聚四氟乙烯PTFE的加工工藝及使用原理

1、聚四氟乙烯（PTFE ）的加工工藝及使用原理摘要：聚四氟乙烯薄膜繞包是聚四氟乙烯絕緣電線(xiàn)電纜又一種絕緣結(jié)構(gòu)加工形式。）繞包用聚四氟乙烯采用的聚四氟乙烯是懸浮聚合樹(shù)脂經(jīng)過(guò)模壓燒結(jié)成毛坯，通過(guò)車(chē)削輥壓而成。經(jīng)過(guò)輥壓的0.5毫米厚度以下的稱(chēng)為定向薄膜，定向度在2.5以上；未經(jīng)過(guò)輥壓的為不定向薄膜；定向度在1.12.1之間的為半定向或部分定向薄膜。一、聚四氟乙烯（PTFE）薄膜繞包聚四氟乙烯薄膜繞包是聚四氟乙烯絕緣電線(xiàn)電纜又一種絕緣結(jié)構(gòu)加工形 式。）繞包用聚四氟乙烯采用的聚四氟乙烯是懸浮聚合樹(shù)脂經(jīng)過(guò)模壓燒結(jié)成毛 坯，通過(guò)車(chē)削輥壓而成。經(jīng)過(guò)輥壓的 0.5毫米厚度以下的稱(chēng)為定向薄膜，定向度 在2.5以上；

2、未經(jīng)過(guò)輥壓的為不定向薄膜；定向度在1.12.1之間的為半定向或部分定向薄膜。對(duì)于絕緣厚度較小的聚四氟乙烯絕緣安裝線(xiàn)，主要采用定向度為1.652.05的薄膜進(jìn)行繞包；由于繞包安裝線(xiàn)所用的薄膜，一般都比較薄和窄，為了使繞包 加工時(shí)薄膜有一定的機(jī)械強(qiáng)度和燒結(jié)時(shí)容易燒牢，故而取較大的定向度。但是， 如果進(jìn)一步提高薄膜的定向度，機(jī)械強(qiáng)度雖然提高了，可是薄膜確不容易燒牢。 用提高燒結(jié)溫度的方法則往往會(huì)造成聚四氟乙烯的分解，從安全角度考慮，這是必須避免的。對(duì)于絕緣厚度較厚的聚四氟乙烯絕緣射頻同軸電纜，繞包所用的薄膜厚度一般為0.1毫米左右，需要對(duì)電纜進(jìn)行多次或多層繞包，才能得到所需要的絕緣厚 度，因此如果采

3、用定向度過(guò)大的薄膜，則會(huì)使繞包薄膜在燒結(jié)時(shí)收縮劇烈， 造成 整個(gè)絕緣開(kāi)裂；如果用降低燒結(jié)溫度的辦法，又會(huì)使薄膜層間不能融合燒牢靠。 但是對(duì)較厚絕緣電纜所用的薄膜必須有定向度的要求。定向度就是薄膜加熱后的收縮性。薄膜有定向度即收縮性，才能在燒結(jié)時(shí)利用熔融時(shí)的收縮壓力達(dá)到繞包 絕緣層間的緊密結(jié)合。為了達(dá)到薄膜既有適當(dāng)收縮，又要容易燒結(jié)，對(duì)絕緣厚度 較厚的電纜的繞包薄膜定向度取為1.1± 0.05左右，而不采用安裝線(xiàn)絕繞包薄膜 定向度1.652.05的薄膜進(jìn)行繞包；聚四氟乙烯薄膜繞包絕緣，其加工工藝流程為：聚四氟乙烯薄膜切條薄膜繞包繞包薄膜燒結(jié)火花耐電壓成品檢 驗(yàn)。二、推擠推擠是預(yù)壓好的坯

4、體放置于活塞推壓機(jī)中，當(dāng)推壓機(jī)的活塞上升或下降時(shí)， 坯體通過(guò)具有一定錐角的模具，在剪切力的作用下將樹(shù)脂顆粒拉伸成纖維狀結(jié) 構(gòu)，然后再經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)、冷卻等工序，獲得聚四氟乙烯絕緣。在推擠過(guò)程中，推擠壓力的大小，直接影響絕緣性能和絕緣能否順利地?cái)D出。 推擠壓力小，擠出的絕緣疏松并且多孔；推擠壓力過(guò)大，容易使機(jī)器過(guò)載，并造 成絕緣層的過(guò)分定向會(huì)造成絕緣縱向開(kāi)裂， 甚至使擠出的絕緣層成碎片而不能成 形。要得到合適的壓力，必須選擇適當(dāng)?shù)耐茢D壓縮比。壓縮比是推擠中的一個(gè)重要參數(shù)。 壓縮比M定義為：推擠機(jī)的活塞截面積S 與制得的絕緣層截面積S、之比，即M=S/S、。由此可見(jiàn)，壓縮比是表示料腔活 塞截面積和

