美国市场经销的 FEP 有 DUIPont 公司的 Teflon 牌、Daikin 公司的 Neoflo 牌、Hoechst Celanese 公司的 IHoustaflow 牌。其主要的用途是用于制作管和化学设备的内村、滚筒的面层 及各种电线和电缆,如飞机挂钩线、增压电缆、报警电缆、扁形电缆和油井测井电缆。FEP 膜已见用作太 阳能收集器的薄涂层。 聚全氟乙丙烯FEP或者 F46,是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,六氟丙烯的含量约15%左右,是 聚四氟乙烯的改性材料。 F-46树脂既具有与聚四氟乙丙烯相似的特性,又具有热塑性塑料的良好加工性能。因而它弥补 了聚四氟乙丙烯加工困难的不足,使其成为代替聚四氟乙丙烯的材料,在电线电缆生产中广泛应用于高温 高频下使用的电子设备传输电线、电子计算机内部的连接线、航空宇宙用电线及其特种用途安装线、油泵 电缆和潜油电机绕组线的绝缘层。 根据加工需要,F-46可分为粒料、分散液和漆料三种。其中,粒料按其熔融指数的不同,可供 模压、挤出和注射成型用;分散液供浸渍烧结用;漆料供喷涂等用。 1 聚全氟乙丙烯的结构特点 F-46树脂和聚四氟乙丙烯一样,也是完全氟化的结构,不同的是聚四氟乙烯主链的部分氟原子 被三氟甲基(-CF3)所取代,结构式如下: 由此可见,F-46树脂和聚四氟乙烯虽都由碳氟元素组成,碳链周围完全被氟原子包围着,但F -46其大分子的主链上有分支和侧链。这种结构上的差别对于材料在长期应力下的温度范围上限来看, 无很大影响,F-46的上限温度为200℃,而聚四氟乙烯的最高使用温度是260℃。但是,这种结 构上的差别,却使F-46树脂具有相当确定的熔点,并可用一般的热塑性加工方法成型加工,使加工工 艺大为简化。这是聚四氟乙烯所不具备的。这便是用六氟丙烯改性聚四氟乙烯的主要目的。 2 聚全氟乙丙烯的性能 F-46中六氟丙烯的含量对共聚体的性能是有一定的影响。目前生产的F-46树脂的六氟丙烯 的含量,通常在14%-25%(质量分数)左右。 1 物理性能 F-46树脂的分子量测定,目前尚无可行的方法。但它在380℃时的熔融粘度要比聚四氟乙烯 低,为103-104Pa.s。可见F-46的分子量比聚四氟乙烯低得多。 F-46的熔点随共聚体的组分不同而有一定的差异,共聚体中六氟丙烯的含量的增加时,熔点变 低。按差热分析法所测得的结果,国产F-46树脂的熔点大多在250-270℃之间,比聚四氟乙烯 低。 F-46树脂是一种结晶性高聚物,结晶度比聚四氟乙烯低一些,当F-46熔体缓慢冷却到晶体 熔点以下温度时,大分子重行结晶,结晶度在50%-60%之间;当熔体以淬火方式迅速冷却时,结晶 度较小,在40%-50%之间。F-46的晶体结构形态,均为球晶结构,并随树脂和加工成型温度及 热处理方式的不同而有一定的差异。 2 电绝缘性能 F-46的电绝缘性能和聚四氟乙烯十分相近。它的介电系数从深冷到最高工作温度,从50Hz 到1010Hz超高频的广阔范围内几乎不变,并且很低,仅2.1左右。介质损耗角正切随频率的变化 则有些变化,但随温度变化不大。 F-46树脂的体积电阻率很高,一般大于1015?.m,且随温度变化甚微,也不受水和潮气 的影响。耐电弧大于165s。 F-46的击穿场随厚度的减少而提高,当厚度大于1mm时,击穿场强在30kV/mm以上, 但不随温度的变化而变化。 3 热性能 F-46树脂的耐热性能 仅次于聚四氟乙烯,能在-85-+200℃的温度范围内连续使用。即 使在-200℃和+260℃的极限情况下,其性能也不恶化,可以短时间使用。 F-46树脂的热分解温度高于熔点温度,在400℃以上才发生显著的热分解,分解产物主要是 四氟乙烯和六氟丙烯。由于F-46大分子通常带有的等端基在熔点以上温度时也会分解,因此300℃ 以上进行加工时也必须注意适当的通风。F-46在熔点温度以下是相当稳定的,但在200℃高温下机 械强度损失较大。图2是F-46树脂的熔融指数在恒温下的瞬间变化情况,熔融指数表示F-46在3 72℃,5000g重力下,10min内流过规定孔径的克数,因此,可用熔融指数的增加来分析熔体 粘度的减少及共聚物发生热分解的情况。图3是F-46与F-4绝缘电线相比较的寿命曲线。 F-46在-250℃时仍不定期完硬脆,还保持有很小的伸长率和一定的曲挠性,比聚四氟乙烯 甚至更好些,是其他所有各类塑料所不及的。 4 耐化学稳定性 F-46的耐化学稳定性与聚四氟化乙烯相似,具有优异的耐化学稳定性。