聚四氟乙烯材料性能及电线挤出工艺简介

1、聚四氟乙烯材料性能及电线挤出工艺简介目录第一节聚四氟乙烯材料介绍1聚四氟乙烯：2聚四氟乙烯的种类及用途3聚四氟乙烯的结构特点4聚四氟乙烯的性能4.1物理性能4.2聚四氟乙烯电绝缘性能4.2.1PTFE绝缘电线的电特性4.2.1.1不同频率下的介电常数4.2.1.2不同频率下的介质损耗4.2.1.3绝缘电阻4.2.1.4击穿场强4.2.1.5抗电弧水平4.3耐热性4.4耐化学稳定性4.5力学性能4.6耐湿性和耐水性4.7耐气候性4.8耐辐照性4.9其他性能5聚四氟乙烯在电线电缆中应用第二节聚四氟乙烯绝缘电线挤出材料选用1原材料的选择1.1聚四氟乙烯树脂粉1.2助推剂1.3着色剂1.3.1糊状着色

2、剂1.3.2 .粉状着色剂2 .原材料的保管和处理第三节聚四氟乙烯绝缘电线挤出工艺流程1 .工艺流程图2工序2.1工序一：过筛与计量2.2工序二：混合2.3工序三：熟化2.4工序四：预压2.5工序五：推挤绝缘2.5.1挤压装置：2.5.2模具2.5.2.1阳模2.5.2.2阴模2.5.3推机绝缘2.6工序六：烘干,烧结,冷却2.6.1烘干2.6.2烧结2.6.3冷却2.6.4温度曲线2.7主要工艺参数例如2.8聚四氟乙烯绝缘电线常出现的质量问题及解决方法第四节平安考前须知及劳动纪律1材料使用平安规定2劳动纪律及平安生产规定聚四氟乙烯材料性能及电线挤出工艺简介第一节聚四氟乙烯材料介绍1聚四氟乙烯

3、聚四氟乙烯简称F-4,英文名称PolyterafluoroethylenePTFE或TFE,是一种工程材料,它具有其他各种工程塑料的特点,而其优异性能是其他各种工程塑料所不可比较的；它的广泛的频率范围及上下温使用范围、优异的化学稳定性,高的电绝缘性,突出的外表不粘性,良好的润滑以及耐大气老化性能,使聚四氟乙烯在解决工业各部门的有关技术中,属于其他塑料之上.2聚四氟乙烯的种类及用途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.悬浮聚四氟乙烯树脂系白色粉末,颗粒较大,经适当的后处理,可得到不同颗粒度的粉末.这种粉状树脂用于模压,压延加工成型,而不直接用于电线电缆的生产.用于

4、电线电缆绝缘时,应将悬浮聚四氟乙烯模压,烧结成圆柱型坯料,再在车床上车削成聚四氟乙烯薄膜.这种薄膜又称熟料带,供电线电缆绕包绝缘用.分散聚四氟乙烯又分为粉末和浓缩分散液两种型态.其中： 粉状分散树脂在参加一定量的助剂如石油醒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： 也可将粉状分散树脂推压成型,然后滚压成薄膜 又称生料带 供细线径电线绝缘或电线护套绕包用.聚四氟乙烯浓缩分散液主要供浸渍多孔材料如石棉,玻璃,纤维编织及粉末冶金法制成的金属轴承的外表涂层用.聚四氟乙烯绝缘电磁线及耐高温电线的玻璃纤维编织层就是聚四氟乙烯浓缩液涂制用的.3聚四

5、氟乙烯的结构特点聚四氟乙烯由四氟乙烯聚合而成,其分子结构为：FtcF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2.2802.295g/cm3结晶度达93398%几乎是一个完全结晶的聚合物.在的高分子键中,C-F键是最牢固的键之一,键能高达460Kj/mol,大分子主碳键的周围被氟原子的紧密的保卫着,使C-C键不受一般活泼分子的侵袭.此外,氟原子体积较大,相互排斥,整个大分子链呈螺旋状,在大分子的主链上具有对称的氟原子,所以电性中和,整个分子不带极性.这种结构的特殊性使聚四氟乙烯具有优良的耐热性,耐化学药品性和耐溶剂的稳定性,高电绝缘性,外表不粘性,和润滑性等,并具有极高的熔融粘度.

