彩色半定向聚四氟乙烯薄膜的研制

楊俊秋 周 飛 胡學梅 王世山

(1.武漢船舶職業技術學院，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胡學梅1王世山2

(1.武漢船舶職業技術學院，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、計算機、國防軍工、電線電纜行業傳輸信號的進出線路分辨, 區別線路有保障，也可用于高溫即耐熱環境要求高的絕緣場合,經測試彩色PTFE薄膜的電氣強度大于40KV/mm、拉伸強度大于25MPa、薄膜材料的分解溫度為386℃,各項性能指標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

隨著我國通訊、計算機、國防軍工等行業的發展,電線電纜行業也迅速掘起,各類新型多功能電線電纜材料應運而生。其中弱電設備傳輸信號裝置中,對小截面安裝線進行纏繞的塑料薄膜要求具有耐高溫、耐化學介質腐蝕、高絕緣、柔軟等特點。從材料來看,聚四氟乙烯(俗稱“塑料王”或“F4”，縮寫為PTFE,商標名Teflon特氟龍)薄膜是最理想的,但過去國產聚四氟乙烯(F4)薄膜大都是材料本色(因F4薄膜不易著色)。為了區別不同傳輸信號的進出線路、易于分辨,只好采用涂層法著色，可是聚四氟乙烯表面無極性,涂層極易剝落,對區別線路沒有保障[1]。目前國內F4彩色薄膜通過改進工藝，產品各項性能指標得以改善，也大都達到國外同類產品水平,生產量也已達到一定規模,但在外觀質量上存在明顯不足,尤其是色感較差,色點分布不均勻。

本研究對彩色聚四氟乙烯薄膜實現色感好、色點分布均勻的可行性進行試驗研究，在著色、配比、工藝條件、成型方法、成型設備等有關方面，為滿足彩色聚四氟乙烯薄膜在計算機、電線電纜、航天航空及國防軍工等行業的應用進行有益的探索。

1 彩色PTFE薄膜的制備

1.1 樹脂及顏料的選擇

用于加工彩色聚四氟乙烯薄膜樹脂應選用分子質量分布均勻、結晶度高的懸浮樹脂，結晶度一般選98%以上，分子質量在107～109，樹脂顆粒粒徑為30?m左右，采用此種規格的PTFE原料，制備的彩色聚四氟乙烯薄膜具有色感好、色點分布均勻、耐高溫、耐化學介質腐蝕、高絕緣、柔軟等優異性能。通過試驗篩選，山東東岳高分子材料有限公司生產的DF-16A和浙江巨圣氟化學有限公司生產的JF-4TM的樹脂適合加工彩色聚四氟乙烯薄膜。

顏料的選擇：依據聚四氟乙烯成型工藝的條件，顏料需選擇耐高溫的無機顏料，顏料的顆粒度應小于400目篩網網徑尺寸，通過試驗篩選，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薄膜的生產工藝

彩色聚四氟乙烯薄膜的生產工藝如圖1所示：

圖1 彩色聚四氟乙烯薄膜的生產工藝流程圖

(1)PTFE樹脂原料的預處理

將PTFE懸浮細料樹脂放入20℃～23℃的恒溫室中靜至24小時進行預處理。

(2)顏料的預處理

將無機顏料置入20℃～23℃的干燥皿中存放24小時以上待用。

(3)著色

將一定量預處理后的PTFE懸浮細料樹脂加入到搗料機中，同時加入一定量預處理后的無機顏料，高速混合，使顏料分散均勻，樹脂松散利于模壓加工。

(4)模壓

將染色過的彩色聚四氟乙烯細料，采用冷壓工藝法，將40000gPTFE彩色細料樹脂加入到模具中，在100噸自動壓力機上，按20Mpa的成型單壓進行壓胚，壓制中注意排氣，避免胚料炸裂。

(5)燒結

將壓制好的彩色胚件放入高溫燒結爐，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×長度)。

(7)壓延定向

將車削加工好的彩色定向胚件，經熱輥定向壓延機加工(見圖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加工成為0.05mm×90mm×大于10m(厚度×寬度×長度)的彩色聚四氟乙烯薄膜。

(9)檢驗包裝

加工好的彩色聚四氟乙烯薄膜，抽樣進行內在性能檢驗，同時對該薄膜進行外觀和尺寸檢驗，將檢驗合格的產品，用PVC薄膜袋進行包裝，附上檢驗合格證。

2 彩色PTFE薄膜的性能檢驗

2.1 測試方法和測試設備

(1)拉伸強度、斷裂伸長率按GB/T 13022-1991標準的測試方法，在深圳新三思計量技術有限公司生產的CMT 8502 型電子萬能試驗機上進行測試，拉伸速度為100mm/ min，試驗溫度為(23℃±2℃)，每種材料至少取5個樣，取平均值。

(2)直流擊穿電壓強度按GJB5344-2004標準的測試方法，在HZXC-Ⅱ全自動變壓器上進行測試，試驗電極用黃銅材料制造，上電極尺寸￠25mm×50 mm，下電極尺寸￠75mm×30mm，試驗時，電壓從零開始，電壓以1kvV/s的速度平穩升高。共測10點，取其平均值[2]。

(3)1MHz下介質損耗因素按GB/T 1409-2006標準的測試方法進行測試。

(4)1MHz下相對介電常數按GB/T 1409-2006標準的測試方法進行測試。

(5)體積電阻率按GB/T 1410-1989標準的測試方法進行測試。

2.2 彩色PTFE薄膜的性能指標

本實驗以不同定向度[3](定向度-材料的取向程度，其數值為加熱前和加熱后薄膜試樣長度之比)的彩色PTFE薄膜與標準指標相比，拉伸強度、斷裂伸長率、直流擊穿電壓強度等性能如表1所示。

表1 不同定向度的彩色PTFE薄膜與標準指標性能對比

3 結果與討論

相對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：

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

(2)薄膜的力學性能，為了增強彩色聚四氟乙烯薄膜的機械強度,對薄膜的物理機械性能也有一定的要求，測試結果如表1所示，由表可見,薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率均優于標準值,顯示出彩色PTFE薄膜優良的物理機械性能[4]。

(3)薄膜的電氣性能，作為電線電纜行業的層間絕緣材料,指標要求絕緣層薄膜的直流擊穿電壓強度不得低于40kV/mm, 由測試結果表1可見,測得薄膜的強度達到45kV/mm，高于標準的要求，其他如介質損耗因素、相對介電常數、體積電阻率等各項也都符合標準要求[5]。

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

4 結 語

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層間絕緣膜,薄膜的電氣強度大于40KV/mm、拉伸強度大于20MPa、薄膜材料的分解溫度為386℃,各項性能指標均能滿足用戶的要求。此外,它亦可用于重要儀表儀器、通訊、計算機、國防軍工等行業層間襯墊絕緣和線路顏色的識別。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、腐蝕性強等各種惡劣的環境中都能正常使用，其應用領域十分廣闊。

1 沈麗敏.氟聚合物絕緣和護套控制電纜的應用及發展趨勢[J].價值工程，2015(2)：143-145．

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

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

4 營營等.PTFE膜材單向拉伸性能[J].建筑材料學報，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

武漢船舶職業技術學院2016年院級科研項目，編號：2016y06。

2016-07-22

楊俊秋，女，教授/高級工程師，主要從事材料成型與應用、模具設計與制造方面的教學與科研工作。

TM21

A

1671-8100(2016)04-0025-03