1、聚全氟乙丙烯（FEP ）絕緣電纜制造和應(yīng)用含氟塑料與其他塑料相比，具有更優(yōu)異的耐高低溫、耐腐蝕、耐侯 性、電氣絕緣性、不吸收水及低的摩擦系數(shù)等等特性，因此它已經(jīng)成為 現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)、軍工生產(chǎn)和各工業(yè)領(lǐng)域所不能缺少的新型塑料之。目前在電線電纜工業(yè)中應(yīng)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。聚全氟乙丙烯（F-46）,除使用溫度比聚四氟乙烯約低 50C外，它 幾乎具有聚四氟乙烯的所有優(yōu)良性能。它在一 85205C的使用溫度范 圍內(nèi)，具有優(yōu)良的電氣特

2、性、優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、特出的抗光熱老化 性能、不燃及較好的機(jī)械強(qiáng)度。聚全氟乙丙烯（F-46）克服了聚四氟乙 烯不能用塑料擠出機(jī)加工的缺點(diǎn)，它的加工性能好，可使用生產(chǎn)效率較 高的螺桿擠出加工工藝的特點(diǎn)，促進(jìn)了它的應(yīng)用和發(fā)展。一，聚全氟乙丙烯（F 46）的結(jié)構(gòu)和性能聚全氟乙丙烯是四氟乙烯和六氟丙烯（CF2 = CF- CF3）的共聚 物，簡稱FEP或F-46。聚全氟乙丙烯中的六氟丙烯（CF2= CF CF3） 是以嵌段方式進(jìn)入聚合物骨架的，它的分子式結(jié)構(gòu)為：-（CF2 CF2） x（ CF2 CF） x-nCF2其中四氟乙烯約為8283%（重量比），六氟丙稀為1718%。 由于三氟甲基（CF3）

3、取代了部分氟原子，因而破壞了聚四氟乙烯 ii的結(jié)晶性（F 46的結(jié)晶度為40? 50%; F-4的結(jié)晶度在55? 75%）, 分子鏈的長度也比四氟乙烯短，從而降低了粘度，使它能在擠出機(jī)上 擠出加工，大大改善了工藝性，使它成為替代 F4材料，作為耐高 溫電線電纜的絕緣和護(hù)套材料而獲得廣泛應(yīng)用。聚全氟乙丙烯具有聚四氟乙烯相仿的優(yōu)良電氣絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，硬度和抗拉強(qiáng)度比聚四氟乙烯略有提高，而工藝性大為改善。 結(jié)晶相熔融溫度（280C）約比聚四氟乙烯低50C左右，但它仍可長 期使用于85? + 204C溫度范圍，并且在常溫下比聚四氟乙烯有較 好的抗冷流性，只是摩擦系數(shù)略低。聚全氟乙丙烯也存在有耐應(yīng)力

4、開 裂性能和耐電暈不佳的缺點(diǎn)，使得它不能應(yīng)用于高壓絕緣。從環(huán)保要 求衡量，聚全氟乙丙烯和聚四氟乙烯一樣，都是含有鹵數(shù)F的非環(huán)保 型材料，對(duì)環(huán)境和人類健康都有不良的影響。聚全氟乙丙烯既具有聚四氟乙烯相似的寶貴特性，又具有熱塑性 塑料的優(yōu)良加工性能，從而使它成為替代F-4材料在電線電纜上獲得 廣泛應(yīng)用。在電線電纜上，聚全氟乙丙烯可用作高頻高溫要求的傳輸線、安裝線、電子計(jì)算機(jī)內(nèi)部的連接線、宇宙航空、航天用電線以及腐蝕性 環(huán)境中使用的各種安裝線、油泵電纜和潛油電機(jī)繞組線等應(yīng)用。聚全氟乙丙烯和聚四氟乙烯的主要性能比較，見表1所示。表1 F-46和F-4主要性能比較材料名稱性能項(xiàng)目 j聚全氟乙丙烯F-46