6、4聚四氟乙烯的性能4.1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19c.29c和327c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,19c和327c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.19C.的晶体转变温度,主要对加工坯料极为重要,用聚四氟乙烯制成薄膜或推挤电线绝缘层时,都有一个将聚四氟乙烯粉状树脂模压成型的过程.如果压制坯料白温度低于19C,而当制成坯料的处于19c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.327c是聚四氟乙烯的熔点,严格地说,在此温度以上时,结晶结构消失,转变为透明的

7、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,在360c时高达10101011Pa.s,仍然不能流动.该特性决定了聚四氟乙烯不能采取一般的热塑性树脂相同的方法如熔融挤出,进行成型加工,而是用类似的粉末冶金的加压与烧结相结合的方法加工.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,以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.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.通常,结晶度大,聚四氟乙烯的密度也大,物理力学性能有所提升；反之那么小.所以在加工过程中应对聚四氟乙烯的结晶度加以限制.聚四

8、氟乙烯的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,如果迅速的冷却,能阻止无定形凝胶的重结晶,结晶度小,但即使是最快的冷却速度,其结晶度一般也在50%左右.所以冷却速率不同,烧结后的聚四氟乙烯结晶度通常在50%-70叱间,在310c315c温度范围内有最大的结晶速度.聚四氟乙烯的密度和结晶度的函数关系PTFE是一种坚韧,柔软,没有弹性,拉伸强度适中的材料,低温性能好,当温度低至-269C时,在受压力的情况,PTFE仍然具有延展性.4.2

9、聚四氟乙烯电绝缘性能4.2.1PTFE绝缘电线的电特性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.由于聚四氟乙烯分子链中的氟原子对称,均匀分布,不存在固有的偶极距,使介质损耗角正切tg8和相对介电常数er在工频109Hz范围内变化很小.从室温到300c之间,聚四氟乙烯的tg8值实际变化很小,而er随温度升高有所下降.4.2.1.1不同频率下的介电常数501005001000频率KHZ10O O5 532324.2.1.2不同频率下的介质损耗0.00060.00050.00040.00030.00020.000110501005001000频率(KHz)4.2.1.3绝缘电阻聚四氟

10、乙烯的绝缘电阻很高,其体积电阻率pv一般大于1015am外表电阻率ps大于1016a即使长期浸于水中变化也不显著,随温度变化也不大.4.2.1.4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.0.020.050.10.20.51.0聚四氟乙烯的介电强度和厚度的关系4.2.1.5抗电弧水平聚四氟乙烯对电弧作用极为稳定,通常耐电弧性大于300s.这是由于在高电压外表放电时,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,12Ev的

11、电子就会使其游离分解,所以它的耐电晕性不佳.4.3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200c时开始有微量的分解物出现,但从耗损质介(mm)200c至熔点327c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400C,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,结晶度那么有所增加.抗拉强度降低.当在300c加热一个月,其抗拉强度约下降10%-20%;在260c下长期加热,其抗拉强度根本不变.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下那么可长时

12、间的连续使用.假设从热变形的观点看,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.可见,用聚四氟乙烯做绝缘的电线,完全可以在-60+260C下使用.4.4耐化学稳定性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.4.

13、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,其力学性能忽然变坏,如重新冷却至327以下,力学性又可复原.4.6耐湿性和耐水性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,浸水后的绝缘电阻根本不变,是其他材料所不及的4.7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

14、件下,聚四氟乙烯可不加保护长期的使用,性能不变.4.8耐辐照性耐辐照性欠佳.,聚四氟乙烯在真空中,吸收剂量达104GY(106RAGM显著白分解.在大气环境中,吸收剂量达200Gy(2x104rad)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4.9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.5聚四氟乙烯在电线电缆中应用聚四氟乙烯具有各种

15、优异的性能,频率范围广,上下温使用范围宽,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中大局部电线都用此类电线.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.第二节聚四氟乙烯绝缘电线挤出材料选用1原材料的选择1.1聚四氟乙烯树脂粉商品化的聚四氟乙烯树脂粉牌号很多,但适用于电线电缆

16、绝缘成形的高压缩比的树脂并不多.下表为电线用聚四氟乙烯树脂的主要技术性能指标性能工程技术指标抗拉强度(25C)/Mpa20.6断裂伸长率(%)200热老化?0.5压缩比?500卜表为适合电线绝缘的PTFE挤出树脂粉的主要商品牌号制造1商商品牌号推挤粉料一PolyflonTFEF-201F-205杜邦Tefion6C-J6J640-JTCFP60006C旭硝子AflonCD076CD090德国3MHostafion20712072对于电线电缆的制造商来说,选择适宜的聚四氟乙烯树脂对提升生产率和产品质量都是至关重要的.一般来说,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

17、；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.1.2助推剂助推挤顾名思义是为了减小推压时的粘制力,它应选用易扩散、易被树脂润湿吸收,且推压成形后易于挥发、不留残迹的石油产品.其挥发温度应低于烧结温度.助推剂的参加量应视实际使用情况、成型条件而定,一般为15%25%重量分.一般选用汽油、石油醒、石蜡油聚等.1.3着色剂有关着色用原料的要求,应在聚四氟乙烯烧结温度及电线电缆的最高允许工作温度下,具有良好的耐热稳定性,不分解,不褪色,；不严重的影响绝缘的各项性能,特别是对电线绝缘的影响要小；且应具有着色性好,色泽鲜艳,在聚四氟乙烯粉中

