彩色半定向聚四氟乙烯薄膜的研制

楊俊秋 周 飛 胡學(xué)梅 王世山

(1.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050；2.武漢市工程塑料有限公司，湖北武漢 430050)

彩色半定向聚四氟乙烯薄膜的研制

楊俊秋1周 飛1胡學(xué)梅1王世山2

(1.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050；2.武漢市工程塑料有限公司，湖北武漢 430050)

介紹了彩色半定向聚四氟乙烯薄膜的制備，此薄膜用于通訊、計(jì)算機(jī)、國(guó)防軍工、電線電纜行業(yè)傳輸信號(hào)的進(jìn)出線路分辨, 區(qū)別線路有保障，也可用于高溫即耐熱環(huán)境要求高的絕緣場(chǎng)合,經(jīng)測(cè)試彩色PTFE薄膜的電氣強(qiáng)度大于40KV/mm、拉伸強(qiáng)度大于25MPa、薄膜材料的分解溫度為386℃,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足用戶的要求。

彩色；聚四氟乙烯薄膜；絕緣材料；半定向

隨著我國(guó)通訊、計(jì)算機(jī)、國(guó)防軍工等行業(yè)的發(fā)展,電線電纜行業(yè)也迅速掘起,各類新型多功能電線電纜材料應(yīng)運(yùn)而生。其中弱電設(shè)備傳輸信號(hào)裝置中,對(duì)小截面安裝線進(jìn)行纏繞的塑料薄膜要求具有耐高溫、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕、高絕緣、柔軟等特點(diǎn)。從材料來(lái)看,聚四氟乙烯(俗稱“塑料王”或“F4”，縮寫(xiě)為PTFE,商標(biāo)名Teflon特氟龍)薄膜是最理想的,但過(guò)去國(guó)產(chǎn)聚四氟乙烯(F4)薄膜大都是材料本色(因F4薄膜不易著色)。為了區(qū)別不同傳輸信號(hào)的進(jìn)出線路、易于分辨,只好采用涂層法著色，可是聚四氟乙烯表面無(wú)極性,涂層極易剝落,對(duì)區(qū)別線路沒(méi)有保障[1]。目前國(guó)內(nèi)F4彩色薄膜通過(guò)改進(jìn)工藝，產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)得以改善，也大都達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平,生產(chǎn)量也已達(dá)到一定規(guī)模,但在外觀質(zhì)量上存在明顯不足,尤其是色感較差,色點(diǎn)分布不均勻。

本研究對(duì)彩色聚四氟乙烯薄膜實(shí)現(xiàn)色感好、色點(diǎn)分布均勻的可行性進(jìn)行試驗(yàn)研究，在著色、配比、工藝條件、成型方法、成型設(shè)備等有關(guān)方面，為滿足彩色聚四氟乙烯薄膜在計(jì)算機(jī)、電線電纜、航天航空及國(guó)防軍工等行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行有益的探索。

1 彩色PTFE薄膜的制備

1.1 樹(shù)脂及顏料的選擇

用于加工彩色聚四氟乙烯薄膜樹(shù)脂應(yīng)選用分子質(zhì)量分布均勻、結(jié)晶度高的懸浮樹(shù)脂，結(jié)晶度一般選98%以上，分子質(zhì)量在107～109，樹(shù)脂顆粒粒徑為30?m左右，采用此種規(guī)格的PTFE原料，制備的彩色聚四氟乙烯薄膜具有色感好、色點(diǎn)分布均勻、耐高溫、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕、高絕緣、柔軟等優(yōu)異性能。通過(guò)試驗(yàn)篩選，山東東岳高分子材料有限公司生產(chǎn)的DF-16A和浙江巨圣氟化學(xué)有限公司生產(chǎn)的JF-4TM的樹(shù)脂適合加工彩色聚四氟乙烯薄膜。

顏料的選擇：依據(jù)聚四氟乙烯成型工藝的條件，顏料需選擇耐高溫的無(wú)機(jī)顏料，顏料的顆粒度應(yīng)小于400目篩網(wǎng)網(wǎng)徑尺寸，通過(guò)試驗(yàn)篩選，大日金化的顏料適合加工彩色聚四氟乙烯薄膜。