除与高温下的氟元素、 熔融的碱金属和三氟化氯等发生反应外,与其他化学药品接触时均不被腐蚀。 5 力学性能 F-46与聚四氟乙烯相比,硬度及抗拉强度略有提高,摩擦系数也比聚四氟乙烯略大。常温下, F-46具有较好的耐蠕变性能;但当温度高于100℃时,耐蠕变性能反而不及聚四氟乙烯。 6 其他性能 F-46树脂在大气中抗氧化性能非常好,耐大气稳定性高。F-46的耐辐照性要比聚四氟乙烯 好,略逊于聚乙烯。在空气中和室温下,F-46开始出现性能变化的最小吸收剂量为105-106r ad?既103-104Gy,故可作耐辐照材料使用。 4 聚全氟乙丙烯挤出工艺要点 F-46具有较好的加工工艺性能。可采用通常的挤出法包覆电线电缆的绝缘层。为了正确设计挤 出机和模具,控制和掌握F-46树脂的加工条件,首先应了解F-46的流变性能。F-46在39 0℃温度下剪切应力与剪切速率的关系。其粘度 μA随剪切速率加而下降。 F-46的临界剪切速率,如 果剪切速率超过此数值,就会引起塑料流动的下均匀,结果使制品表面粗糙,无光泽和起层。F-46的 临界剪切速率值与聚乙烯,尼龙相比相差悬殊,因而熔融破裂问题尤为严重。 F-46树脂在加工中有两个特征,即具有熔融破裂的倾向和熔融状态时有特高的可拉伸性。为了 在电线电缆生产中尽量消除或改善熔融破裂和提高生产率,通常采取以下措施:第一,采用挤管式模具, 扩大模子的开口,以减慢聚合物在模口的流速,使之在低于临界剪切速率的适中挤出速度下挤出树脂,并 提高生产率;第二,在不致使树脂分解的前提下,尽可能提高熔融树脂的温度,以降低树脂粘度,从而提 高其临界剪切速率。 (1) 挤出机螺杆的主要参数 F-46的挤出机,一般采用单头全螺纹、等距、突变压缩型螺杆。为保证F-46树脂的充分塑 化,螺杆的均化区长度,通常占螺杆全长的25%左右;螺杆顶端呈圆锥形,以防止树脂的停滞和分解。 螺杆的主要技术参数如下: 长径比L/D 20 螺距 1D 加料区长度 15.5D 压缩区长度 0.5D 均化区长度难关 4D 螺纹宽带 0.1D 加料区螺纹槽深 ?h1 1/6D 均化区螺纹槽深 ?h2 1/18D 压缩比 ?h1/h2 ?2 3 F-46绝缘电线挤出工艺要点 1)供料:F-46挤出前,先在120℃下预烘3h左右为宜。 2)导电线芯预热:为保证挤出的F-46绝缘层内外温度均一,导电线芯应预热至300-35 0℃。 3)挤出机的温度分布:挤出机一般以280℃(进料口)至380℃(机头)直线上升的温度分 布为好;机头温度波动范围不大于± 5℃,并应在不致使树脂分解的前提下,尽量提高机头温度,以降低 树脂的熔融粘度。挤出机机身(自进料口至机头)、机头、模套的参考温度如下: 机身 第一段 280-310℃ 第二段 315-330℃ 第三段 340-360℃ 第四段 360-380℃ 机头 380℃ 模套 380-410℃ 4)模套的拉伸比:宜选择在50-200范围内。 5)螺杆的转速:协同温度将螺杆转速调好后,在F-46树脂挤出加工过程中不要变动频繁,如 有必要可稍加调整。螺杆转速应随导电线芯截面的大小而有所不同,一般可取5-15r/min。 6)模具模口保温:保温区应布满整个拉伸区,保温温度在350-380℃,以避免F-46的 锥体至成型之前,由于表面骤冷而形成应力,从而导致绝缘开裂。 7)绝缘电线冷却:从挤出机挤出后的电线采用水冷。模口与水槽距离以较近为宜,建议不大于2 0cm。 8)设置滤网。为改善F-46树脂的塑化和混合质量,增加反压力,挤出机螺杆端部应加2-3 层滤网为宜。 9)每批F-46材料应力求以最佳情况挤出,保证塑化良好,锥体透亮,无气泡,表面光滑,锥 体与模套间无“眼屎”。每批料要做好工艺记录,以便积累资料和工艺数据,有利于质量分析。 F-46绝缘电线在树脂质量不佳和挤出工艺不当时,绝缘层会发生开裂现象,其主要原因是: (a)绝缘层有内应力。生产内应力的原因很多,例如加工过程中树脂组成不均所引起的塑化不良 和加工工艺不当等。 (b)绝缘中大球晶、片晶交界面联系分子链少,或球晶过大、脆弱 (c)不稳定基团产生的大分子的断链 (d)树脂分子量过小或分布过宽,使材料承受强度降低。 (e)六氟丙烯含量过低,组成分布不均匀。 5 聚全氟乙丙烯在电线电缆中的应用 聚全氟乙丙烯树脂具有与聚四氟乙烯相似的特性,又有热塑塑料的良好加工工艺,因而使之成为代 替聚四氟乙烯的重要材料。F-46在电线电缆生产中广泛应用于高温高频下使用的电子设备传输线,电 子计算机内部的连接线,航空宇宙用电线,及其他特种用途安装线、油矿测井电缆、潜油电机绕组线、微 电机引出线等等。