5、聚四氟乙烯F-4比重2.17 3.142.1 2.2吸水率（24h）0.010.01耐燃性（氧指數(shù)）9595硬度P46D50 65抗拉強(qiáng)度MN/m2200300160250（分散）屈服強(qiáng)度MN/m2147196210抗壓強(qiáng)度MN/m211249 126極限伸長率250380250400脆化溫度8080最高使用溫度C+205+260擊穿強(qiáng)度（短時(shí)間）MV/m20 2520耐電弧，s165360體積電阻率p v,Q .m10161016介電常數(shù)：£ （ 106Hz ）2.12.1介質(zhì)損耗角正切值：tg 5（106Hz ）0.00070.0002耐輻照性差差二，聚全氟乙丙烯絕緣的擠出加工聚

6、全氟乙丙烯絕緣加工流程，雖然如同一般熱塑性塑料的擠出加 工。但是，由于聚全氟乙丙烯的擠出加工溫度較高（高達(dá)350C以上）, 它是含氟塑料，F(xiàn)-46樹脂在高溫熔融擠出中，會(huì)有一些含氟氣體分解 出來，這些分解物對(duì)金屬材料具有強(qiáng)烈的腐蝕作用；雖然 F-46 的粘 度較比F-4樹脂有所降低，但是其熔融粘度仍高達(dá)104106泊，遠(yuǎn)比 一般的熱塑性樹脂的粘度大。 F-46 樹脂的粘度約比一般熱塑性塑料的 粘度大 10 100 倍，因而要求擠出設(shè)備有足夠的功率；聚全氟乙丙烯樹脂的擠出加工，對(duì)擠出設(shè)備、模具、冷卻、導(dǎo)體 線芯和控制都提出了一系列不同于一般性熱塑性塑料擠出加工的要 求。1 ，擠出設(shè)備（擠出機(jī)）如

7、上所述， F-46 樹脂，它是含氟塑料， 在高溫熔融擠出中，會(huì)有 一些含氟氣體分解出來， 這些分解物對(duì)一般金屬材料具有強(qiáng)烈的腐蝕 作用。因此，擠出 F-46 所用的擠出機(jī)的機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、模具等， 不能采用 45鋼或 38CrMoAl 合金等材料制造。當(dāng)這些材料與 F-46 高溫熔融體接觸時(shí)， 這些材料在幾天或幾個(gè)月內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)表面腐蝕和 剝落。剝落的黑色金屬腐蝕物混進(jìn)擠出絕緣中， 嚴(yán)重影響擠出絕緣的 質(zhì)量和外觀。熔融的氟聚合物樹脂對(duì)許多金屬都具有腐蝕性， 凡與熔融體接觸 的部件必須由特種耐腐蝕材料制成。因此，擠出 F-46 所用的擠出機(jī) 的機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、模具等， 應(yīng)采用高 鎳基合金 材料

8、， 如 HASTELLOY 、INCONEL 、MONEL 和 XALOY 等；國產(chǎn)材料有上海 上鋼五廠生產(chǎn)的新 3鋼（ GH1 1 3）等。擠出 F-46 的擠出機(jī)，應(yīng)具有分段獨(dú)立控制的加熱器，它的最高 加熱溫度應(yīng)不低于420C。溫度控制器要求穩(wěn)定、波動(dòng)小，應(yīng)防止線路電壓的波動(dòng)影響擠出溫度由于聚全氟乙丙烯的粘度相對(duì)還是較大， 因而擠出設(shè)備應(yīng)有足夠 的功率動(dòng)力； 擠出設(shè)備放置地應(yīng)有強(qiáng)烈的通風(fēng)和排風(fēng)設(shè)施， 防止有害 的含氟氣體的堆積，危害環(huán)境和人；螺桿、模具等粘有FEP 樹脂時(shí)，嚴(yán)禁采用燃燒化的處理方式，應(yīng)采用銅刮削工具清理。2，擠出機(jī)的機(jī)筒和螺桿鑒于F-4樹脂其熔融粘度高達(dá)104106泊，遠(yuǎn)比

