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FEP的英文為:Teflon* FEP (Fluorinated ethylene propylene) FEP,中文名稱(chēng)為:氟化乙烯丙烯共聚物(全氟乙烯丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯),俗稱(chēng)F46,是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的,六氟丙烯的含量約15%左右,是聚四氟乙烯的改性材料。
根據加工需要,FEP可分為粒料、分散液和漆料三種。其中,粒料按其熔融指數的不同,可供模壓、擠出和注射成型用;分散液供浸漬燒結用;漆料供噴涂等用。
聚全氟乙丙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性介質(zhì),其襯里閥門(mén)是為石油、化工、染化、農藥等行業(yè)中各種強腐蝕介質(zhì)的啟閉控制而研制的。聚全氟乙丙烯襯里閥門(mén),殼體鑄件采用熔模精鑄,外觀(guān)光潔,強度提高。與腐蝕介質(zhì)接觸處采用襯里或外包和外表金屬的多種結合,故產(chǎn)品在各種酸、堿、鹽類(lèi)強腐蝕性介質(zhì)中能完好工作。
美國市場(chǎng)經(jīng)銷(xiāo)的FEP有DUIPont公司的Teflon牌、Daikin公司的Neoflo牌、Hoechst Celanese公司的IHoustaflow牌。
二、FEP特性
FEP中六氟丙烯的含量對共聚體的性能是有一定的影響。目前生產(chǎn)的FEP樹(shù)脂的六氟丙烯的含量,通常在14%-25%(質(zhì)量分數)左右。
FEP樹(shù)脂和聚四氟乙丙烯一樣,也是完全氟化的結構,不同的是聚四氟乙烯主鏈的部分氟原子被三氟甲基(-CF3)所取代。F46樹(shù)脂和聚四氟乙烯雖都由碳氟元素組成,碳鏈周?chē)耆环影鼑?zhù),但FEP其大分子的主鏈上有分支和側鏈。這種結構上的差別對于材料在長(cháng)期應力下的溫度范圍上限來(lái)看,無(wú)很大影響,FEP的上限溫度為200℃,而聚四氟乙烯的最高使用溫度是260℃。但是,這種結構上的差別,卻使F46樹(shù)脂具有相當確定的熔點(diǎn),并可用一般的熱塑性加工方法成型加工,使加工工藝大為簡(jiǎn)化。這是聚四氟乙烯所不具備的。這便是用六氟丙烯改性聚四氟乙烯的主要目的。
1、物理性能
FEP樹(shù)脂的分子量測定,目前尚無(wú)可行的方法。但它在380℃時(shí)的熔融粘度要比聚四氟乙烯低,為103-104Pa.s??梢?jiàn)F46的分子量比聚四氟乙烯低得多。
FEP的熔點(diǎn)隨共聚體的組分不同而有一定的差異,共聚體中六氟丙烯的含量的增加時(shí),熔點(diǎn)變低。按差熱分析法所測得的結果,國產(chǎn)F46樹(shù)脂的熔點(diǎn)大多在250-270℃之間,比聚四氟乙烯低。
FEP樹(shù)脂是一種結晶性高聚物,結晶度比聚四氟乙烯低一些,當F46熔體緩慢冷卻到晶體熔點(diǎn)以下溫度時(shí),大分子重行結晶,結晶度在50%-60%之間;當熔體以淬火方式迅速冷卻時(shí),結晶度較小,在40%-50%之間。F46的晶體結構形態(tài),均為球晶結構,并隨樹(shù)脂和加工成型溫度及熱處理方式的不同而有一定的差異。
2、電絕緣性能
FEP的電絕緣性能和聚四氟乙烯十分相近。它的介電系數從深冷到最高工作溫度,從50Hz到1010Hz超高頻的廣闊范圍內幾乎不變,并且很低,僅2.1左右。介質(zhì)損耗角正切隨頻率的變化則有些變化,但隨溫度變化不大。
FEP樹(shù)脂的體積電阻率很高,一般大于1015Ω·m,且隨溫度變化甚微,也不受水和潮氣的影響。耐電弧大于165s。
