聚四氟乙烯绝缘制造加工工艺文档格式.docx

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聚四氟乙烯中的氟原子呈现对称性，偶极矩接近于零，使其介电常数（2.0左右）和介质损耗角正切值都很小。

因而聚四氟乙烯具有优良的介电性能、耐化学腐蚀、耐气候等等一系列的优秀性能。

对于浓酸、浓碱或强氧化剂，聚四氟乙烯塑料即使在高温下也不会发生作用，其耐腐蚀性能甚至超过贵重金属。

除某些卤化胺或芳香族碳氢化合物会使它有轻微膨胀外，酮类、醚类和醇类等有机溶剂均对其不起作用。

只有在高温、高压下，熔融状的碱金属、三氟化氢及元素氟等才能对其起作用。

聚四氟乙烯塑料不受氧气、紫外光作用，耐气候性能好。

聚四氟乙烯塑料，具有优良的介电性能，聚四氟乙烯的介电常数ε和tgδ基本不受频率和温度变化的影响而变化。

只是在低温时，聚四氟乙烯的tgδ随温度变化有所变化。

此外，聚四氟乙烯具有不燃烧，良好的耐电弧性、不吸水。

聚四氟乙烯塑料可长期使用于200～250℃下，在250℃高温下，经1000小时处理后，其机械强度和介电性能均无显著变化。

聚四氟乙烯塑料在低温－200℃下，塑料的脆性仍然很小，呈现高弹态具有优良的柔韧性，这是由于聚四氟乙烯具有棒状分子链和螺旋型结构，即使在很低温度下，分子间仍可以滑动所致。

聚四氟乙烯具有优异电气绝缘性能、耐高温和低温、足够好的机械性能和化学稳定性等优良性能，是良好的电线电缆绝缘材料。

聚四氟乙烯虽然具有上述的一系列优点，但是作为电线电缆绝缘材料的聚四氟乙烯也存在以下的缺点。

（1）聚四氟乙烯虽是一种热塑性塑料，但是在高温时粘度很大，与其它热塑性塑料相比成形困难，聚四氟乙烯不能采用一般热塑性塑料的挤出成形的加工方法。

一般性热塑性塑料的加工都是在粘流温度以上，即在无定形相进入塑性态后才能进行，而聚四氟乙烯当加热到327℃时（结晶相的熔融温度），晶相消失而形成的熔融液体的粘度在1012～15Pa.s之间，仍然处在无定形的高弹态。

加热到380℃时，它的粘度仍在1011Pa.s附近，然而到390℃时已经开始分解，到415℃时则急剧分解。

这就是说，直到分解开始前聚四氟乙烯都没有达到无定形相的粘流温度，所以它不能用塑料粒子成形方法来制造成品，只能先在室温进行干压成形，然后再在高温下进行热处理烧结，最后控制冷却温度以获得预期性性能要求的产品；