18、分散性好,迁移性小,不污染模具的特点.通常用着色剂及其用量见表.1.3.1糊状着色剂大日金化公司的糊状着色剂颜色牌号参加量棕FCTH-8003%o黄3%o绿FCTH-5003%o橙3%o里八、FCTH-7003%o紫FCTH-9006%o兰FCTH-6003%o红FCTH-2203%o灰FCTH-7503%1.工艺流程图1.3.2.粉状着色剂2.原材料的保管和处理第三节聚四氟乙烯绝缘电线挤出工艺流程颜色参加量红3%o黄5%o绿1.5%.兰3%o棕3%o灰2%o橙4%o紫4%o里八、6%o橙色为3分黄+2分红配制紫色为2分兰+2分红配制PTFE细粉末必须保持粉末状,以便参加挤压辅助剂后仍能浇注.

19、运输时应尽量预防剧烈震动以防止粉末结块.存放时温度应限制在25c或更低.最好放置在10c20c的枯燥处,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,预防在湿度大的条件下存以免水蒸气凝结.2工序2.1工序一：过筛与计量供膏状挤用的分散聚四氟乙烯树脂在剪切压力下容易引起纤维化,因此应预防使用一切造成纤维化的器具.同时由于氟塑料静电引尘力强,注意预防灰尘侵入.在搬动料库中的聚四氟乙烯树脂粉时应轻拿轻放,预防剧烈的振动,以预防粉末结块.对于聚四氟乙烯树脂粉应随用随取.把聚四氟乙烯树脂粉倒入筛料机中筛子目数12筛料,筛后的料直接筛入直径400mm,高445mm

20、的混料筒中.对于未过筛的粗块,应装入清洁密闭透明的塑料袋中,待装满1/3后.扎好口轻轻的震动,使粗块碎成粉末,然后再过筛.在筛料过程中应注意不要把粉料弄脏,以免最后制成的产品夹有污斑,使电特性降低.待料筛满混料筒的2/3后停止筛料,把混料筒放在电子称上称量.2.2工序二：混合按工艺要求参加助推剂,如果有颜色的要求那么参加着色剂.然后加盖密封,盖子要盖严预防挤压辅助剂挥发.把混料桶放在混料机上混料,一般混料时间为20min,混料机转速r/min.混料机的转速不要太高,否那么会造成物料附于筒壁内部.以混合均匀为标准.2.3工序三：熟化为使助挤剂更充分的弥散到粉末颗粒的外表,必须将混合料在室温下23

21、C或稍高下密封静置515小时,保证助剂充分浸润物料,加工时有利于树脂的均匀化.2.4工序四：预压预压的目的是除去伴入挤压辅助剂后的粉末中的空气,并把糊状树脂压制成与电线推压机料筒相应的毛坯,直径比料筒约小12mm预压时将混合料加预压型腔内,加压至其体积为初始体积的1/3.压力为1.03.0Mpa,实际证实预成型压强过大或过小,会造成绝缘外径不符合工艺的要求.压力表上的压强随坯料径向尺寸的增大而增大.压力表的压强X压机活塞面积山物=吊数坯料截面积根据产品的外径可适当的调节预成型压强,增加预成型坯料的压强会使绝缘的径向收缩率减小.这在生产实际中有重要的意义.径向收缩率二挤出外径一烧结后外径.x10

22、0%一挤出外径一线芯外径坯料预成型时,为使压力均匀的传递,以利于尺寸的稳定性,必须徐徐的加压,一般预压速度为50mm/min或稍低.预压时不应有附加剪切力,加压后材料内部不应有残留的空气.到达规定的压强后保持恒压至少5分钟,然后逐渐的减压.脱模的坯料应用手指甲轻轻的剥除已经纤维化的局部,把坯料要直接的移入推压机的钢筒中,搬动中应预防污染.2.5工序五：推挤绝缘2.5.1挤压装置：下列图为典型的聚四氟乙烯绝缘电线推压系统简图,由导体放线装置,推压机,烘干/烧结炉,火花试验机,收线装置等组成.挤压机包括缸筒,挤出活塞,导杆,传动机构,阳模,阴模等.我厂引进得推压钢的内径分为90mm44.5mm导杆

