國產分散型聚四氟乙烯樹脂在電子絕緣管中的應用研究

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 年代發明的一種材料[1]，其具有良好的耐高低溫性能、耐化學特性、自阻燃特性以及優異的介電性能，在汽車、船舶、機械、電子電器等領域中得到了廣泛應用[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]。根據中國塑協氟塑料加工專業委員會2019 年的報告，我國年產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 線纜等行業中使用。在電子電器工業中，PTFE樹脂多以絕緣套管的形式出現，其規格多為?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，國內的分散型PTFE 樹脂質量不穩定，多采用大金氟化工公司、科幕化學公司（原杜邦）等國外公司的樹脂；隨著國內技術的進步，分散型PTFE 樹脂的產品質量提升較快，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 氟樹脂專業上有了很大的進步。電子電器用絕緣套管配套金屬導線應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品對絕緣套管的產品質量要求對國產和進口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；國產分散樹脂（E 型、K 型）；助劑油，市售。

1.2 儀器與設備

混料機、擠出燒結機，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 的工序生產擠出管材。燒結溫度為420 ℃，擠出線速率為5 m/min。

圖1 PTFE 絕緣管生產流程

1.4 性能測試

原料硬度、力學等性能按照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PTFE 原料E，K 均符合ASTM D4895-2018 的要求，與進口F-201 的差距較小；在力學強度和斷裂伸長率上優于進口品。在實際使用中，國產原料存在結塊、結團的現象（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，導致原料在高溫下受振動結團。該結團可以在后續的混料篩分中篩出，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，產品呈透明色。使用國產PTFE 原料E，K 生產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，實驗產品的耐電壓性能測試結果如表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，測試了產品的擊穿電壓，結果如表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，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性能

產品的力學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，而且國產品制成的絕緣套管力學性能與進口品相當。

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 絕緣套管在生產時存在一定的內應力，反應在成品上就是軸向收縮率。絕緣套管經裁切后使用，若軸向收縮率過大，在使用環境中則表現出長短不齊的狀態，導致部分導線裸露在空氣中，造成危險或短路。為保證在不同環境下使用長度的穩定性，UL224-2010 對軸向收縮率進行了規定。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品要求，但國產E 型原料的收縮率為負值，表明出現了收縮。在軸向收縮率上，K 型優于E 型。

表5 不同廠家原料制成的絕緣套管的軸向收縮率%

3 結論

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

（2）在成品性能上，國產分散型樹脂制品老化前后的耐電壓性能、老化前后的力學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，在產品使用時要引起注意。

綜合來看，國產分散型PTFE 樹脂的技術水平提高較快，在電子絕緣套管領域，國產料已能夠滿足產品需要；從總的性能來看，國產K 型料更符合產品質量要求。