F46是一种有机混合物,是
四氟乙烯和
六氟丙烯的
共聚物,即聚全氟乙丙烯,六氟丙烯的含量约15%左右,是
聚四氟乙烯的改性材料。
简介
F46树脂既具有与
聚四氟乙烯相似的特性,又具有
热塑性塑料的良好加工性能。因而它弥补了聚四氟乙烯加工困难的不足,使其成为代替聚四氟乙烯的材料,在
电线电缆生产中广泛应用于高温高频下使用的电子设备传输电线、电子
计算机内部的连接线、航空宇宙用电线及其特种用途安装线、
油泵电缆和
潜油电机绕组线的
绝缘层。
根据加工需要,F46可分为粒料、分散液和
漆料三种。其中,
粒料按其
熔融指数的不同,可供模压、挤出和
注射成型用;分散液供浸渍烧结用;漆料供喷涂等用。
结构特点
F-46树脂和
聚四氟乙烯一样,也是完全氟化的结构,不同的是聚四氟乙烯主链的部分氟原子被三氟甲基(-CF3)所取代,
结构式如下:
由此可见,F-46树脂和聚四
氟乙烯虽都由碳氟元素组成,
碳链周围完全被氟原子包围着,但F-46其
大分子的主链上有分支和
侧链。这种结构上的差别对于材料在长期应力下的温度范围上限来看,无很大影响,F-46的上限温度为200℃,而聚四氟乙烯的最高使用温度是260℃。但是,这种结构上的差别,却使F-46树脂具有相当确定的熔点,并可用一般的
热塑性加工方法成型加工,使加工工艺大为简化。这是聚四氟乙烯所不具备的。这便是用六氟丙烯改性聚四氟乙烯的主要目的。
性能
F-46中六氟丙烯的含量对共聚体的性能是有一定的影响。目前生产的F-46树脂的
六氟丙烯的含量,通常在14%-25%(
质量分数)左右。
物理性能
F-46树脂的分子量测定,目前尚无可行的方法。但它在380℃时的熔融粘度要比
聚四氟乙烯低,为103-104Pa.s。可见F-46的分子量比聚四氟乙烯低得多。
F-46的熔点随共聚体的组分不同而有一定的差异,共聚体中六氟丙烯的含量的增加时,熔点变低。按
差热分析法所测得的结果,国产F-46树脂的熔点大多在250-270℃之间,比聚四氟乙烯低。
F-46树脂是一种
结晶性高聚物,
结晶度比聚四氟乙烯低一些,当F-46熔体缓慢冷却到
晶体熔点以下温度时,大分子重新结晶,结晶度在50%-60%之间;当熔体以淬火方式迅速冷却时,结晶度较小,在40%-50%之间。F-46的
晶体结构形态,均为
球晶结构,并随树脂和加工成型温度及热处理方式的不同而有一定的差异。
电绝缘性能
F-46的电
绝缘性能和
聚四氟乙烯十分相近。它的介电系数从
深冷到最高
工作温度,从50Hz到1010Hz
超高频的广阔范围内几乎不变,并且很低,仅2.1左右。介质损耗角正切随频率的变化则有些变化,但随温度变化不大。
F-46树脂的
体积电阻率很高,一般大于1015?.m,且随温度变化甚微,也不受水和潮气的影响。耐电弧大于165s。
F-46的击穿场随厚度的减少而提高,当厚度大于1mm时,
击穿场强在30kV/mm以上,但不随温度的变化而变化。
热性能
F-46树脂的耐热性能 仅次于
聚四氟乙烯,能在-85-+200℃的温度范围内连续使用。即使在-200℃和+260℃的极限情况下,其性能也不恶化,可以短时间使用。
F-46树脂的
热分解温度高于熔点温度,在400℃以上才发生显著的热分解,分解产物主要是
四氟乙烯和
六氟丙烯。由于F-46大分子通常带有的等
端基在熔点以上温度时也会分解,因此300℃以上进行加工时也必须注意适当的通风。F-46在熔点温度以下是相当稳定的,但在200℃高温下
机械强度损失较大。图2是F-46树脂的
熔融指数在恒温下的瞬间变化情况,熔融指数表示F-46在372℃,5000g重力下,10min内流过规定孔径的克数,因此,可用熔融指数的增加来分析
熔体粘度的减少及
共聚物发生热分解的情况。图3是F-46与F-4
绝缘电线相比较的寿命曲线。
F-46在-250℃时仍不定期完硬脆,还保持有很小的
伸长率和一定的曲挠性,比
聚四氟乙烯甚至更好些,是其他所有各类塑料所不及的。
耐化学稳定性
F-46的耐
化学稳定性与
聚四氟乙烯相似,具有优异的耐化学稳定性。除与高温下的氟元素、熔融的
碱金属和
三氟化氯等发生反应外,与其他
化学药品接触时均不被腐蚀。
力学性能
F-46与