1.2 彩色PTFE薄膜的生產(chǎn)工藝

彩色聚四氟乙烯薄膜的生產(chǎn)工藝如圖1所示：

圖1 彩色聚四氟乙烯薄膜的生產(chǎn)工藝流程圖

(1)PTFE樹(shù)脂原料的預(yù)處理

將PTFE懸浮細(xì)料樹(shù)脂放入20℃～23℃的恒溫室中靜至24小時(shí)進(jìn)行預(yù)處理。

(2)顏料的預(yù)處理

將無(wú)機(jī)顏料置入20℃～23℃的干燥皿中存放24小時(shí)以上待用。

(3)著色

將一定量預(yù)處理后的PTFE懸浮細(xì)料樹(shù)脂加入到搗料機(jī)中，同時(shí)加入一定量預(yù)處理后的無(wú)機(jī)顏料，高速混合，使顏料分散均勻，樹(shù)脂松散利于模壓加工。

(4)模壓

將染色過(guò)的彩色聚四氟乙烯細(xì)料，采用冷壓工藝法，將40000gPTFE彩色細(xì)料樹(shù)脂加入到模具中，在100噸自動(dòng)壓力機(jī)上，按20Mpa的成型單壓進(jìn)行壓胚，壓制中注意排氣，避免胚料炸裂。

(5)燒結(jié)

將壓制好的彩色胚件放入高溫?zé)Y(jié)爐，以50℃/h 的速率升溫至330℃，保溫3h，然后以25℃/h 的速率升溫至380℃左右，保溫10～14h， 再以20～25℃/h 的速率降溫至320 ℃后，保溫3～4h，最后以50℃/h 的速率降溫至150℃后，關(guān)電自然冷卻至室溫，取出彩色制品。

(6)車削加工成薄膜

將燒結(jié)好的彩色制品胚件用專用車床鏇切加工成薄膜胚件。薄膜胚件為0.1mm×100mm×大于300m(厚度×寬度×長(zhǎng)度)。

(7)壓延定向

將車削加工好的彩色定向胚件，經(jīng)熱輥定向壓延機(jī)加工(見(jiàn)圖2)成為定向度為1.5～1.8，厚度為0.05mm的半定向薄膜，熱輥溫度控制在100℃左右。

圖2 熱輥定向壓延機(jī)加工彩色PTFE薄膜

(8)切邊

將厚度為0.05mm的半定向彩色薄膜用專用分切機(jī)加工成為0.05mm×90mm×大于10m(厚度×寬度×長(zhǎng)度)的彩色聚四氟乙烯薄膜。

(9)檢驗(yàn)包裝

加工好的彩色聚四氟乙烯薄膜，抽樣進(jìn)行內(nèi)在性能檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)該薄膜進(jìn)行外觀和尺寸檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，用PVC薄膜袋進(jìn)行包裝，附上檢驗(yàn)合格證。

2 彩色PTFE薄膜的性能檢驗(yàn)

2.1 測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備

(1)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T 13022-1991標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，在深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CMT 8502 型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度為100mm/ min，試驗(yàn)溫度為(23℃±2℃)，每種材料至少取5個(gè)樣，取平均值。

(2)直流擊穿電壓強(qiáng)度按GJB5344-2004標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，在HZXC-Ⅱ全自動(dòng)變壓器上進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)電極用黃銅材料制造，上電極尺寸￠25mm×50 mm，下電極尺寸￠75mm×30mm，試驗(yàn)時(shí)，電壓從零開(kāi)始，電壓以1kvV/s的速度平穩(wěn)升高。共測(cè)10點(diǎn)，取其平均值[2]。

(3)1MHz下介質(zhì)損耗因素按GB/T 1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

(4)1MHz下相對(duì)介電常數(shù)按GB/T 1409-2006標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

(5)體積電阻率按GB/T 1410-1989標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

2.2 彩色PTFE薄膜的性能指標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)以不同定向度[3](定向度-材料的取向程度，其數(shù)值為加熱前和加熱后薄膜試樣長(zhǎng)度之比)的彩色PTFE薄膜與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)相比，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、直流擊穿電壓強(qiáng)度等性能如表1所示。

表1 不同定向度的彩色PTFE薄膜與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)性能對(duì)比

3 結(jié)果與討論

相對(duì)于不定向的普通薄膜而言，彩色PTFE半定向薄膜(定向度為1.5～1.8)，有著如下突出特點(diǎn)：

(1)薄膜的色彩性能，彩色聚四氟乙烯薄膜色感好、色點(diǎn)分布均勻、不褪色，區(qū)別不同傳輸信號(hào)的進(jìn)出線路、易于分辨, 區(qū)別線路有保障。

