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1、聚四氟乙烯材料性能及电线挤出工艺简介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抗电弧能力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
2、粉1.2助推剂1.3着色剂1.3.1糊状着色剂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主要工艺参数示例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 安全注意事项及劳动纪律1材料使用安全规定2劳动纪律及安全生产规定聚四氟乙烯材料性能及电线挤出工
3、艺简介第一节 聚四氟乙烯材料介绍1 聚四氟乙烯聚四氟乙烯简称F-4,英文名称Polyterafluoroethylene(PTFE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拟的;它的广泛的频率范围及高低温使用范围、优异的化学稳定性,高的电绝缘性,突出的表面不粘性,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
4、模压,压延加工成型，而不直接用于电线电缆的生产。用于电线电缆绝缘时，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：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表面涂层用。聚四氟乙烯绝缘电磁线及耐
5、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：FFFFCCn 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（2.2802.295）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，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
6、品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。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，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。327是聚四
7、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360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
8、提高;反之则小。所以在加工过程中应对聚四氟乙烯的结晶度加以控制。聚四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%之间，在310315温度范围内有最大的结晶速度。2.242.202.00聚四氟乙烯的密度和结晶度的函数关系0 20 40 60 80 100 （结晶度百分数
9、）密度（g/cm3）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（-269）时，在受压力的情况，PTFE仍然具有延展性。4.2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tg和相对介电常数r在工频109HZ范围内变化很小。从室温到300之间，聚四氟乙烯的tg值实际变化很小，而r随温度升高有所下降。4.2.1.1不同频率下的介电常数介电常数3.02.52.010 50 100 500 1000频率（KHZ）4.2.
10、1.2不同频率下的介质损耗10 50 100 500 10000.0006 0.00050.00040.00030.00020.0001介质损耗 频率（KHz）4.2.1.3绝缘电阻聚四氟乙烯的绝缘电阻很高，其体积电阻率v一般大于1015m，表面电阻率s大于1016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.1005020100.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 (mm)介电强度聚四氟乙烯的介电强度和厚度的关系4.2.1.5抗电弧能力聚四氟乙
11、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，12Ev的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
12、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。可见，用聚四氟乙烯做绝缘的电线，完全可以在-60+260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
13、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.4.5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.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24
14、H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(106RAG)时显著的分解.在大气环境中,吸收剂量达200Gy(2104rad)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 优异的性能，频率范围广，高低温使用范围宽，化学稳定性优