（2）聚四氟乙烯冷流性严重，聚四氟乙烯在负荷的长期作用下，尺寸不稳定，而且这种变形是不可逆。

即在连续负荷下会发生塑性变形，因而制成品尺寸不稳定，特别是不能制造外形复杂的产品；

（3）聚四氟乙烯导热性差，它因温度变化引起的膨胀和收缩要比一般塑料大，如在加工工艺中烧结温度和冷却速度控制不好，使得膨胀和收缩不一致，会造成绝缘应力开裂；

（4）聚四氟乙烯的耐电晕性差，在电晕条件下长期负荷电压时，介电性能将降低。

它的耐辐照性能也不好，在γ射线作用下性能降低。

当辐照剂量为5×

105～5×

107伦琴时聚四氟乙烯的抗拉强度降低为原来的50％左右，拉断伸长率直线下降。

这是因为聚四氟乙烯塑料分子中氟原子的负电性很大，在长期经受电压后会游离分解，致使它的击穿电压比原来显著降低；

同时氟原子的屏蔽不能阻止波长很短的γ射线的穿透，侵袭C－C主链而分解，所以聚四氟乙烯只能成为耐高温的低电压的不耐幅射的绝缘材料；

（5）聚四氟乙烯塑料，价格相对较高。

综合考虑，聚四氟乙烯仍不失为电线电缆的一种耐热绝缘材料。

采用聚四氟乙烯绝缘的电线电缆，可以应用于航空、航天技术中的耐高温电子安装线，高频耐高温电缆，电视和雷达无线电通信装置中的耐高温射频同轴电缆。

二，聚四氟乙烯绝缘加工工艺方式

聚四氟乙烯绝缘制造加工工艺，主要有三种加工工艺方式：

1，聚四氟乙烯的软膏推挤（活塞挤出）

活塞挤出是糊状聚四氟乙烯冷挤出或称为软膏推挤，这是聚四氟乙烯电线电缆绝缘采用的主要加工工艺方式。

糊状冷挤出或软膏推挤用的是分散聚合的聚四氟乙烯树脂，它是一种白色纤维状颗粒树脂。

活塞挤出是糊状聚四氟乙烯冷挤出或称为软膏推挤，这是一种间歇式的推压挤出，其加工工艺流程为：

F－4树脂→过筛→加入助挤剂和树脂混合→预成形→推压挤出→干燥、烧结、冷却→火花耐电压→成品捡验

2，聚四氟乙烯薄膜绕包

聚四氟乙烯薄膜绕包是聚四氟乙烯绝缘电线电缆又一种绝缘结构加工形式。

绕包用聚四氟乙烯采用的聚四氟乙烯是悬浮聚合树脂经过模压烧结成毛坯，通过车削辊压而成。

经过辊压的0.5毫米厚度以下的称为定向薄膜，定向度在2.5以上；

未经过辊压的为不定向薄膜；

定向度在1.1～2.1之间的为半定向或部分定向薄膜。

对于绝缘厚度较小的聚四氟乙烯绝缘安装线，主要采用定向度为1.65～2.05的薄膜进行绕包；

由于绕包安装线所用的薄膜，一般都比较薄和窄，为了使绕包加工时薄膜有一定的机械强度和烧结时容易烧牢，故而取较大的定向度。

但是，如果进一步提高薄膜的定向度，机械强度虽然提高了，可是薄膜确不容易烧牢。

用提高烧结温度的方法则往往会造成聚四氟乙烯的分解，从安全角度考虑，这是必须避免的。

对于绝缘厚度较厚的聚四氟乙烯绝缘射频同轴电缆，绕包所用的薄膜厚度一般为0.1毫米左右，需要对电缆进行多次或多层绕包，才能得到所需要的绝缘厚度，因此如果采用定向度过大的薄膜，则会使绕包薄膜在烧结时收缩剧烈，造成整个绝缘开裂；

如果用降低烧结温度的办法，又会使薄膜层间不能融合烧牢靠。

但是对较厚绝缘电缆所用的薄膜必须有定向度的要求。

定向度就是薄膜加热后的收缩性。

薄膜有定向度即收缩性，才能在烧结时利用熔融时的收缩压力达到绕包绝缘层间的紧密结合。

为了达到薄膜既有适当收缩，又要容易烧结，对绝缘厚度较厚的电缆的绕包薄膜定向度取为1.1±

0.05左右，而不采用安装线绝绕包薄膜定向度1.65～2.05的薄膜进行绕包；

聚四氟乙烯薄膜绕包绝缘，其加工工艺流程为：

聚四氟乙烯薄膜切条→薄膜绕包→绕包薄膜烧结→火花耐电压→成品捡验

3，聚四氟乙烯分散式水剂浸涂

聚四氟乙烯分散式水剂是一种把聚四氟乙烯粒子分散在水中的乳白色乳浊液，以非离子型湿润剂稳定，加入其他固体或液体原料可以进一步改性至适合特殊的用途。

这种分散式水剂尤其适用于涂覆或浸渍方面的应用，解决了一些树脂不能使用传统溶剂或熔融技术的难题。

聚四氟乙烯分散式水剂生产的纺纱产品，可以重复地进行浸渍涂覆至所需要的厚度，然后再除去水份并将其他原料的活性减低，最后干净的树脂微粒被加热结牢成为一连续性的涂层，或者产品会被非熔融性的微粒所涂覆或浸渍。