9、一般的熱塑性樹 脂的粘度大，是一般熱塑性塑料的粘度的10100倍，為了使擠出的 樹脂充分熔融、塑化均勻，應(yīng)當(dāng)使擠出機(jī)的機(jī)筒和螺桿適當(dāng)長。擠出機(jī)的機(jī)筒長度和直徑比為 20：130：1。擠出機(jī)的機(jī)筒應(yīng) 有35個(gè)獨(dú)立控制的加熱區(qū)，加熱區(qū)中配備能在溫度范圍為316 C 425C精確操作（士 06C）的溫度控制器。加熱器應(yīng)有鑄青銅或鑄鋁 制成。最好使用具有比例積分微商控制作用的控制器。擠出機(jī)螺桿的壓縮比為 32：1，螺桿應(yīng)有一較長的進(jìn)料區(qū)，一 個(gè)1 至3轉(zhuǎn)的過渡段和一個(gè)約占四分之一長度的計(jì)量段。 螺桿端部加 一個(gè)混合段可提高加工性。3，擠出機(jī)頭和模具F-46 擠出機(jī)的機(jī)頭和模具應(yīng)呈流線型， 要求表面光潔

10、， 避免死角 的存在。F-46樹脂的擠出，一般采用擠管式模具，因?yàn)?F-46的熔融 粘度和拉力大， 不適宜采用擠壓式模具。 擠管式模具以一定的拉 （壓） 伸比（DDR）來防止F-46在擠出中出現(xiàn)的熔融破裂和提高生產(chǎn)效率。 拉伸比（DDR）的定義為：Dj D2gDDR =D2 - d2式中：Dd模套內(nèi)徑（mm）;Dg模芯外徑（mm）;D擠出外徑（mm）;d線芯外徑（mm）。為使絕緣外徑均勻，線芯和絕緣層結(jié)合緊密，應(yīng)使電纜絕緣層的 拉伸比不過大，一般取拉伸比為 2080之間。較大的拉伸比通常允 許使用較高的生產(chǎn)線速度，有利于提高生產(chǎn)效率，但不能超過一定值， 這將根據(jù)所應(yīng)用的樹脂性能而決定。拉伸平衡

11、系數(shù)（DBR）,表明了絕緣層外層拉伸和絕緣層內(nèi)層 拉伸之比，其表示式為：DBR = Dd / Dg D/d=Dd / D Dg/d上式中符號(hào)含義同前所示。Dd / D: Dg/d 一般取為1.151.20:1較好。對(duì)不同材料牌號(hào)的F-46 樹脂，樹脂生產(chǎn)制造商會(huì)提供 DDR和DBR的相應(yīng)的擠出指引。在十字機(jī)頭的后部要求有一段可控制的抽真空以調(diào)節(jié)熔融錐體 長度，使錐體達(dá)到理想長度。熔融錐體長度太長將導(dǎo)致較大的擠出線 徑變化；熔融錐體太短，將會(huì)導(dǎo)致錐體的斷裂。對(duì)于杜邦公司FEP100氟聚合物樹脂，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明：錐體長度為6476mm,可以達(dá)到令人滿意的156： 1拉伸比（DDR）和1.00的拉伸

12、平衡系數(shù)。如果使 用拉伸比平衡系數(shù)較高,則可用較短的錐體長度。擠出機(jī)的模具套中應(yīng)安裝熔融熱電偶和熔融壓力傳感器。 為了獲 得精確的測量值,熱電偶應(yīng)延伸到熔融流動(dòng)樹脂槽的中心線。4, 線芯預(yù)熱和擠出冷卻擠出前電纜線芯應(yīng)預(yù)熱, 預(yù)熱的目的是除去線芯上的水份、 油污, 防止擠出時(shí)模芯溫度的下降而引起擠出材料內(nèi)壁發(fā)生熔融破裂。熔融破裂是 F-46 擠出加工工藝的一個(gè)突出特性。熔融破裂使擠 出物出現(xiàn)有規(guī)律的橫向裂紋。造成這種情況的原因是 F-46 的熔融粘 度較高,當(dāng)它從機(jī)頭和模子擠出時(shí),如遭受過度的剪切作用,即當(dāng)擠 出速度使得擠出物的流動(dòng)速度超過 F-46的臨界剪切速率（309C、209 秒1 時(shí)）,

