ppt-聚四氟乙烯绝缘电缆制造和应用

聚四氟乙烯绝缘电缆制造和应用李富根1一，前言 聚四氟乙烯是含有氟原子（ F）的塑料。凡是 含有氟原子的塑料统称为氟塑料 。 含氟塑料与其他塑料相比，具有更优异的耐高低温、耐腐蚀、耐侯性、电气绝缘性、不吸收水及低的摩擦系数等等特性，因此它已经成为现代尖端科学技术、军工生产和各工业领域所不能缺少的新型塑料之一。2一，前言 含氟塑料在电线电缆工业主要用于要求耐高温、耐热条件下的产品，其中尤以聚四氟乙烯的使用最为突出。如制造各种耐高温的航空电线、测（油）井电缆、加热电缆、耐高温射频同轴电缆等等。 3一，前言 氟塑料的品种很多，目前在电线电缆工业中应用的氟塑料有：聚四氟乙烯（ F-4）、聚全氟乙丙稀（F-46）、 四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物（ PFA）、 四氟乙烯和乙烯的共聚物（ F-40）、三氟氯乙烯和乙烯的共聚物（ F-30）、聚三氟氯乙烯（ F-3）和聚偏二氟乙烯（ F-2）等。4一，前言 聚全氟乙丙烯（ F 46）聚全氟乙丙烯是四氟乙烯和全氟丙烯（ CF2 CF CF3）的共聚物，简称 FEP。由于三氟甲基（ CF3）取代了部分氟原子，因而破坏了聚四氟乙烯的结晶性（ F 46的 结晶度为 40 50，分子链的长度也比四氟乙烯短，从而降低了粘度，使它能在普通挤出机上挤出加工，大大改善了工艺性，使它成为替代 F 4材料，而获得广泛 应用，它的使用温度： 100 204 。F 46主要用作电子设备中的传输线、安装线、电子计算机内部的连接线、宇宙航空用电线等等领域。5一，前言 四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物（ PFA）四氟乙烯全氟烷基共聚物（ PFA），几乎保留了 F 4的各种特性，但是它的熔融温度和一般热塑性塑料一样能熔融流动，所以可以采用挤出加工，往往称为 可熔性聚四氟乙烯，它的使用温度： 100 260 。PFA可用作大电流、高温电线、高温同轴电缆、石油勘探电缆等。目前，这种树脂价格较高。近期，日本日立公司用 PFA绝缘制成的46AWG超细同轴电缆绝缘外径只有 0.115mm。6一，前言 乙烯四氟乙烯共聚物（ ETFE）乙烯四氟乙烯共聚物，简称 F 40。它的电气绝缘性能，仅次于 F4和 F46，具有机械性能高、耐辐照、化学稳定性好等优点。 F 40是线性高聚物，其耐应力开裂性能，不如 F46，采用交联辐照可改善和提高其耐开裂性能。它虽然可挤出加工，但流动性差、收缩性较大，加工性能不如 F46。它的使用温度范围： 100 180 。F40主要用作航空电线和各类仪器仪表及电子计算机连接线、耐辐照电线和有耐高温要求的各种信号传输线的绝缘等场合。7二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯（ F4） 聚四氟乙烯是由单体四氟乙烯 CF2 CF2经游离基反应悬浮聚合而成，其平均分子量约为 15 50万 ,分子结构如下：F FCCF F8二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯有 悬浮聚合 和 分散聚合 两种聚合工艺。 聚合的方式不同，所得到的树脂颗粒大小、性能也不同，相应的成形的加工工艺也有所不同。 悬浮聚合所得树脂颗粒直径大小在 35 500微米范围，一般用作模压或挤压应用； 分散聚合的树脂： 一种为白色纤维状颗粒树脂， 供糊状冷挤出或软膏推挤用； 另一种为分散液。 9二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 由于聚四氟乙烯的 C F键的键能可达107kcal/moi， C F键不易断裂， C F键键能高，断开它需要很大的能量，它不可能发生聚乙烯那样的链转移，因而具有高度的热稳定性。聚四氟乙烯完全没有支链，是 典型的直链状线形热塑性高分子化合物。