PFA管材標準研制打造國際一流品質

文/鐘 勤

PFA是四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚的共聚物，經過熔融擠出加工工藝可以制得PFA管材、薄膜、板材等形狀的產品，該類產品呈透明或半透明狀，它具備了聚四氟乙烯的一切優良特性：使用溫度范圍為-80℃～260℃；化學穩定性極佳，耐各種化學試劑、酸、堿和油的腐蝕；擁有良好的機械性能、不粘性和電絕緣性。PFA管材主要用作輸送腐蝕性液體或氣體介質的內襯管、熱交換器用管、液面計用管以及各種頻率下使用的電線、電纜、電器元件、密封圈或其它材料的外包覆管。目前被廣泛應用于化工和電子等領域，應用前景廣闊，具有潛在的市場價值。

一、我國PFA管材質量現狀

我國的PFA生產及加工的歷史并不長，隨著近年來我國經濟的高速發展，氟塑料的國內外市場需求在不斷擴大，國外的先進生產技術、設備以及材料不斷涌入，國內的加工企業也迅速增加。但由于缺乏相關的行業標準和國家標準作為生產、檢驗和驗收的依據和約束，市場上該類產品的質量參差不齊。

上海市塑料研究所于上世紀80年代開始研制生產PFA管材，積累了比較豐富的生產和技術經驗。經過多年來的發展，產品規格已經系列化，并被廣泛應用于電子、化工、環保及密封件制造等行業，用戶多年的使用驗證結果充分地證明PFA管材能夠滿足各種用戶的需要。

為了進一步提高PFA產品的質量，構筑市場競爭力，同時也為了滿足高端客戶的需要，我們借鑒了目前處于國際領先的美國材料試驗協會標準ASTM D6867-2003《全氟烷氧基（PFA）-含氟聚合物管材規范》，對企業標準進行了修訂。

二、主要技術指標和試驗方法的修訂

考慮到PFA管材主要用于輸送腐蝕性液體或氣體介質的內襯管、熱交換器用管、液面計用管以及各種頻率下使用的電線、電纜、電氣元件、密封圈或其他材料的外包覆管等特殊性，本次修訂的PFA管材企業標準中主要涉及的技術指標有：拉伸強度、斷裂標稱應變（斷裂伸長率）、密度和尺寸穩定性等。另對對應的檢查方法也做了相應的修訂。

1.外觀

在ASTM D6867-2003中未對PFA管材的外觀做出對應的規定，我們結合國內生產的實際情況和用戶使用要求，確定制備的PFA管材內/外壁應光滑、平整、清潔，不允許有氣泡、針眼及用手指能明顯察覺到的溝紋或凹陷。

與此標準對應的檢查方法中規定：在自然光線下，用目視方法進行檢查。

2.拉伸強度和斷裂標稱應變

表征材料受到外力作用時的強度和韌性通常我們用拉伸強度、斷裂標稱應變這兩個機械性能指標來表示。在原版本Q/GHAD 93-2008《全氟烷氧基（PFA）-氟塑料管材》標準中，對于外徑10 mm以下PFA管材規定以實物直接進行測試。測試時PFA管材中央部分記以25 mm標記，夾具間標距為50 mm；在PFA管材外徑不小于10 mm時，則將其剖開，按GB/T1040-1992規定采用Ⅱ型試樣進行測試，拉伸速度為50 mm/min。

在ASTM D6867-2003中是根據管材內徑作相應的規定。對于內徑大于等于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材縱向剖開攤平，分別按縱向和橫向制備5個試樣；針對內徑大于等于2.3 mm且小于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材縱向剖開攤平，按縱向制備5個試樣；對于內徑小于2.3 mm的PFA管材，規定則以實物直接進行拉伸測試。

在ASTM D6867-2003中要求將試樣制成如下圖所示的形狀，以防止在試驗過程中試樣滑脫，影響試驗。故本次新修訂的Q/GHAD 93-2009中我們也規定對試樣形狀必須按照下圖的要求進行。

試驗方法依然按照GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的測定第1部分:總則》的規定進行。夾具夾持試樣兩端，上下位置對稱，標距為24 mm；試驗速度為50.8 mm/min。

