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FEP的英文為:Teflon* FEP (Fluorinated ethylene propylene) FEP,中文名稱為: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,其襯里閥門是為石油、化工、染化、農藥等行業(yè)中各種強腐蝕介質的啟閉控制而研制的。聚全氟乙丙烯襯里閥門,殼體鑄件采用熔模精鑄,外觀光潔,強度提高。與腐蝕介質接觸處采用襯里或外包和外表金屬的多種結合,故產品在各種酸、堿、鹽類強腐蝕性介質中能完好工作。
美國市場經銷的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。目前生產的FEP樹脂的六氟丙烯的含量,通常在14%-25%(質量分數)左右。
FEP樹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樹脂和聚四氟乙烯雖都由碳氟元素組成,碳鏈周圍完全被氟原子包圍著,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期應力下的溫度范圍上限來看,無很大影響,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樹脂具有相當確定的熔點,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樹脂的分子量測定,目前尚無可行的方法。但它在380℃時的熔融粘度要比聚四氟乙烯低,為103-104Pa.s??梢?/span>F46的分子量比聚四氟乙烯低得多。
FEP的熔點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,熔點變低。按差熱分析法所測得的結果,國產F46樹脂的熔點大多在250-270℃之間,比聚四氟乙烯低。
FEP樹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以下溫度時,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,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的擊穿場隨厚度的減少而提高,當厚度大于1mm時,擊穿場強在30kV/mm以上,但不隨溫度的變化而變化。
3、熱性能
FEP樹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(xù)使用。即使在-200℃和+260℃的極限情況下,其性能也不惡化,可以短時間使用。 FEP樹脂的熱分解溫度高于熔點溫度,在400℃以上才發(fā)生顯著的熱分解,分解產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以上溫度時也會分解,因此300℃以上進行加工時也必須注意適當的通風。F46在熔點溫度以下是相當穩(wěn)定的,但在200℃高溫下機械強度損失較大。圖2是F46樹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內流過規(guī)定孔徑的克數,因此,可用熔融指數的增加來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絕緣電線相比較的壽命曲線。
FEP在-250℃時仍不定期完硬脆,還保持有很小的伸長率和一定的曲撓性,比聚四氟乙烯甚至更好些,是其他所有各類塑料所不及的。
4、耐化學穩(wěn)定性
FEP的耐化學穩(wěn)定性與聚四氟化乙烯相似,具有優(yōu)異的耐化學穩(wěn)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,與其他化學藥品接觸時均不被腐蝕。
5、力學性能
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,耐蠕變性能反而不及聚四氟乙烯。
6、其他性能
FEP樹脂在大氣中抗氧化性能非常好,耐大氣穩(wěn)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,在電線電纜生產中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸電線、電子計算機內部的連接線、航空宇宙用電線及其特種用途安裝線、油泵電纜和潛油電機繞組線的絕緣層。
其主要的用途是用于制作管和化學設備的內村、滾筒的面層及各種電線和電纜,如飛機掛鉤線、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。FEP膜已見用作太陽能收集器的薄涂層。主要應用于通訊電纜、電線、半導體、化工防腐、醫(yī)用材料、汽車、工業(yè)涂料等領域。
四、FEP擠出工藝要點
FEP具有較好的加工工藝性能。可采用通常的擠出法包覆電線電纜的絕緣層。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,如果剪切速率超過此數值,就會引起塑料流動的下均勻,結果使制品表面粗糙,無光澤和起層。FEP的臨界剪切速率值與聚乙烯,尼龍相比相差懸殊,因而熔融破裂問題尤為嚴重。
FEP樹脂在加工中有兩個特征,即具有熔融破裂的傾向和熔融狀態(tài)時有特高的可拉伸性。為了在電線電纜生產中盡量消除或改善熔融破裂和提高生產率,通常采取以下措施:第一,采用擠管式模具,擴大模子的開口,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脂,并提高生產率;第二,在不致使樹脂分解的前提下,盡可能提高熔融樹脂的溫度,以降低樹脂粘度,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樹脂的充分塑化,螺桿的均化區(qū)長度,通常占螺桿全長的25%左右;螺桿頂端呈圓錐形,以防止樹脂的停滯和分解。
(2) FEP絕緣電線擠出工藝要點
①.供料:FEP擠出前,先在120℃下預烘3h左右為宜。
②.導電線芯預熱:為保證擠出的FEP絕緣層內外溫度均一,導電線芯應預熱至300-350℃。
③.擠出機的溫度分布:擠出機一般以280℃(進料口)至380℃(機頭)直線上升的溫度分布為好;機頭溫度波動范圍不大于±5℃,并應在不致使樹脂分解的前提下,盡量提高機頭溫度,以降低樹脂的熔融粘度。擠出機機身(自進料口至機頭)、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:協同溫度將螺桿轉速調好后,在FEP樹脂擠出加工過程中不要變動頻繁,如有必要可稍加調整。螺桿轉速應隨導電線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^(qū)應布滿整個拉伸區(qū),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,從而導致絕緣開裂。
⑦.絕緣電線冷卻:從擠出機擠出后的電線采用水冷。??谂c水槽距離以較近為宜,建議不大于20cm。
⑧.設置濾網。為改善FEP樹脂的塑化和混合質量,增加反壓力,擠出機螺桿端部應加2-3層濾網為宜。
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,無氣泡,表面光滑,錐體與模套間無“眼屎”。每批料要做好工藝記錄,以便積累資料和工藝數據,有利于質量分析。 FEP絕緣電線在樹脂質量不佳和擠出工藝不當時,絕緣層會發(fā)生開裂現象,其主要原因是:
(a)絕緣層有內應力。生產內應力的原因很多,例如加工過程中樹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、片晶交界面聯系分子鏈少,或球晶過大、脆弱
(c)不穩(wěn)定基團產生的大分子的斷鏈
(d)樹脂分子量過小或分布過寬,使材料承受強度降低。
(e)六氟丙烯含量過低,組成分布不均勻。
五、FEP在電線電纜中的應用
FEP樹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在電線電纜生產中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸線,電子計算機內部的連接線,航空宇宙用電線,及其他特種用途安裝線、油礦測井電纜、潛油電機繞組線、微電機引出線等等。