5、制得的絕緣層截面積尺寸的相對(duì)變化，也就是推擠時(shí)絕緣所受到的推 擠壓力大小。一般在實(shí)際生產(chǎn)中，壓縮比取 300800之間。值得指出，壓縮比的大小 與所用樹(shù)脂的質(zhì)量、模具角度、模具的承線(xiàn)長(zhǎng)短等等因素有關(guān)。首先所取壓縮比， 不能超過(guò)樹(shù)脂本身容許的壓縮比范圍。在電線(xiàn)電纜的推擠絕緣中，模具所取角度 以取20度左右較好。但當(dāng)減小壓縮比時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)增大模具角度，反之則應(yīng)減 小。模具的承線(xiàn)短，貝U使壓縮比增大，擠出壓力增大。由于聚四氟乙烯樹(shù)脂粉末 對(duì)擠出壓力的敏感性大，因此過(guò)高的壓力不僅會(huì)使絕緣的定向度增加， 沿?cái)D出方 向造成開(kāi)裂，而且易在擠出層內(nèi)部粒子間形成硬脆的交界面， 使樹(shù)脂燒結(jié)時(shí)不能 熔融在一起，也會(huì)

6、引起絕緣的裂紋。由此可見(jiàn)，壓縮比或推擠壓力的大小及均勻 與否，都直接影響推擠的擠出和絕緣質(zhì)量。 只有選取適當(dāng)?shù)膲嚎s比，并使推擠壓 力保持均勻，才能保證絕緣的擠出質(zhì)量，并避免擠出的絕緣層松緊不一的現(xiàn)象。在推擠過(guò)程中，推擠速度的控制主要取決于干燥和燒結(jié)速度。燒結(jié)速度過(guò)慢， 有時(shí)會(huì)由于助擠劑大量逸出而不能成形，同時(shí)這樣的生產(chǎn)效率低。推擠速度太慢， 還會(huì)由于坯體受壓力時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使預(yù)制品密實(shí)，助擠劑不易逸出而使絕緣發(fā)黃。 推擠速度太快，容易造成干燥不完全、不充分，造成絕緣發(fā)黃甚至發(fā)黑，同時(shí)絕 緣也不容易燒結(jié)透。因此推擠速度必須小于或等于干燥速度，而干燥速度又與絕 緣尺寸、絕緣厚度、干燥區(qū)域的長(zhǎng)度等等因

7、素有關(guān)。值得指出的是，模具選取也直接影響絕緣尺寸和質(zhì)量。模具外?？壮叽?，應(yīng) 使其相當(dāng)于擠出的絕緣外徑d2,并稍大于絕緣外徑d2,這是考慮到聚四氟乙烯 經(jīng)過(guò)燒結(jié)后有一定的收縮率，而且收縮率隨絕緣厚薄不同而不相等。當(dāng)外模的承 線(xiàn)增長(zhǎng)時(shí)，則會(huì)使推擠壓力增大，反之則減小。一般壓縮比增大時(shí)，應(yīng)使模具的 承線(xiàn)短些，因?yàn)槌芯€(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，將使推擠壓力增大，容易造成絕緣燒結(jié)后產(chǎn)生裂紋。 同樣，外模的錐角大則推擠的壓力大，反之則壓力小。模具錐角大小的選取還跟 缸筒、壓縮比大小等有關(guān)。模具的錐角一般選為 1520度，以20度比較適宜。 外模錐體和?？椎墓鉂嵍?，直接影響絕緣的表面質(zhì)量。當(dāng)錐體和?？撞还鉂崳?潔度較差時(shí)，會(huì)

8、導(dǎo)致絕緣表面起毛，并出現(xiàn)花白裂紋等現(xiàn)象。為了保證絕緣表面 質(zhì)量，要求外模錐體和?？椎墓鉂嵍冗_(dá)到 7以上，制造模具的材料以不銹鋼較 好，模具的內(nèi)模孔大小，以使導(dǎo)體線(xiàn)芯能夠不緊不松通過(guò)就好。干燥和燒結(jié)干燥和燒結(jié)的主要作用是使推擠的絕緣層，在燒結(jié)溫度下經(jīng)過(guò)熔融透明后，由于分子間力的作用使它成為密實(shí)的整體。干燥和燒結(jié)的工藝方法可采用烘箱燒結(jié)和管型爐燒結(jié)。管型爐燒結(jié)的燒結(jié)質(zhì)量較好，燒結(jié)均勻、便于連續(xù)生產(chǎn)、成形工藝簡(jiǎn)單，因而獲得普遍應(yīng)用，這是聚 四氟乙烯絕緣主要采用的干燥和燒結(jié)工藝方法。在管型燒結(jié)爐中，按其溫度分布和所起作用，可分為：干燥區(qū)、預(yù)熱區(qū)、燒結(jié)區(qū)和冷卻區(qū)。各區(qū)的溫度高低和分布，直接影響絕緣的物理