23、直径分别为25.4mm,19mm.2.5.2模具模具是推挤工艺的关键部件,在某种程度上,模具的设计和制作水平决定了工艺水品的上下.2.5.2.1阳模推挤压力与阳模的锥角成正比,因此通常的阳模锥角不超过20.阳模锥角小,减小推挤压力有利于绝缘外径的稳定,对于厚壁绝缘这种作用更为明显.阳模承线应根据树脂的性能及产品适当的选择,承线长有利于绝缘外径的稳定,使外表光滑,但不利于助剂挥发.其次,阳模锥角内外表的光洁度是高速高压缩比挤出的关键.2.5.2.2阴模阴模的内孔要根据线芯结构单线或绞线及具体情况进行选择,过小,会使线芯不易顺利穿过,过大会造成“倒料,使挤出不能顺利进行.在使用过程中,注意阴模经常

24、会被线芯磨损,应及时修整或更换,否那么会影响挤出的质量.2.5.3推机绝缘把坯料装入挤压机的料筒中进行冷挤.为了使推挤时纤维化均匀,对模具及缸筒应适当的加温.一般模具温度一般限制在50c60c缸筒温度3035C,挤压成型时阳模承线的入口处和阴模之间必须留有间隙.如果间隙太小,树脂丛模子里向外泳流时,受到过分的剪切,大分子过分的纤维化,造成横向强度不够,这是造成纵向开列的重要原因,容易引起绝缘电线的晃动及产生绝缘内裂纹现象以及绝缘“套管现象.反之,如果间隙太大,树脂流速减慢,上的包复压力增加,包复紧密,外表光滑,但是往往由于这种包附力太大,树脂从模子里向外涌流时,一般容易引起所谓的“葫芦以及线芯

25、“松花现象.使推挤难以顺利进行,所以合理限制推挤压力特别重要.下面为影响挤出压力的其他主要因素：压缩比：在助挤剂量一定的条件下,一般挤出压力随压缩比的增加而增加挤出助剂的配比：在压缩比一定的条件下,一般挤出压力随助挤剂的参加量增加而降低,其次挤出压力还与阳模的角度,承线长度,以及阳模的光洁度,以及挤出速度等有关系.2.6工序六：烘干,烧结,冷却2.6.1烘干冷挤后的电线应先烘干,烘干即助挤剂的挥发.在烘干阶段必须使助挤剂逐步的充分的挥发掉,如果烧结速度太快,助挤剂未充分的逸出,电线即进入烧结区,烧结后的电线会产生纵向开裂,造成电2.6.2烧结烧结温度应高于树脂的熔点327C,烧结温度根据绝缘的

26、厚度而定,一般对于薄壁绝缘,烧结温度一般限制在400420C,对于壁厚绝缘一般温度限制在360380C,烧结温度过高会造成绝缘的老化或热分解使绝缘层的电气性能和机械性能降低.如果过低那么孔隙无法完全的消除,同样也会使绝缘的性能变差.烧结过程是一种物理过程,未经烧结的聚四氟乙烯大分子是一种晶区与处于高弹态的非晶区的混合物,当温度到达327c时晶区开始消失,转变成无定型的胶态,这时大分子链开始扩散,同时也有分子链的松弛过程,最正确的烧结温度可以使分子链的扩散过程迅速的进行.分子链的运动结果,填补了助剂挥发所留下来的孔隙,消除了树脂颗粒因推挤过程中定向纤维化等所产生的内应力,大分子紧密的压缩比=挤出

27、缸筒内径2导杆内径2阳模内径2线芯外径2使树脂分界面消失,从而引起树脂流动性降低,树脂在线芯压的击穿.般烘干温度限制在100300C.链在一起.适当的提升温度,有利于扩散过程的进行但是由于聚四氟乙烯的导热性差,在绝缘层中容易产生很大的温度梯度,也就是说温度过高,烧结速度不恰当的加快,会使绝缘外表分解,而其内外表尚未“烧熟,这种绝缘层外外表过烧而内外表烧结缺乏的现象,导致绝缘纵向的开裂.因此对于厚壁的绝缘产品,烧结时一般适当的采用较低的温度,较低的速度,绝缘层的质量较好.2.6.3冷却为使处于烧结的聚四氟乙烯结晶终止并定型,必须进行冷却,冷却速度的快慢直接影响绝缘的结晶和收缩率,同时也与绝缘层中应力有关系.一般来说冷却速度快,使绝缘的结晶率低,收缩率小,这对电线电缆产品是有益的.但是不适当的快速冷却,因绝缘的内外的温度梯度太大而导致应力的增加,严重时也会造成应力开裂.260c时聚四氟乙烯的结晶终止.因此一般把冷却温度定为260c以下至室温.A0100200300400C2.7主要工艺参数例如0.4mm2聚四氟乙烯绝缘电线推挤主要工艺参数例如工艺参数数值助推剂22gr 00g树脂模具内径1.7i nm模具承线长度3-4mm模具角度24模具温度4050