿气少的地方 推荐:5~19℃
4~10 目
沸点100~250℃ 添加量15~20wt%
④熟化
25~40℃ 16小时以上
聚四氟乙烯具有突出的耐化学稳定性,它不受强腐蚀性的化学试剂 侵蚀,亦不与之发生任何作用,它也完全不受王水、氢氟酸、浓硫酸、氯 磺酸、热的浓硫酸、沸腾的苛性钠溶液氯气以及过氧化氢的作用.即使 在高温下,聚四氟乙烯也能保持很好的耐化学稳定性,只有在高温下的氟 元素和熔融的钾钠等碱金属与之发生作用。
二、聚四氟乙烯材料
压缩比在100以下,一般用来生产生料带和微孔带;500以下的低压缩比料, 用 来 生产中、大规格的产品;500~2000为中压缩比;2000~4400为高压缩比料,这种 料适合生产薄壁细线,能连续大长度高效率生产。
工厂目前前用牌号为大金PTFE F104,杜邦PTFE 6C 下表为电线用聚四氟乙烯树脂的主要技术性能指标:
聚四氟乙烯材料与工艺
目录
一、氟塑料的种类 二、聚四氟乙烯材料
1,聚四氟乙烯的结构特点 2,聚四氟乙烯的性能
1)物理性能 2)电绝缘性能 3)耐热性 4)耐化学稳定性 5)力学性能 6)耐湿性和耐水性 7)耐气候性 8)耐辐照性 9)其他性能 3,聚四氟乙烯在电线电缆中应用 4,聚四氟乙烯原材料的保管和处理 三、聚四氟乙烯生产工艺 1,推挤设备图示 2,推挤机机头截面图 3,聚四氟乙烯推挤绝缘生产工艺流程 4,聚四氟乙烯推挤绝缘生产工艺图示
5)力学性能 由于聚四氟乙烯大分子之间的相互吸引力较小,因此他只有中等的抗拉强度. 聚
四氟乙烯塑料的抗拉强度和伸率是符合电线电缆的使用要求的,在高温下,当温度不 超过250℃时, 聚四氟乙烯的力学性能变化不大;当温度超过327℃时,由于聚四氟乙烯 失去结晶结构,其力学性能突然变坏,如重新冷却至327℃以下,力学性又可复原。 6)耐湿性和耐水性
电线电缆的制造,选择适宜的聚四氟乙烯树脂对提高生产率和产品质量都是至 关重要的。选择易于吸收助挤剂的树脂,熟化时间短;压缩比宽的树脂,可适合各种 结构的电线;此外,聚四氟乙烯绝缘树脂必须满足成品电线电缆绝缘性能的各种考 核要求,例如电压试验,老化试验等一系列的例行试验。
商品化的聚四氟乙烯树脂粉牌号很多,但适用于电线电缆绝缘成形的高压缩比 的树脂并不多。
二、聚四氟乙烯材料
4,聚四氟乙烯原材料的保管和处理 PTFE细粉末必须保持粉末状,以便加入挤压辅助剂后仍能浇注。运输时应尽
量避免剧烈震动以防止粉末结块。存放时温度应控制在25℃或更低。最好放置在 10℃~20℃的干燥处,此时最不易结块;即使已结块,也能恢复到粉末状态。因 此,使保管和处理大为简化。当温差大时,避免在湿度大的条件下存以免水蒸气凝 结。
聚四氟乙烯生产工艺
1,推挤设备图示
干燥和烧结炉的每段长为3m 干燥温度 100~250℃ 烧结温度 360~400℃
计数器
电控柜
#2 #1 #3
排气口
干燥区 烧结区 模头
放卷机
收卷机
火花测试仪
引取装置
芯线
聚四氟乙烯生产工艺
2,推挤机机头截面图
口模 带式加热器
50~70 ℃
针模 SUS制
夹具
预成型坯 挤出缸
二、聚四氟乙烯材料
3)耐热性 聚四氟乙烯具有相当高的耐热性和耐低温性能。聚四氟乙烯的耐
热性在现有的工程塑料中是很高的。它虽在200℃时开始有微量的分解 物出现,但从200℃至熔点327℃以上温度,其分解速度仍然非常缓慢, 几乎可以忽略不计;只是在400℃,才发生显著的分解,每小时的重量损失 约为0.01%。经热分解的聚四氟乙烯,平均分子量有所下降,结晶度则有所 增加。抗拉强度降低。当在300℃加热一个月,其抗拉强度约下降10%~ 20%;在260℃下长期加热,其抗拉强度基本不变。因此,从热分解的观点 来看,聚四氟乙烯可以在300℃下短期的使用,在260℃下则可长时间的 连续使用。若从热变形的观点看,在负荷不大的情况下,聚四氟乙烯可 以在260℃下长期连续的使用;在负荷较大时,热变形显著,其使用温度就 相应的降低。聚四氟乙烯在-200℃这样的极低的温度下,不硬脆仍具有令 人满意的机械强度和柔软性。用聚四氟乙烯做绝缘的电线,完全可以在 -60~+260℃下使用。 4)耐化学稳定性
聚四氟乙烯结晶度的大小,对电线的物理性能和力学性能有一定的影响。结 晶度大,聚四氟乙烯的密度也大,物理力学性能有所提高。在加工过程中应对聚 四氟乙烯的结晶度加以控制。结晶度与分子量的大小和烧结后的冷却速度有关。 在相同的冷却速率下,分子量越小,越易结晶,结晶速度也越高,在分子量相同情 况下,极其缓慢的冷却速度,有助于大分子的重结晶,因此制品的结晶度高。最高 可达75%左右,迅速冷却,能阻止无定形凝胶的重结晶,最快的冷却速度,其结晶 度一般也在50%左右。烧结后的聚四氟乙烯结晶度通常在50%~70%之间,在 310℃~315℃温度范围内有最大的结晶速度。
二、聚四氟乙烯材料
聚四氟乙烯按聚合方法的不同,分为悬浮聚四氟乙烯和分散聚四氟 乙烯两大类。分散聚四氟乙烯又分为粉末和浓缩分散液两种型态。其中 粉状分散树脂在加入一定量的助剂(如石油醚)及填料(如石英粉)经
混合后,专供推压成型,适用于电线电缆等薄壁制品的推压加工,在目 前电线生产中应用较多。由于公司目前设备只能生产聚四氟乙烯绝缘电 线,因而我们对聚四氟乙烯进行重点介绍:
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