為了修訂的Q/GHAD 93-2009標準與國際先進標準在性能指標上有可比性，我們在進行了大量的對比測試后，新標準采用了與ASTM D6867-2003相同的方法，將試樣的標距改為24 mm（這是為了充分利用現有的國家實驗室的試樣刀具）。經過多次對比試驗以及從計算斷裂標稱應變的計算公式可以得知，標距為24 mm的試樣試驗結果較標距為22 mm的試樣試驗結果數值小。因此，若兩種試樣在試驗結果相等的條件下標距為24 mm的管材其實際斷裂標稱應變比標距為22 mm的管材大，拉伸強度則不受標距長短的影響。對比試驗數值參見表1。

表1 不同標距試驗結果比較以及與現行標準的比較

根據實驗數據，我們確定了新標準的指標為：拉伸強度不小于18.0 MPa，斷裂標稱應變為不小于200%。

3.密度

PFA管材一般采用擠出成型的方法進行加工，物料經塑化后，可以制得各種規格的管材，加工工藝和設備會影響管材的密實性，所以通常我們通過測試材料的密度來表征材料的密實度。

密度的原標準采用的試驗方法與ASTM D6867-2003一致，但術語有差異。為了在術語方面與ASTM D6867-2003保持一致，故將“相對密度”更改為“密度”。由于原標準中的相對密度是相對于水而言的，所以本標準未對密度的指標和試驗方法作修改，僅增加密度指標的單位：g/cm3。

4.擊穿電壓

ASTM D6867-2003對PFA管材無電性能要求，但考慮到用戶的實際需要以及生產的具體情況以及Q/GHAD 93-2008中的規定，根據管材壁厚不同，增加了擊穿電壓的性能指標（見表2）。主要是為了表征用于絕緣PFA管的電性能。

表2 管材壁厚與擊穿電壓

5.尺寸穩定性

測試材料的尺寸穩定性則是考慮到PFA管材的使用溫度范圍很寬，其驗證的是在高溫時PFA管材尺寸和外觀變化程度，從而表征其耐熱性。

ASTM D6867-2003對PFA管材提出了尺寸穩定性的要求，要求管材放在（200±2）℃的熱循環烘箱中保溫3 h，取出自然冷卻至（23±2）℃，并觀察管材的外觀；基于ASTM D6867-2003的要求，我們確定經過該項試驗后的管材應無裂紋的要求。

6.本標準指標和試驗方法與ASTM D6867-2003的對比見表3和表4。

表3 Q/GHAD 93-2009與ASTM D6867-2003指標對比

表4 Q/GHAD 93-2009與ASTM D6867-2003試驗方法對比

三、技術改造提升產品品質水平和穩定性

與現行的企業標準相比，ASTM D6867-2003中關于“尺寸穩定性”的要求是新增加的，此指標對產品的質量穩定性有著重要的意義。我們參照ASTM D6867-2003標準進行了一系列的試驗，最初的試驗結果表明：有部分PFA管材出現了裂紋或破裂線。針對這一情況，我們進行了仔細分析和研究，發現PFA管材出現裂紋或破裂線的主要原因是模具的壓縮比過小。為此，調整了幾個PFA管材生產過程中的模具壓縮比，消除了“尺寸穩定性”試驗后PFA管材裂紋或破裂線現象，提高了產品質量（參見表5）。隨后，我們對所有規格PFA管材的生產模具進行重新計算和設計，并通過試驗對比，獲取了最佳模具壓縮比的工藝參數，從而提高了PFA管材的內在性能。

表5 尺寸穩定性試驗驗證統計表

四、后語

企業標準Q/GHAD 93-2009參照了ASTM D6867-2003，本產品標準水平達到國際先進水平，同時也標志著我們的生產技術和檢測技術達到了國際先進水平。由于產品質量已經趕上甚至超過了國外同類產品的質量，并且有些產品性能指標的提出充分考慮了國內用戶的需要，因此許多長期使用同類進口產品的客戶開始和我們展開貿易洽談，希望建立良好的協作關系，最終取代進口，以滿足市場進一步發展的需要。采用國際先進標準，不斷改進現有生產工藝條件，適應全球經濟一體化的需要，是我們努力不斷的方向。