FEP的擊穿場(chǎng)隨厚度的減少而提高,當厚度大于1mm時(shí),擊穿場(chǎng)強在30kV/mm以上,但不隨溫度的變化而變化。
3、熱性能
FEP樹(shù)脂的耐熱性能僅次于聚四氟乙烯,能在-85-+200℃的溫度范圍內連續使用。即使在-200℃和+260℃的極限情況下,其性能也不惡化,可以短時(shí)間使用。 FEP樹(shù)脂的熱分解溫度高于熔點(diǎn)溫度,在400℃以上才發(fā)生顯著(zhù)的熱分解,分解產(chǎn)物主要是四氟乙烯和六氟丙烯。由于FEP大分子通常帶有的等端基在熔點(diǎn)以上溫度時(shí)也會(huì )分解,因此300℃以上進(jìn)行加工時(shí)也必須注意適當的通風(fēng)。F46在熔點(diǎn)溫度以下是相當穩定的,但在200℃高溫下機械強度損失較大。圖2是F46樹(shù)脂的熔融指數在恒溫下的瞬間變化情況,熔融指數表示F46在372℃,5000g重力下,10min內流過(guò)規定孔徑的克數,因此,可用熔融指數的增加來(lái)分析熔體粘度的減少及共聚物發(fā)生熱分解的情況。圖3是F46與F-4絕緣電線(xiàn)相比較的壽命曲線(xiàn)。
FEP在-250℃時(shí)仍不定期完硬脆,還保持有很小的伸長(cháng)率和一定的曲撓性,比聚四氟乙烯甚至更好些,是其他所有各類(lèi)塑料所不及的。
4、耐化學(xué)穩定性
FEP的耐化學(xué)穩定性與聚四氟化乙烯相似,具有優(yōu)異的耐化學(xué)穩定性。除與高溫下的氟元素、熔融的堿金屬和三氟化氯等發(fā)生反應外,與其他化學(xué)藥品接觸時(shí)均不被腐蝕。
5、力學(xué)性能
FEP與聚四氟乙烯相比,硬度及抗拉強度略有提高,摩擦系數也比聚四氟乙烯略大。常溫下,FEP具有較好的耐蠕變性能;但當溫度高于100℃時(shí),耐蠕變性能反而不及聚四氟乙烯。
6、其他性能
FEP樹(shù)脂在大氣中抗氧化性能非常好,耐大氣穩定性高。FEP的耐輻照性要比聚四氟乙烯好,略遜于聚乙烯。在空氣中和室溫下,F46開(kāi)始出現性能變化的最小吸收劑量為105-106rad?既103-104Gy,故可作耐輻照材料使用。
三、FEP用途:
FEP樹(shù)脂既具有與聚四氟乙丙烯相似的特性,又具有熱塑性塑料的良好加工性能。因而它彌補了聚四氟乙丙烯加工困難的不足,使其成為代替聚四氟乙丙烯的材料,在電線(xiàn)電纜生產(chǎn)中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸電線(xiàn)、電子計算機內部的連接線(xiàn)、航空宇宙用電線(xiàn)及其特種用途安裝線(xiàn)、油泵電纜和潛油電機繞組線(xiàn)的絕緣層。
其主要的用途是用于制作管和化學(xué)設備的內村、滾筒的面層及各種電線(xiàn)和電纜,如飛機掛鉤線(xiàn)、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。FEP膜已見(jiàn)用作太陽(yáng)能收集器的薄涂層。主要應用于通訊電纜、電線(xiàn)、半導體、化工防腐、醫用材料、汽車(chē)、工業(yè)涂料等領(lǐng)域。
四、FEP擠出工藝要點(diǎn)
FEP具有較好的加工工藝性能??刹捎猛ǔ5臄D出法包覆電線(xiàn)電纜的絕緣層。為了正確設計擠出機和模具,控制和掌握FEP樹(shù)脂的加工條件,首先應了解FEP的流變性能。FEP在390℃溫度下剪切應力與剪切速率的關(guān)系。其粘度μA隨剪切速率加而下降。 FEP的臨界剪切速率,如果剪切速率超過(guò)此數值,就會(huì )引起塑料流動(dòng)的下均勻,結果使制品表面粗糙,無(wú)光澤和起層。FEP的臨界剪切速率值與聚乙烯,尼龍相比相差懸殊,因而熔融破裂問(wèn)題尤為嚴重。