9、機(jī)械性能和表面質(zhì) 量。1）干燥區(qū)干燥區(qū)的作用是除去助擠劑。干燥區(qū)的溫度按推擠時(shí)所用助擠劑的種類(lèi)不同 而決定。一般干燥區(qū)的溫度以使所用助擠劑沸程范圍內(nèi)即可，以達(dá)到除去助擠劑的目的。當(dāng)擠出速度一定時(shí)，如果干燥區(qū)溫度太高，會(huì)導(dǎo)致干燥速度太快，助擠劑來(lái) 不及揮發(fā)，會(huì)使絕緣發(fā)黃，產(chǎn)生夾層、氣泡或裂紋。反之，如果干燥溫度太低， 助擠劑不能全部揮發(fā)逸出，也會(huì)使絕緣發(fā)黃，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)黑適當(dāng)放長(zhǎng)干燥區(qū)的長(zhǎng)度，有利于助擠劑的充分揮發(fā)。干燥區(qū)的溫度，應(yīng)均勻緩慢上升，沿縱向長(zhǎng)度各點(diǎn)溫度差應(yīng)不大于 5C為好，以避免擠出的絕緣層膨脹 不均勻。干燥區(qū)的最高溫度不應(yīng)超過(guò)聚四氟乙烯的結(jié)晶熔點(diǎn)327 Eo2）預(yù)熱區(qū):預(yù)熱區(qū)是干燥

10、區(qū)和燒結(jié)區(qū)之間的一個(gè)接續(xù)區(qū)段，它的溫度一般在270330C 的范圍內(nèi)。預(yù)熱區(qū)的溫度過(guò)高或過(guò)低，也會(huì)導(dǎo)致絕緣的裂紋。預(yù)熱區(qū)的作用是使聚四氟乙烯絕緣層，在一定的溫度范圍內(nèi)，有一個(gè)穩(wěn)定的 過(guò)程，使助擠劑得到進(jìn)一步的充分揮發(fā)和逸出。3）燒結(jié)和冷卻區(qū)當(dāng)聚四氟乙烯絕緣層離開(kāi)干燥和預(yù)熱區(qū)時(shí)，絕緣層中存在較多的孔隙需要在 燒結(jié)區(qū)加以消除，使得絕緣層緊密成為整體。聚四氟乙烯是晶相和非晶相的混合 物。聚四氟乙烯聚合物的非晶相的玻璃化溫度為一 120C，晶態(tài)的熔融溫度是327C。當(dāng)溫度超過(guò)晶體熔點(diǎn)時(shí)，聚合物開(kāi)始轉(zhuǎn)為非晶態(tài)，聚四氟乙烯呈現(xiàn)透明 狀態(tài)，此時(shí)絕緣層體積增加約 25%，燒結(jié)區(qū)的作用就是實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)過(guò)程：消

11、除絕緣層中的孔隙，使絕緣緊密成為整體。燒結(jié)區(qū)的溫度高低與絕緣厚度、收線(xiàn)速度等有關(guān)。燒結(jié)區(qū)溫度分布應(yīng)呈現(xiàn)波 浪型，即逐步升高后再逐步下降。這是考慮聚四氟乙烯在熔點(diǎn)附近有較大體積膨 脹的緣故。因?yàn)槿绻麥囟润E然由預(yù)熱區(qū)的 300C左右，驟然上升到燒結(jié)區(qū)的420 450C，則會(huì)由于聚四氟乙烯的導(dǎo)熱性差，而在絕緣內(nèi)外表面造成溫度梯度，使 絕緣層膨脹不一造成內(nèi)部應(yīng)力，造成絕緣開(kāi)裂。逐步升溫和降溫，可以減小和避 免這種內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)過(guò)燒結(jié)后的聚四氟乙烯，其冷卻過(guò)程就是使它從非晶態(tài)轉(zhuǎn)播為晶態(tài)。冷卻 后結(jié)晶體含量，除與聚合物本身分子量有關(guān)外，還與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度快， 結(jié)晶含量少，伸長(zhǎng)率大收縮率小。對(duì)于薄層絕緣，快速冷卻有利