13、熔融的樹脂就處于非穩(wěn)流狀態(tài),材料出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng),產(chǎn) 生熔融破裂使產(chǎn)品表面粗糙、無光澤、彎曲時(shí)發(fā)生破裂。線芯預(yù)熱應(yīng)盡量靠近擠出十字機(jī)頭, 線芯的預(yù)熱溫度取決于應(yīng)用 情況,但預(yù)熱器在典型的線速度為 500英尺/分（152米/分）操作時(shí), 應(yīng)能把導(dǎo)體線芯加熱到149C204 C。線芯擠出前后,都應(yīng)防止抖動(dòng),抖動(dòng)會(huì)影響擠出絕緣的均勻性, 造成偏心等缺陷。 在十字機(jī)頭兩側(cè)應(yīng)裝上固定的滑輪以減少線芯的顫 動(dòng)。經(jīng)過擠出絕緣后的絕緣芯線, 應(yīng)先通過一段 0.31.5米的空氣冷 卻區(qū)，然后進(jìn)入溫度為 38 C66 C的溫水冷卻，以達(dá)到均勻冷卻和 防止絕緣體中生成收縮空隙。如果絕緣擠出后急速冷卻，則會(huì)在絕緣 表面

14、產(chǎn)生收縮孔，影響絕緣質(zhì)量；急速冷卻也會(huì)造成絕緣內(nèi)外層收縮 不均勻，形成絕緣層的應(yīng)力，使用中由于絕緣應(yīng)力存在而造成應(yīng)力開 裂。冷卻條件，很大程度取決于絕緣層的厚度和所用絕緣材料的性能。從耐高溫和耐腐蝕的要求，導(dǎo)體線芯多采用涂銀或涂鎳銅線。一 般也可采用銅線導(dǎo)體或涂錫銅線，如國內(nèi)的 AF 200和AFP 200 型電線就是采用涂錫銅線或銅線作為導(dǎo)體芯線。5, 擠出工藝控制聚全氟乙丙烯F-46的擠出溫度的控制，應(yīng)使擠出物料塑化均勻、 良好，并且不分解。從物料擠出觀察，擠出物料應(yīng)透明易拉伸、無氣 泡和纖維狀。擠出溫度設(shè)置和控制可為下表 2所示值：表2F-46擠出加工溫度設(shè)置范圍C）物料名稱機(jī)筒（身）溫

15、度機(jī)頭溫度擠出模子溫度III皿IVVF-46220 300320320350370250330350350370390擠出進(jìn)料口處的溫度稍低，以避免物料吃不進(jìn)因溫度高而包住螺 桿。模子溫度高，有利于絕緣擠出表面光潔；但是溫度不能過高，溫 度過高會(huì)產(chǎn)生氣泡，而溫度過低則會(huì)使表面粗糙。擠出溫度應(yīng)隨著擠出絕緣壁的厚度、擠出所用材料的熔融指數(shù)、螺桿轉(zhuǎn)速的快慢、高低等因素而有所變化。擠出絕緣壁薄、物料熔融指數(shù)低、螺桿轉(zhuǎn)速高，則應(yīng)提高擠出溫度設(shè)置，反之則應(yīng)降低擠出溫 度。要求擠出溫度設(shè)置分布合理、穩(wěn)定，以保證擠出樹脂的充分、均 勻塑化，同時(shí)又不會(huì)造成物料的分解、破壞。擠出加工中樹脂的降解將大大降低 F-4

16、6 的應(yīng)用性能，因此擠出 加工過程中避免樹脂降解是值得關(guān)注的問題。 降解是由于熔融溫度過 高，樹脂在擠出機(jī)中滯留時(shí)間過長以及 /或螺桿的過大剪切力而造成 的。一般，擠出過程中應(yīng)避免熔體流動(dòng)指數(shù)增加大于10。熔體流動(dòng)指數(shù)增加大于10%,通常發(fā)生于393C的5分鐘后或382C下的45 分鐘后，但在360C的60分鐘后，只增加5%。這說明在擠出機(jī)的操 作溫度下保持?jǐn)D出機(jī)內(nèi)樹脂的流動(dòng)的重要性, 同時(shí)也說明了即使擠出 機(jī)關(guān)閉一小段時(shí)間,仍然應(yīng)該降低擠出機(jī)溫度的原因。6, 擠出質(zhì)量和問題F-46 絕緣和護(hù)套電線電纜,在使用過程中往往會(huì)存在有開裂問 題。造成絕緣和護(hù)套開裂的原因主要有：（1）絕緣或護(hù)套存在內(nèi)

