國產(chǎn)分散型聚四氟乙烯樹脂在電子絕緣管中的應(yīng)用研究

周生泰

上海長園電子材料有限公司 （上海 201802）

聚四氟乙烯（PTFE）是20 世紀60 年代發(fā)明的一種材料[1]，其具有良好的耐高低溫性能、耐化學(xué)特性、自阻燃特性以及優(yōu)異的介電性能，在汽車、船舶、機械、電子電器等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[2]。按聚合方法不同，PTFE 可以分為懸浮型樹脂和分散型樹脂，其中分散型樹脂常用來做成微孔薄膜、管材或纖維使用[3]。根據(jù)中國塑協(xié)氟塑料加工專業(yè)委員會2019 年的報告，我國年產(chǎn)PTFE 樹脂約14 萬t，其中分散型樹脂約占30%（即4.2 萬t）。分散型樹脂主要在PTFE 膜材料（包括生料帶、纖維膜等），PTFE 管，PTFE 線纜等行業(yè)中使用。在電子電器工業(yè)中，PTFE樹脂多以絕緣套管的形式出現(xiàn)，其規(guī)格多為?8.0 mm 以下，又以?3.0 mm 以下居多。PTFE 套管又被稱為“PTFE 毛細管”，所起到的作用是耐高低溫、耐候、阻燃和絕緣。早期，國內(nèi)的分散型PTFE 樹脂質(zhì)量不穩(wěn)定，多采用大金氟化工公司、科幕化學(xué)公司（原杜邦）等國外公司的樹脂；隨著國內(nèi)技術(shù)的進步，分散型PTFE 樹脂的產(chǎn)品質(zhì)量提升較快，中昊晨光化工研究院有限公司、東岳集團、浙江巨化股份有限公司以及江蘇理文化工有限公司等在PTFE 氟樹脂專業(yè)上有了很大的進步。電子電器用絕緣套管配套金屬導(dǎo)線應(yīng)用于筆記本電腦的電源適配器、移動電源、嵌入式電源、小型變壓器等零部件中。本研究基于電子電器產(chǎn)品對絕緣套管的產(chǎn)品質(zhì)量要求對國產(chǎn)和進口PTFE 分散樹脂作了對比分析。

1 實驗部分

1.1 原材料

進口PTFE 分散樹脂（大金F-201），大金氟化工公司；國產(chǎn)分散樹脂（E 型、K 型）；助劑油，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

混料機、擠出燒結(jié)機，自制；GT-TCS-2000 電子拉力機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；CS2673X 耐壓測試儀、CS9911AI 擊穿電壓測試儀，南京長盛儀器有限公司。

1.3 工藝過程

將PTFE 樹脂、助劑油按一定比例混合均勻后，按照圖1 的工序生產(chǎn)擠出管材。燒結(jié)溫度為420 ℃，擠出線速率為5 m/min。

圖1 PTFE 絕緣管生產(chǎn)流程

1.4 性能測試

原料硬度、力學(xué)等性能按照ASTM D4895-2018《分散型PTFE 樹脂材料標準》[4]的要求進行測試；抗拉強度、斷裂伸長率[5]、耐電壓性能和擊穿電壓，按照UL224-2010《擠壓成型的絕緣套管》[5]的要求進行測試。老化條件：260 ℃±1 ℃，168 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同廠家原材料的物性

不同原材料的性能見表1。從表1 可以看出，國產(chǎn)PTFE 原料E，K 均符合ASTM D4895-2018 的要求，與進口F-201 的差距較??；在力學(xué)強度和斷裂伸長率上優(yōu)于進口品。在實際使用中，國產(chǎn)原料存在結(jié)塊、結(jié)團的現(xiàn)象（見圖2），其原因是廠家基于成本考慮，未使用冷藏車進行運輸，導(dǎo)致原料在高溫下受振動結(jié)團。該結(jié)團可以在后續(xù)的混料篩分中篩出，但增加了成本、提高了廢品率，造成一定的原料損耗，這一點需要改進。