(2)薄膜的力學(xué)性能，為了增強(qiáng)彩色聚四氟乙烯薄膜的機(jī)械強(qiáng)度,對(duì)薄膜的物理機(jī)械性能也有一定的要求，測(cè)試結(jié)果如表1所示，由表可見(jiàn),薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值,顯示出彩色PTFE薄膜優(yōu)良的物理機(jī)械性能[4]。

(3)薄膜的電氣性能，作為電線電纜行業(yè)的層間絕緣材料,指標(biāo)要求絕緣層薄膜的直流擊穿電壓強(qiáng)度不得低于40kV/mm, 由測(cè)試結(jié)果表1可見(jiàn),測(cè)得薄膜的強(qiáng)度達(dá)到45kV/mm，高于標(biāo)準(zhǔn)的要求，其他如介質(zhì)損耗因素、相對(duì)介電常數(shù)、體積電阻率等各項(xiàng)也都符合標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。

(4)薄膜的熱性能，用于電線電纜行業(yè)絕緣的材料,薄膜的耐熱性是個(gè)非常重要的指標(biāo)。氟塑料有著超乎尋常的熱穩(wěn)定性，薄膜材料的分解溫度為386℃,使得彩色PTFE薄膜能適應(yīng)150～260℃的高溫環(huán)境，從而大大提高了該類絕緣材料的使用范圍[6]。

4 結(jié) 語(yǔ)

彩色絕緣聚四氟乙烯(PTFE)薄膜(定向度為1.5～1.8)，是一種新型的電線電纜行業(yè)層間絕緣膜,薄膜的電氣強(qiáng)度大于40KV/mm、拉伸強(qiáng)度大于20MPa、薄膜材料的分解溫度為386℃,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足用戶的要求。此外,它亦可用于重要儀表儀器、通訊、計(jì)算機(jī)、國(guó)防軍工等行業(yè)層間襯墊絕緣和線路顏色的識(shí)別。彩色聚四氟乙烯薄膜纏繞而成的小截面安裝線、各類電線電纜，在高溫、腐蝕性強(qiáng)等各種惡劣的環(huán)境中都能正常使用，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。

1 沈麗敏.氟聚合物絕緣和護(hù)套控制電纜的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].價(jià)值工程，2015(2)：143-145．

2 黃慶林等．聚四氟乙烯膜的制備及性能[J]．高分子材料科學(xué)與工程，2010(5)：123-126．

3 趙麗等.聚四氟乙烯膜表面處理研究進(jìn)展[J].中國(guó)塑料，2011(6)：22-25．

4 營(yíng)營(yíng)等.PTFE膜材單向拉伸性能[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2010(4):219-223.

5 劉桂林等.Mg/PTFE薄膜制備與性能表征[J].含能材料，2010(2)：205-208．

6 劉志敏等.特氟龍薄膜的制備和改性[J].化工新型材料，2015(11)：237-238．

(責(zé)任編輯：譚銀元)

Manufacture of Color Semi-directed Polytetrafluoroethylene (PTFE) Film

YANG Jun-qiu1,ZHOU Fei1,HU Xue-mei1,WANG Shi-shan2

(1.Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050 ,China;2. Wuhan Engineering Plastics Co., LTD, Wuhan 430050, China)

The paper introduced the manufacture of color semi-directed polytetrafluoroethylene (PTFE) film. This film is used for communication, computer, and defense. It can distinguish incoming and outgoing lines of transmitting signals in the wire and cable industry, distinguish among differing lines. And it can also be used in the insulation occasions that require high heat-resistant environment. By test analysis, the electric strength of this film is greater than 40KV/mm. Its tensile strength is greater than 25MPa and the decomposition temperature of this film material is 386℃. Test results prove that the performances of this design can meet the user's requirements.

color; polytetrafluoroethylene film; insulating material; semi-density

武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院2016年院級(jí)科研項(xiàng)目，編號(hào)：2016y06。

2016-07-22

楊俊秋，女，教授/高級(jí)工程師，主要從事材料成型與應(yīng)用、模具設(shè)計(jì)與制造方面的教學(xué)與科研工作。

TM21

A

1671-8100(2016)04-0025-03