17、應(yīng)力,這是由于線芯或纜芯的預(yù)熱 和冷卻不當(dāng)所引起；（2）F-46 樹脂的組成不均勻或擠出塑化不良、擠出工藝不 當(dāng)所造成；（3）選用的F-46樹脂的分子量過小或分布過寬造成；（ 4）F-46 樹脂中六氟丙稀含量過低；（ 5）F-46 樹脂中不穩(wěn)定的基團(tuán)產(chǎn)生的大分子斷鏈造成。為此, F-46 擠出加工必須根據(jù)擠出絕緣或護(hù)套的不同要求, 正確、 合理的選擇不同用途的樹脂。為提高擠出質(zhì)量,避免應(yīng)力開裂,必須注意以下問題。（1）正確合理選擇樹脂的熔融指數(shù)（Ml ）。熔融指數(shù)較大的樹脂，其擠出工藝性較好，較適合于小型線和薄壁絕緣線；熔融指數(shù)較大的樹脂，主要適合應(yīng)用于絕緣較厚線和護(hù)套擠出使用；（2）線芯的預(yù)

18、熱和擠出后的緩慢冷卻，有利于降低和減小應(yīng)力開裂的發(fā)生；（3）根據(jù)F-46樹脂的性能，合理配置模具結(jié)構(gòu)和尺寸。三，聚全氟乙丙烯（FEP）樹脂供應(yīng)商及牌號(hào)、性能聚全氟乙丙烯（FEP）樹脂，目前國內(nèi)主要使用國外進(jìn)口材料,其供應(yīng)商的牌號(hào)和用途，如表 3所列。生產(chǎn)供應(yīng)商牌號(hào)名稱主要用途美國杜邦公司FEP100供電線簿層絕緣應(yīng)用；FEP140特耐應(yīng)力開裂，作較厚絕緣應(yīng)用；FEP160作耐應(yīng)力開裂護(hù)套。日本大金公司NP20供電線簿層絕緣應(yīng)用；NP30特耐應(yīng)力開裂，作較厚絕緣應(yīng)用；NP40作耐應(yīng)力開裂護(hù)套。日本旭硝之公司C88供電線絕緣應(yīng)用；C55作為電纜護(hù)套應(yīng)用；C55A特耐應(yīng)力開裂。國內(nèi)在上世紀(jì)七、八年代

19、，由上海有機(jī)氟化學(xué)研究所、天津六零九等單位曾對(duì)FEP材料進(jìn)行了專門的開發(fā)研究，尤其是對(duì) FEP的應(yīng) 力開裂進(jìn)行了多次的專題攻關(guān)，但終因種種原因使國產(chǎn)的 FEP材料 未能獲得廣泛應(yīng)用。表4列出了美國杜邦公司FEP100的主要特性。表4 FEP100的主要特性性能項(xiàng)目特性值A(chǔ)STM方法介電常數(shù)：£D-1531lOOKHz ( 105Hz)2.061MHz (106Hz)2.06介質(zhì)損耗角正切值：tg 5D-1531lOOKHz (1O5Hz)0.00031MHz (106Hz)0.0006介電強(qiáng)度D-14910mil 薄扳 V/mil20001/8英寸板材V/mil510機(jī)械性能熔體流動(dòng)指數(shù)g/10分6.6D-2116比重2.15D-762拉伸強(qiáng)度Mpa27D-1708伸長率340D-1708熱性能熔點(diǎn)C264DAT-168表5所列為杜邦公司提供的 AWG24實(shí)心銅導(dǎo)體擠出FEP100的典型操作條件，可供參考使用表5項(xiàng)目名稱單位