表1 不同廠家原材料的物性對比

圖2 不同種類PTFE 原料外觀

2.2 成品絕緣套管的外觀

電子絕緣套管要求表面光滑、無顆粒等瑕疵，產(chǎn)品呈透明色。使用國產(chǎn)PTFE 原料E，K 生產(chǎn)制成的絕緣套管外觀均光滑、透明，與進口品差異不大。

2.3 不同原料制成的絕緣套管的耐電壓性能

電子絕緣套管最重要的性能就是耐電壓性能和擊穿電壓，實驗產(chǎn)品的耐電壓性能測試結(jié)果如表2所示。從表2 可以看出，老化前后的絕緣套管均能通過2 500 V 直流電壓、60 s 不擊穿的測試標準。

表2 不同廠家原料制成的絕緣套管的耐電壓性能

2.4 不同原料制成的絕緣套管的擊穿電壓性能

雖然電子絕緣套管在實際環(huán)境中使用的電壓往往低于600 V（甚至低于300 V），但在實際使用過程中，受到的瞬時電壓有可能會超過2 500 V，這就對絕緣套管的擊穿性能提出了更高要求。以壁厚為0.15 mm 的薄壁管為例，測試了產(chǎn)品的擊穿電壓，結(jié)果如表3 所示。從表3 可以看到，老化前的制品均滿足標準要求，而且老化后絕緣套管的擊穿電壓均大于老化前擊穿電壓的一半，符合標準要求。老化后的擊穿電壓大于老化前的擊穿電壓，可能是樣品取樣的問題，或者是由于老化過程中制品中的小分子揮發(fā)，增大了擊穿難度。

表3 不同廠家原料制成的絕緣套管的擊穿電壓kV

2.5 不同原料制成的絕緣套管的力學(xué)性能

產(chǎn)品的力學(xué)性能是保證材料使用的基本條件，為此作了老化前后的力學(xué)性能對比（見表4）。從表4 可以看出，老化前后不同廠家原料生產(chǎn)的制品其拉抗強度和斷裂伸長率均符合標準要求，而且國產(chǎn)品制成的絕緣套管力學(xué)性能與進口品相當。

表4 不同廠家原料制成的絕緣套管的力學(xué)性能（500 mm/min）

2.6 不同廠家原料制成的絕緣套管的軸向率

PTFE 絕緣套管在生產(chǎn)時存在一定的內(nèi)應(yīng)力，反應(yīng)在成品上就是軸向收縮率。絕緣套管經(jīng)裁切后使用，若軸向收縮率過大，在使用環(huán)境中則表現(xiàn)出長短不齊的狀態(tài)，導(dǎo)致部分導(dǎo)線裸露在空氣中，造成危險或短路。為保證在不同環(huán)境下使用長度的穩(wěn)定性，UL224-2010 對軸向收縮率進行了規(guī)定。不同原料套管的軸向收縮率如表5 所示。從表5 可以看出，不同廠家原料制成的套管，其軸向收縮率均滿足產(chǎn)品要求，但國產(chǎn)E 型原料的收縮率為負值，表明出現(xiàn)了收縮。在軸向收縮率上，K 型優(yōu)于E 型。

表5 不同廠家原料制成的絕緣套管的軸向收縮率%

3 結(jié)論

（1）從分散型PTFE 樹脂的性能來看，除外觀外，國產(chǎn)品與進口品的差異不大，差異比較大的粉體結(jié)塊問題，直接導(dǎo)致混料篩分時物料浪費，這與供應(yīng)商的物流運輸環(huán)境有關(guān)，需要改善；

（2）在成品性能上，國產(chǎn)分散型樹脂制品老化前后的耐電壓性能、老化前后的力學(xué)性能和老化前后的擊穿電壓性能差異不大；

（3）在成品性能上，國產(chǎn)分散型PTFE 制品的軸向收縮率有差異，E 型有所收縮，K 型與進口品相當，在產(chǎn)品使用時要引起注意。

綜合來看，國產(chǎn)分散型PTFE 樹脂的技術(shù)水平提高較快，在電子絕緣套管領(lǐng)域，國產(chǎn)料已能夠滿足產(chǎn)品需要；從總的性能來看，國產(chǎn)K 型料更符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。