10二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 整个聚四氟乙烯大分子呈螺旋状结构，外层氟原子紧紧地将 C C主链包住，如条坚硬的长棒； 聚四氟乙烯分子结构高度对称，因此很容易结晶，结晶相含量可达 55 75。 聚四氟乙烯是完全对称线型结晶性高分子化合物 ，当加热聚四氟乙烯到 327 时（结晶相的 熔融温度 ），结晶相全部转化为无定形相，当在 310 315 时，快速冷却就能得到结晶度较小的产品；如果缓慢冷却，则其结晶度相对较大，结晶度可达 63 85；11二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 聚四氟乙烯的氟原子负电性很大，因而 C F键是很强的极性键。但是由于聚四氟乙烯排列对称，又没有支链，它的总偶极矩要比聚乙烯更接近于零，所以聚四氟乙烯完全可以称为 非极性高分子化合物。12二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 聚四氟乙烯中碳氟键的空间排列成螺旋型，碳氟键的键能较高，氟的负电性很强，氟原子的排斥力很大，从而使得分子键的内旋转很困难；聚四氟乙烯中的氟原子呈现对称性，偶极矩接近于零，使其介电常数 （ 2.0左右）和介质损 tg （ 110 5） 很小，基本不受频率和温度变化的影响。只是在低温时，聚四氟乙烯的 tg 随温度变化有所变化。 聚四氟乙烯具有优良 的介 电 性能、耐化学腐 蚀 、耐气候等等一系列的 优 秀性能。13二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 对于浓酸、浓碱或强氧化剂，聚四氟乙烯塑料即使在高温下也不会发生作用，其耐腐蚀性能甚至超过贵重金属。除某些卤化胺或芳香族碳氢化合物会使它有轻微膨胀外，酮类、醚类和醇类等有机溶剂均对其不起作用。只有在高温、高压下，熔融状的碱金属、三氟化氢及元素氟等才能对其起作用。14二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 聚四氟乙烯塑料不受氧气、紫外光作用，耐气候性能好。 聚四氟乙烯具有不燃烧，良好的耐电弧性、不吸水。聚四氟乙烯塑料可长期使用于 200 250 下，在 250 高温下，经1000小时处理后，其机械强度和介电性能均无显著变化。15二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的特性： 聚四氟乙 烯 塑料在低温 200 下，塑料的脆性仍然很小，呈 现 高 弹态 具有 优 良的柔 韧 性， 这 是由于聚四氟乙 烯 具有棒状分子 链 和螺旋型 结 构，即使在很低温度下，分子 间 仍可以滑动 所致。 总之， 聚四氟乙 烯 具有 优 异 电 气 绝缘 性能、耐高温和低温、足 够 好的机械性能和化学 稳 定性等 优 良性能，是良好的 电线电缆绝缘 材料。 16二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的缺点。 聚四氟乙烯虽是一种热塑性塑料，但是在高温时粘度很大，与其它热塑性塑料相比成形困难，聚四氟乙烯 不能采用 一般 热塑性塑料的挤出成形的加工方法，须采用推挤工艺，工艺复杂、生产效率低。 聚四氟乙烯塑料，价格相对较高。 聚四氟乙烯塑料是含卤塑料， 不是环保型材料。17二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的缺点。 聚四氟乙烯当加热到 327 时（结晶相的熔融温度），晶相消失而形成的熔融液体的粘度在1012 15Pa.s之间，仍然处在无定形的高弹态。加热到 380 时，它的粘度仍在 1011Pa.s附近，然而到 390 时已经开始分解，到 415 时则急剧分解。 直到分解开始前聚四氟乙烯都没有达到无定形相的粘流温度，所以它不能用塑料粒子成形方法，只能先在室温进行干压成形，然后再在高温下进行热处理烧结，最后控制冷却温度以获得预期性性能要求的产品； 18二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的缺点。 聚四氟乙烯冷流性严重，聚四氟乙烯在负荷的长期作用下，尺寸不稳定，而且这种变形是不可逆。