一般玻璃纤维或人工合成产品都可以采用。

三，聚四氟乙烯的软膏推挤（活塞挤出）

这是一种间歇式的推压挤出，其加工工艺流程为：

1,树脂过筛

活塞式挤出聚四氟乙烯绝缘，所使用的聚四氟乙烯树脂主要是分散聚合型树脂。

由于聚四氟乙烯树脂是白色纤维状结构，它很容易结团，因此为了获得均匀的绝缘结构，并使树脂和助挤剂混合良好，首先要对所用的树脂进行过筛。

对绝缘外径较大或绝缘壁厚的绝缘，可以使用经过过筛下来的余料继续使用或再通过3mm孔的筛子过筛后使用。

一般树脂粉末颗粒越细，绝缘的电性能就越好。

但是，只要树脂未结团，则颗粒大小对绝缘性能的影响不大。

值得指出的是，结团的树脂决不可采用“高速捣碎机”进行捣碎，也不能用力过猛或长时间的筛析。

因为这些做法都会破坏树脂的颗粒纤维，使挤出所得的绝缘断裂或成碎片。

2，混合

混合是将过筛过的树脂与助挤剂，按一定比例的数量在密闭容器中进行混合。

混合应该均匀，不然会影响料的均匀性，使绝缘产生皱纹或斑点。

混合方式可以使用混合机或用手摇动的方法，一般混合5～10分钟即可。

混合好的树脂，通常以存放数小时后再用为好，这样可以使得助挤剂充分地扩散到树脂中间去，达到均匀混合的作用。

助挤剂起二个作用。

一是助挤剂与聚四氟乙烯树脂混合后使其成为糊状物，以便经剪切力作用能将球形的树脂颗粒，拉伸成纤维形结构；

二是助挤剂起润滑作用，减小树脂和挤出模子壁、树脂本身之间的摩擦力。

如果不使用助挤剂，单单用聚四氟乙烯树脂来进行推挤，因为没有助挤剂的润滑作用，将会使推挤阻力很大，往往无法进行挤出，同时不含助挤剂的树脂挤出中极容易粘模子。

根据助挤剂所起的作用，要求助挤剂必须有良好的润滑性能；

助挤剂在推挤成形过程中本身不会起化学变化，不影响树脂的机械物理性能；

助挤剂在聚四氟乙烯绝缘的干燥、烧结时能全部挥发逸出，否则将会使绝缘表面发黄、有气泡和裂纹；

要求逸出的助挤剂在绝缘表面不应留下任何含碳的残留物，否则残留物会在绝缘烧结时碳化，使绝缘变色，降低绝缘的电性能和耐化学腐蚀性能。

根据这些要求，可作聚四氟乙烯助挤剂的物质有很多，但主要是有机溶剂类物质，例如：

甲苯、石油醚、溶剂油等。

甲苯作为助挤剂的优点是能够使聚四氟乙烯绝缘较白，但是甲苯的毒性大，故不予采用；

溶剂油加工性能优异、柔软，但是溶剂油去除时容易燃烧、不安全；

石油醚其性能介于甲苯和溶剂油之间，使用安全，因而较多采用。

助挤剂的用量视绝缘外径大小、绝缘厚度而定。

当电线绝缘厚度较大时，则助挤剂的配比量应增加。

一般树脂与助挤剂的重量比为100：

18～25。

当其它工艺条件相同时，增大聚四氟乙烯树脂与助挤剂的配比量，会使绝缘外径疏松，绝缘收缩率大，绝缘表面发黄，绝缘内部空隙多从而使绝缘的击穿电压低。

树脂和助挤剂配比增大，使推挤阻力减小，树脂所受到的剪切力也减小。

当树脂与助挤剂的配比太大时，将会使绝缘难以成形。

反之，树脂与助挤剂的配比过小，会导致绝缘推挤阻力增大，这样容易使树脂过分受力而产生裂纹和绝缘表面雀斑。

树脂与助挤剂的配比量，应考虑以下因素而增加或减少：