聚四氟乙烯相比,硬度及
抗拉强度略有提高,
摩擦系数也比聚四氟乙烯略大。常温下,F-46具有较好的耐蠕变性能;但当温度高于100℃时,耐蠕变性能反而不及聚四氟乙烯。
其他性能
F-46树脂在大气中抗氧化性能非常好,耐大气稳定性高。F-46的耐辐照性要比
聚四氟乙烯好,略逊于聚乙烯。在空气中和室温下,F-46开始出现性能变化的最小
吸收剂量为105-106rad?既103-104Gy,故可作耐辐照材料使用。
工艺要点
F-46具有较好的加工
工艺性能。可采用通常的挤出法包覆
电线电缆的绝缘层。为了正确设计
挤出机和模具,控制和掌握F-46树脂的加工条件,首先应了解F-46的流变性能。F-46在390℃温度下
剪切应力与
剪切速率的关系。其粘度μA随剪切速率加而下降。 F-46的
临界剪切速率,如果剪切速率超过此数值,就会引起塑料流动的下均匀,结果使制品表面粗糙,无光泽和起层。F-46的临界剪切速率值与
聚乙烯,尼龙相比相差悬殊,因而熔融破裂问题尤为严重。
F-46树脂在加工中有两个特征,即具有
熔融破裂的倾向和熔融状态时有特高的可拉伸性。为了在电线电缆生产中尽量消除或改善熔融破裂和提高
生产率,通常采取以下措施:第一,采用挤管式模具,扩大模子的开口,以减慢聚合物在模口的流速,使之在低于临界剪切速率的适中挤出速度下挤出树脂,并提高生产率;第二,在不致使树脂分解的前提下,尽可能提高熔融树脂的温度,以降低树脂粘度,从而提高其临界剪切速率。
F-46的挤出机,一般采用单头全螺纹、等距、突变压缩型螺杆。为保证F-46树脂的充分塑化,螺杆的均化区长度,通常占螺杆全长的25%左右;螺杆顶端呈圆锥形,以防止树脂的停滞和分解。
加料区长度 15.5D 压缩区长度 0.5D
均化区长度难关 4D 螺纹宽带 0.1D
加料区螺纹槽深 ?h1 1/6D
均化区螺纹槽深 ?h2 1/18D
?2 F-46绝缘电线挤出工艺要点
(1)供料:F-46挤出前,先在120℃下
预烘3h左右为宜。
(2)导电
线芯预热:为保证挤出的F-46绝缘层内外温度均一,导电线芯应预热至300-350℃。
(3)
挤出机的
温度分布:挤出机一般以280℃(
进料口)至380℃(机头)直线上升的温度分布为好;机头温度
波动范围不大于±5℃,并应在不致使树脂分解的前提下,尽量提高机头温度,以降低树脂的熔融粘度。挤出机机身(自进料口至机头)、机头、
模套的参考温度如下:
机身 第一段 280-310℃ 第二段 315-330℃
第三段 340-360℃ 第四段 360-380℃
机头 380℃ 模套 380-410℃
(5)螺杆的转速:协同温度将
螺杆转速调好后,在F-46树脂挤出加工过程中不要变动频繁,如有必要可稍加调整。螺杆转速应随导电线芯截面的大小而有所不同,一般可取5-15r/min。
(6)模具模口保温:保温区应布满整个拉伸区,
保温温度在350-380℃,以避免F-46的锥体至成型之前,由于表面骤冷而形成应力,从而导致绝缘开裂。
(7)绝缘电线冷却:从
挤出机挤出后的电线采用水冷。模口与水槽距离以较近为宜,建议不大于20cm。
(8)设置
滤网。为改善F-46树脂的塑化和混合质量,增加反压力,挤出机螺杆端部应加2-3层滤网为宜。
(9)每批F-46材料应力求以最佳情况挤出,保证
塑化良好,锥体透亮,无气泡,表面光滑,锥体与模套间无“
眼屎”。每
批料要做好工艺记录,以便积累资料和
工艺数据,有利于
质量分析。
F-46绝缘电线在树脂质量不佳和挤出工艺不当时,绝缘层会发生开裂现象,其主要原因是:
(a)绝缘层有
内应力。生产内应力的原因很多,例如加工过程中树脂组成不均所引起的塑化不良和加工工艺不当等。
(b)绝缘中大
球晶、
片晶交界面联系分子链少,或球晶过大、脆弱
(d)树脂分子量过小或分布过宽,使材料承受强度降低。
应用
聚全氟乙丙烯树脂具有与
聚四氟乙烯相似的特性,又有热塑塑料的良好加工工艺,因而使之成为代替聚四氟乙烯的重要材料。F-46在
电线电缆生产中广泛应用于高温高频下使用的电子设备
传输线,电子计算机内部的连接线,航空宇宙用电线,及其他特种用途安装线、油矿
测井电缆、
潜油电机绕组线、
微电机引出线等等。