FEP樹(shù)脂在加工中有兩個(gè)特征,即具有熔融破裂的傾向和熔融狀態(tài)時(shí)有特高的可拉伸性。為了在電線(xiàn)電纜生產(chǎn)中盡量消除或改善熔融破裂和提高生產(chǎn)率,通常采取以下措施:第一,采用擠管式模具,擴大模子的開(kāi)口,以減慢聚合物在??诘牧魉?,使之在低于臨界剪切速率的適中擠出速度下擠出樹(shù)脂,并提高生產(chǎn)率;第二,在不致使樹(shù)脂分解的前提下,盡可能提高熔融樹(shù)脂的溫度,以降低樹(shù)脂粘度,從而提高其臨界剪切速率。
(1) 擠出機螺桿的主要參數
FEP的擠出機,一般采用單頭全螺紋、等距、突變壓縮型螺桿。為保證FEP樹(shù)脂的充分塑化,螺桿的均化區長(cháng)度,通常占螺桿全長(cháng)的25%左右;螺桿頂端呈圓錐形,以防止樹(shù)脂的停滯和分解。
(2) FEP絕緣電線(xiàn)擠出工藝要點(diǎn)
①.供料:FEP擠出前,先在120℃下預烘3h左右為宜。
②.導電線(xiàn)芯預熱:為保證擠出的FEP絕緣層內外溫度均一,導電線(xiàn)芯應預熱至300-350℃。
③.擠出機的溫度分布:擠出機一般以280℃(進(jìn)料口)至380℃(機頭)直線(xiàn)上升的溫度分布為好;機頭溫度波動(dòng)范圍不大于±5℃,并應在不致使樹(shù)脂分解的前提下,盡量提高機頭溫度,以降低樹(shù)脂的熔融粘度。擠出機機身(自進(jìn)料口至機頭)、機頭、模套的參考溫度如下:
機身 第一段 280-310℃ 第二段 315-330℃
第三段 340-360℃ 第四段 360-380℃
機頭 380℃ 模套 380-410℃
④.模套的拉伸比:宜選擇在50-200范圍內。
⑤.螺桿的轉速:協(xié)同溫度將螺桿轉速調好后,在FEP樹(shù)脂擠出加工過(guò)程中不要變動(dòng)頻繁,如有必要可稍加調整。螺桿轉速應隨導電線(xiàn)芯截面的大小而有所不同,一般可取5-15r/min。
⑥.模具??诒兀罕貐^應布滿(mǎn)整個(gè)拉伸區,保溫溫度在350-380℃,以避免FEP的錐體至成型之前,由于表面驟冷而形成應力,從而導致絕緣開(kāi)裂。
⑦.絕緣電線(xiàn)冷卻:從擠出機擠出后的電線(xiàn)采用水冷。??谂c水槽距離以較近為宜,建議不大于20cm。
⑧.設置濾網(wǎng)。為改善FEP樹(shù)脂的塑化和混合質(zhì)量,增加反壓力,擠出機螺桿端部應加2-3層濾網(wǎng)為宜。
⑨.每批FEP材料應力求以最佳情況擠出,保證塑化良好,錐體透亮,無(wú)氣泡,表面光滑,錐體與模套間無(wú)“眼屎”。每批料要做好工藝記錄,以便積累資料和工藝數據,有利于質(zhì)量分析。 FEP絕緣電線(xiàn)在樹(shù)脂質(zhì)量不佳和擠出工藝不當時(shí),絕緣層會(huì )發(fā)生開(kāi)裂現象,其主要原因是:
(a)絕緣層有內應力。生產(chǎn)內應力的原因很多,例如加工過(guò)程中樹(shù)脂組成不均所引起的塑化不良和加工工藝不當等。
(b)絕緣中大球晶、片晶交界面聯(lián)系分子鏈少,或球晶過(guò)大、脆弱
(c)不穩定基團產(chǎn)生的大分子的斷鏈
(d)樹(shù)脂分子量過(guò)小或分布過(guò)寬,使材料承受強度降低。
(e)六氟丙烯含量過(guò)低,組成分布不均勻。
五、FEP在電線(xiàn)電纜中的應用
FEP樹(shù)脂具有與聚四氟乙烯相似的特性,又有熱塑塑料的良好加工工藝,因而使之成為代替聚四氟乙烯的重要材料。FEP在電線(xiàn)電纜生產(chǎn)中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸線(xiàn),電子計算機內部的連接線(xiàn),航空宇宙用電線(xiàn),及其他特種用途安裝線(xiàn)、油礦測井電纜、潛油電機繞組線(xiàn)、微電機引出線(xiàn)等等。