1）当推挤压缩比增大时，则推挤压力越大，越需要减小推挤阻力，增大助挤剂含量可以减小推挤时的摩擦系数。

反之，推挤压缩比越小，助挤剂含量应减少。

压缩比的大小是影响树脂与助挤剂配比大小的主要因素；

2）在相同或相近压缩比的条件下，绝缘厚度较大的可以比绝缘薄的少加1～2份助挤剂，这是因为绝缘薄，助挤剂易于挥发。

同时较厚的绝缘层推挤时需要较大推压力，如果助挤剂过多会使绝缘不密实；

3）推挤速度快的应比推挤速度慢的少加1～2份助挤剂，以使助挤剂充分挥发；

4）当操作温度高，助挤剂易于挥发时，此时应多加1～2份助挤剂，以保证推挤顺畅。

3，预成形

预成形或预压是将树脂粉粒预压成坯。

预压的目的是克服粉状树脂加料，助挤剂易于挥发、加料易不均匀、加粒量少的缺点。

预成形压强一般在20～50kg/cm2，具体应视坯体大小确定。

坯体所受预成形压力，应比推挤过程中所受压力小得多。

但是预成形压力也不能太小，过小会达不到预压的目的；

预成形压力过大又易将助挤剂压出，影响配比和造成过多的逃料。

一般以见到模底边缘稍有助挤剂外渗，即可仃止加压，然后保持压力3～5分钟。

从模子中取出坯体时，必须十分小心，因为此时的坯体很不结实坚固，而且比较柔软。

预压好的坯体要用干净绸布拿起坯体并放置于干燥容器中，存放时间以不超过八小时为好，最好立即使用。

4，推挤

推挤是预压好的坯体放置于活塞推压机中，当推压机的活塞上升或下降时，坯体通过具有一定锥角的模具，在剪切力的作用下将树脂颗粒拉伸成纤维状结构，然后再经过干燥、烧结、冷却等工序，获得聚四氟乙烯绝缘。

在推挤过程中，推挤压力的大小，直接影响绝缘性能和绝缘能否顺利地挤出。

推挤压力小，挤出的绝缘疏松并且多孔；

推挤压力过大，容易使机器过载，并造成绝缘层的过分定向会造成绝缘纵向开裂，甚至使挤出的绝缘层成碎片而不能成形。

要得到合适的压力，必须选择适当的推挤压缩比。

压缩比是推挤中的一个重要参数。

压缩比M定义为：

推挤机的活塞截面积S与制得的绝缘层截面积S、之比，即M=S/S、。

由此可见，压缩比是表示料腔活塞截面积和制得的绝缘层截面积尺寸的相对变化，也就是推挤时绝缘所受到的推挤压力大小。

因此，电缆绝缘的推挤压缩比的表达式为：

M=D22－D12/d22－d12

式中：

D1——导杆直径或称为芯棒直径；

D2——缸筒直径或称为活塞直径；

d1——电缆的导电线芯直径或内导体直径；

d2——电缆的绝缘直径（外径）。

一般在实际生产中，压缩比取300～800之间。

值得指出，压缩比的大小与所用树脂的质量、模具角度、模具的承线长短等等因素有关。

首先所取压缩比，不能超过树脂本身容许的压缩比范围。

在电线电缆的推挤绝缘中，模具所取角度以取20度左右较好。

但当减小压缩比时，则应适当增大模具角度，反之则应减小。

模具的承线短，则使压缩比增大，挤出压力增大。

由于聚四氟乙烯树脂粉末对挤出压力的敏感性大，因此过高的压力不仅会使绝缘的定向度增加，沿挤出方向造成开裂，而且易在挤出层内部粒子间形成硬脆的交界面，使树脂烧结时不能熔融在一起，也会引起绝缘的裂纹。