即在连续负荷下会发生塑性变形，因而制成品尺寸不稳定，特别是不能制造外形复杂的产品； 19二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的缺点。 聚四氟乙烯导热性差，它因温度变化引起的膨胀和收缩要比一般塑料大，如在加工工艺中烧结温度和冷却速度控制不好，使得膨胀和收缩不一致，会造成绝缘应力开裂；20二，聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的缺点。 耐电晕性差，在电晕条件下长期负荷电压时，介电性能将降低。 耐辐照性能也不好，在 射线作用下性能降低。当辐照剂量为 510 5 510 7伦琴时， F4的抗拉强度和拉断伸长率直线下降。 F4分子中氟原子，在长期经受电压后会游离分解，使击穿电压显著降低；同时氟原子的屏蔽不能阻止波长很短的 射线的穿透，侵袭 C C主链而分解； 聚四氟乙烯只能成为 高温的低 电压 的不耐幅射的 绝缘 材料 ；21二，聚四氟乙烯 综 合考 虑 ，聚四氟乙 烯 仍不失 为电线电缆 的一种耐 热绝缘 材料。 采用聚四氟乙 烯绝缘 的 电线电缆 ，可以 应 用于 ：航空、航天技 术 中的耐高温安装 线 ；高 频 耐高温 电缆 ， 电视 和雷达无 线电 通信装置中的耐高温射 频 同 轴电缆 ；高温控制电缆，如石油勘探用电缆；医用综合电缆，如 B超电缆、超声探测电缆；高温加热电缆。22三，聚四氟乙烯绝缘的加工 自 1938年美国化学家 R.J.Plumkett合成聚四氟乙烯后，尽管聚四氟乙烯材料具有一系列优异的性能，但鉴于它的熔融粘度太大，不能采用一般的热塑性塑料的挤出加工方法，使得它的应用、发展受到了制约； 1958年美国吉宁机械制造公司提出了推压挤出聚四氟乙烯专利后，才解决了聚四氟乙烯簿层绝缘的加工问题，从此聚四氟乙烯绝缘电线获得了迅速发展和应用。23三，聚四氟乙烯绝缘的加工 聚四氟乙 烯绝缘 的 三种加工工 艺 方式：1，聚四氟乙 烯 的 软 膏推 挤 （活塞 挤 出）；2，聚四氟乙 烯 薄膜 绕 包 ；3，聚四氟乙 烯 分散式水 剂 浸涂 。24三，聚四氟乙烯绝缘的加工 聚四氟乙 烯 的 软 膏推 挤 （活塞 挤 出 ）活塞 挤 出是糊状聚四氟乙 烯 冷 挤 出或称 为软 膏推 压 挤 出 ， 这 是聚四氟乙 烯电线电缆绝缘 采用的主要加工工 艺 方式。糊状冷 挤 出或 软 膏推 挤 用的是 分散聚合 的聚四氟乙 烯树 脂，它是一种白色 纤维 状 颗 粒树 脂 ，这种树脂的比表面积大，能充分吸收有机溶剂，形成 糊膏状。25三，聚四氟乙烯绝缘的加工 聚四氟乙 烯 的 软 膏推 挤 （活塞 挤 出） 活塞 挤 出是糊状聚四氟乙 烯 冷 挤 出或称为软 膏推 挤 ， 这 是一种 间 歇式的推 压挤出，其加工工 艺 流程 为 ：F 4树 脂 过筛 加入助 挤剂 和 树脂混合 预 成形 推 压挤 出 干燥、烧结 、冷却 火花耐 电压 成品 捡验 。26三，聚四氟乙烯绝缘的加工2，聚四氟乙 烯 薄膜 绕 包聚四氟乙 烯 薄膜 绕 包是聚四氟乙 烯绝缘电线电缆 又一种 绝缘结 构加工形式。绕 包聚四氟乙 烯 薄膜 绕 包 绝缘 ，其加工工 艺 流程 为 ：聚四氟乙 烯 薄膜切条 薄膜 绕 包 绕包薄膜 烧结 火花耐 电压 成品 捡验27三，聚四氟乙烯绝缘的加工绕 包采用的聚四氟乙 烯 是 悬 浮聚合 树 脂 经过 模 压烧结 成毛坯，通 过车 削 辊压 而成。 经过辊压 的 0.5毫米厚度以下的称 为 定向薄膜 ，定向度在 2.5以上；未 经过辊压 的 为 不定向薄膜；定向度在 1.1 2.1之 间 的 为 半定向或部分定向薄膜。定向度就是薄膜加热后的收缩性 。薄膜有定向度即收缩性，才能在烧结时利用熔融时的收缩压力达到绕包绝缘层间的紧密结合。28三，聚四氟乙烯绝缘的加工 对绝缘厚度较薄的绝缘安装线，采用定向度为 1.65 2.05的 F4薄膜绕包；绕包薄膜一般都较薄和窄，为使绕包时薄膜有一定的机械强度和烧结时易烧牢，故取较大的定向度。但是，过高的薄膜定向度，机械强度是提高了，可薄膜不容易烧牢。用提高烧结温度的方