PVDF和FEP性能及在水冷卻管路應用的對比研究

楊偉龍，郭紹強，洪春鳳，符夏穎，羅毅強，蒙元楷

(廣州高瀾節能技術股份有限公司，廣東 廣州 510663)

PVDF和FEP均屬于氟塑料范疇，其機械強度、耐腐蝕性、電絕緣性能、耐候性，阻燃性等性能優異，因此被廣泛應用在高壓直流輸電水冷卻配水管路上。

本文從PVDF和FEP兩種管材的力學性能、熱性能和電性能三個方面進行對比研究，和兩種管材在在高壓直流輸電水冷卻管路上應用形式進行對比研究，探究其應用的優缺點，為水冷卻管路設計和選型上提供有用的參考價值。

1 PVDF和FEP材料簡介

1.1 PVDF材料簡介

PVDF中文名稱為聚偏氟乙烯，簡稱F2，外觀為白色半透明；PVDF分子結構如下圖1所示，分子鏈間排列緊密，具有較強的氫鍵，含氧指數為46%，結晶度高；長期使用溫度-40～140℃。

圖1 PVDF分子結構

PVDF是一種高純度的聚合物，不含任何化學添加劑，能夠對超純水的電導率保持穩定，此外PVDF具有化學惰性，幾乎不與任何介質反應，因此被廣泛應用于高壓直流輸電的水冷卻管路上。

PVDF主要性能特點有如下：

(1)適用范圍廣，熱變形溫度高；

(3)低摩擦系數；

(4)良好的機械性能；

(5)優異的電性能；

(6)加工性好；

(7)焊接性好；

(8)熱穩定性好；

(9)壽命長。

1.2 FEP材料簡介

FEP中文名稱為聚全氟乙丙烯，簡稱F46，外觀為透明；是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，六氟丙烯的含量約15%左右，是聚四氟乙烯的改性材料，分子結構如下圖2所示。

從某種意義上說，基于ICT的成人參與學習本質是有效使用ICT，是人們發展與ICT的關系以及能夠獲得有用的教育資源。在思考ICT對成人參與學習的價值時，既不能以“技術決定論”為導向過分夸大ICT技術在教育與社會發展中的角色，亦不可以“社會決定論”為導向僅賦予ICT為中性技術工具的內涵，而誤解其所涵蓋的社會文化特性［17］。因此，如何面對使用ICT過程中所產生的來自心理、教育、社會等復雜因素交織而成的障礙，學習個體、教育機構、決策組織乃至關聯企業的應對之策，均至關重要。

圖2 FEP分子結構

FEP是一種軟性塑料，FEP耐熱性能僅次于聚四氟乙烯，能在-85～200℃溫度范圍內連續使用。

FEP主要性能特點有如下：

(1)耐大部分化學藥劑腐蝕；

(2)優異電絕緣性能；

(3)優異耐候性；

(4)阻燃性；

(5)低摩擦系數；

(6)熱穩定性好；

(7)壽命長。

2 PVDF和FEP性能對比

2.1 力學性能對比

PVDF具有很高的抗拉強度和耐沖擊強度，具有良好的耐磨性，剛度和柔韌性。與PVDF相比，FEP的抗拉強度、耐蠕變等性能較差，兩種材料的主要力學性能對比見下表1所示。

表1 PVDF和FEP力學性能對比表

2.2 熱性能對比

PVDF和FEP均具有很好的阻燃性，與PVDF相比，FEP的軟化溫度和線性熱膨脹系數稍低，熱導率較PVDF高，兩種材料的熱性能對比見下表2所示。

表2 PVDF和FEP熱性能對比表

2.3 電性能對比

PVDF和FEP的電絕緣性能均很好，與PVDF相比，FEP的相對介電常數較低，電絕緣性能較PVDF高一些，兩種材料的主要電性能對比見下表3所示。

表3 PVDF和FEP電性能對比表

綜上可以看出，在力學性能和熱性能上PVDF的綜合性能較FEP強，在電性能上FEP的綜合性能較PVDF強。

3 PVDF和FEP管在高壓直流輸電水冷卻管路應用的對比

3.1 PVDF和FEP管道在密封形式、適用范圍和安裝維護上的對比

PVDF與FEP材料相比，最大的特點是可加工性好，PVDF適用于注塑、焊接、熱成型等加工工藝，因此其連接結構可以根據要求進行設計，設計結構可以多樣化。在高壓直流輸電冷卻管路系統中，PVDF閥模塊管道的常見連接方式是螺紋連接方式，密封方式是O型圈密封，FEP閥模塊管道的常見連接方式是雙頭螺釘套件連接，密封方式是FEP管與水接頭采用雙介子密封，水接頭和匯流管采用O型密封圈密封。

在密封可靠性上，PVDF管道接口的密封結構有一處滲漏點，FEP管道接口的密封結構有兩處滲漏點，因此密封可靠性PVDF管道比FEP管道更高。

由于管道的適用流量范圍與管道管徑相關，管徑越大，適用的最大流量越大，在高壓直流輸電配水管路系統里，閥模塊PVFD水管管徑為Φ16×1.9，Φ20×1.9，FEP管管徑為Φ8×1，Φ12×1，因此適用的最大流量PVDF管道比FEP管道更大。

從兩者的常用連接方式可以看出，FEP管的連接方式比較復雜，同時為了保證密封性能，FEP管與雙介子和雙頭螺釘的連接必須安裝到位，嚴格按照力矩要求緊固，因此FEP管道在安裝維護上比PVDF管道要嚴格復雜。

下表4為PVDF和FEP管道在密封可靠性、適用流量范圍和安裝維護對比表。

表4 PVDF和FEP管道在密封可靠性、適用流量范圍和安裝維護對比表

3.2 PVDF和FEP管道機械強度和物理性能對比

從材料性能特性上，FEP管的抗拉強度不如PVDF管道，軟化溫度較PVDF低，因此機械強度可靠性和密封可靠性比PVDF管道差，見下表5所示。

表5 PVDF和FEP管道機械強度和物理性能對比表

4 結語

PVDF管和FEP管在高壓直流換流閥冷卻管道系統是應用最廣的兩種材料，兩者在性能對比上互有優劣勢，早期的換流閥閥模塊冷卻管道主要采用FEP管，隨著高壓直流輸電的發展，功率越來越大，小管徑的FEP管越來越難以滿足高壓直流輸電的發展需求，另外在密封可靠性、安裝維護、機械強度、受環境影響性能變化大小上綜合對比，PVDF管比FEP管更具有較明顯的優勢。