由此可见，压缩比或推挤压力的大小及均匀与否，都直接影响推挤的挤出和绝缘质量。

只有选取适当的压缩比，并使推挤压力保持均匀，才能保证绝缘的挤出质量，并避免挤出的绝缘层松紧不一的现象。

在推挤过程中，推挤速度的控制主要取决于干燥和烧结速度。

烧结速度过慢，有时会由于助挤剂大量逸出而不能成形，同时这样的生产效率低。

推挤速度太慢，还会由于坯体受压力时间过长，致使预制品密实，助挤剂不易逸出而使绝缘发黄。

推挤速度太快，容易造成干燥不完全、不充分，造成绝缘发黄甚至发黑，同时绝缘也不容易烧结透。

因此推挤速度必须小于或等于干燥速度，而干燥速度又与绝缘尺寸、绝缘厚度、干燥区域的长度等等因素有关。

值得指出的是，模具选取也直接影响绝缘尺寸和质量。

模具外模孔尺寸，应使其相当于挤出的绝缘外径d2，并稍大于绝缘外径d2，这是考虑到聚四氟乙烯经过烧结后有一定的收缩率，而且收缩率随绝缘厚薄不同而不相等。

当外模的承线增长时，则会使推挤压力增大，反之则减小。

一般压缩比增大时，应使模具的承线短些，因为承线过长，将使推挤压力增大，容易造成绝缘烧结后产生裂纹。

同样，外模的锥角大则推挤的压力大，反之则压力小。

模具锥角大小的选取还跟缸筒、压缩比大小等有关。

模具的锥角一般选为15～20度，以20度比较适宜。

外模锥体和模孔的光洁度，直接影响绝缘的表面质量。

当锥体和模孔不光洁，光洁度较差时，会导致绝缘表面起毛，并出现花白裂纹等现象。

为了保证绝缘表面质量，要求外模锥体和模孔的光洁度达到▽7以上，制造模具的材料以不锈钢较好，模具的内模孔大小，以使导体线芯能够不紧不松通过就好。

5，干燥和烧结

干燥和烧结的主要作用是使推挤的绝缘层，在烧结温度下经过熔融透明后，由于分子间力的作用使它成为密实的整体。

干燥和烧结的工艺方法可采用烘箱烧结和管型炉烧结。

管型炉烧结的烧结质量较好，烧结均匀、便于连续生产、成形工艺简单，因而获得普遍应用，这是聚四氟乙烯绝缘主要采用的干燥和烧结工艺方法。

在管型烧结炉中，按其温度分布和所起作用，可分为：

干燥区、预热区、烧结区和冷却区。

各区的温度高低和分布，直接影响绝缘的物理机械性能和表面质量。

1）干燥区

干燥区的作用是除去助挤剂。

干燥区的温度按推挤时所用助挤剂的种类不同而决定。

一般干燥区的温度以使所用助挤剂沸程范围内即可，以达到除去助挤剂的目的。

当挤出速度一定时，如果干燥区温度太高，会导致干燥速度太快，助挤剂来不及挥发，会使绝缘发黄，产生夹层、气泡或裂纹。

反之，如果干燥温度太低，助挤剂不能全部挥发逸出，也会使绝缘发黄，严重时甚至发黑。

适当放长干燥区的长度，有利于助挤剂的充分挥发。

干燥区的温度，应均匀缓慢上升，沿纵向长度各点温度差应不大于5℃为好，以避免挤出的绝缘层膨胀不均匀。

干燥区的最高温度不应超过聚四氟乙烯的结晶熔点327℃。

2）预热区

预热区是干燥区和烧结区之间的一个接续区段，它的温度一般在270～330℃的范围内。

预热区的温度过高或过低，也会导致绝缘的裂纹。

预热区的作用是使聚四氟乙烯绝缘层，在一定的温度范围内，有一个稳定的过程，使助挤剂得到进一步的充分挥发和逸出。

3）烧结和冷却区

当聚四氟乙烯绝缘层离开干燥和预热区时，绝缘层中存在较多的孔隙需要在烧结区加以消除，使得绝缘层紧密成为整体。

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温度为－120℃，晶态的熔融温度是327℃。

当温度超过晶体熔点时，聚合物开始转为非晶态，聚四氟乙烯呈现透明状态，此时绝缘层体积增加约25％，烧结区的作用就是实现这样一个过程：

消除绝缘层中的孔隙，使绝缘紧密成为整体。

烧结区的温度高低与绝缘厚度、收线速度等有关。

烧结区温度分布应呈现波浪型，即逐步升高后再逐步下降。

这是考虑聚四氟乙烯在熔点附近有较大体积膨胀的缘故。

因为如果温度骤然由预热区的300℃左右，骤然上升到烧结区的420～450℃，则会由于聚四氟乙烯的导热性差，而在绝缘内外表面造成温度梯度，使绝缘层膨胀不一造成内部应力，造成绝缘开裂。

逐步升温和降温，可以减小和避免这种内应力。

经过烧结后的聚四氟乙烯，其冷却过程就是使它从非晶态转播为晶态。

冷却后结晶体含量，除与聚合物本身分子量有关外，还与冷却速度有关。

冷却速度快，结晶含量少，伸长率大收缩率小。

对于薄层绝缘，快速冷却有利于提高其机械性能。

冷却区温度的高低，表明了冷却速度的快慢。

冷却区，一般都是采用空气冷却。

干燥和烧结工艺可与推挤连续进行，也可以采用先推挤然后再烧结的方式。

先挤出后再烧结的好处是，能够更好地控制干燥和烧结，不必受限于推挤速度等因素。

干燥和烧结后的绝缘，应进行绝缘表面和绝缘耐电压性能捡验，然后再进入以后的加工生产工序，如外导体、绞对等工序。

四，聚四氟乙烯绝缘加工的质量控制和安全

1，聚四氟乙烯绝缘加工的质量控制

推挤成形和薄膜绕包的聚四氟乙烯绝缘，在实际生产中都会发生质量问题。

在此主要就推挤成形质量问题作一简介。

表1列了推挤成形中的主要质量问题及解决措施。

表1推挤聚四氟乙烯绝缘主要质量问题及解决办法

质量问题

造成原因

解决办法和措施

绝缘表面不光有疙瘩

（1）树脂粉料配比过小或压坯体时压力过大；

（2）内模针孔偏大；

加大配比、减小压力；

更换针孔小的模子；

绝缘有纵向裂纹

（1）外模模孔承线过长；

（2）助挤剂未挥发尽，烧结时留下残迹；

（3）炉温过高；

（4）收线张力偏大；

改用短承线模子；

加强干燥；

调节温度或加快收线速度；

减小收线张力；

绝缘击穿率高

（1）偏芯；

（2）绝缘有杂质或线芯太脏

调整偏芯；

做好环境卫生和使用干净线芯；

绝缘外径不圆整，忽大忽小

（1）内外模配合不当；

（2）推挤压力和收线速度不均匀；

调整内外模的配合；

调整推挤压力和收线速度；

套管现象即附着力小

（1）外模承线过短；

（2）内外模间隙过小；

更换承线长的外模；

调大内外模间隙；

绝缘耐寒不合格

（1）炉温分布不合理；

（2）烧结时间短，树脂塑化不好；

调整炉温分布；

增加烧结时间或降低收线速度；

在实际生产制造中，应经常及时注意所用原材料、助挤剂炉温、模具等情况的变化，并及时采取相应措施。

当原材料有所变化时，应进行适当试验，调整各项参数以避免质量问题的发生并及时记录工艺控制情况和总结经验。

2，聚四氟乙烯绝缘加工的安全防护

聚四氟乙烯绝缘加工中的安全防护，值得重视和注意。

聚四氟乙烯塑料是惰性物质，在不高的温度下保存和使用，对人体健康不会有任何危害。

但是在高温250℃以上时，聚四氟乙烯开始分解，析出各种不饱和化合物，温度越高析出量越多。

当温度高达415℃以上时，聚四氟乙烯的分解速度急剧加快，而且分解析出的四氟乙烯（C2F4）、全氟丙烯（C3F6）、全氟丁烯（C4F8）、全氟异丁烯等，都具有程度不同的毒性，会危害人体的健康，其中全氟异丁烯是毒性较大的。

在聚四氟乙烯绝缘加工生产过程中，应该对聚四氟乙烯绝缘加工场所建立安全隔离区，禁止非操作人员进入加工场所；

绝对禁止在聚四氟乙烯绝缘加工场所抽烟；

保持加工场所的清洁、干净、卫生。

应该对聚四氟乙烯绝缘加工场所，采取有效的通风，通风换气次数每小时不得少于5次；

对有加热的设备或场合，应安装局部通风设备，以利于通风排出有害气体，保护操作人的安全和健康。

有条件可能，应定期对操作人进行健康检查。

200510