氟塑料在电线电缆行业中的应用及其高温性能

氟塑料是指那些聚烯烃分子中的氢原子部分或全部被氟原子取代的高分子合成材料。由于大分子中，碳氟（C—F）键具有很高的键能，以及氟原子具有高的电负性，使氟塑料具有优良的耐高温与低温性能、耐化学品腐蚀和优良的介电性能。特别是聚四氟乙烯的介电性能是现有塑料中最好的一种。采用氟塑料加工成的电线电缆能够满足现代国防、电子、电气、化学及宇航工业特殊的需要。

氟塑料的品种很多，目前在电线电缆工业中常用的氟塑料有聚四氟乙烯塑料（F-4）、聚三氟氯乙烯塑料（F-3）、聚全氟乙丙烯塑料（F-46）、聚偏二氟乙烯塑料（F-2）、四氟乙烯和乙烯共聚物（F-40）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）等。

1.聚四氟乙烯（F-4）

聚四氟乙烯是由四氟乙烯单体（CF₂=CF₂）聚合而成。聚四氟乙烯具有对称的线性结构，在常温下为晶体，结晶度为55%～57%，平均分子量为15万～50万。聚四氟乙烯的主要性能：

1）优良的电绝缘性能：由于其结构的对称性和优异的耐高温、低温性能，决定了F-4具有优于各种电介质的性能，尤其是电性能稳定，基本上不随温度、湿度、频率等的变化而改变。例如介电常数在温度由室温升到300℃，频率由工频升到10⁹Hz时，基本维持在2.0左右；在此变化范围内，其介质损耗角正切值也基本稳定在2×10^-4。其体积电阻率（20℃）高达10¹⁵～10¹⁸Ω·m，在此环境中可以长期维持在10¹³Ω·m以上。它的击穿电场强度亦很高（达25～27MV/m），当厚度很薄时，耐电强度可高达200MV/m。聚四氟乙烯在电气绝缘中的另一个突出特点是耐电弧性很高。因此，它在高压电器设备中特别得到重用。

2）相当高的耐热性和足够好的耐低温性：聚四氟乙烯塑料可在-195～+250℃宽广的温度范围内使用。

①高温性能：F-4可在300℃高温下短期工作，在250℃高温下可连续使用，只有当温度超过300℃时才会发生轻微氧化，并稍有发脆。当温度超过327℃时，开始有轻微失重现象，并逐渐地发生降解，致使分子量逐渐降低。当温度超过415℃时，发生剧烈分解。

②低温性能：F-4在温度高于-120℃时呈高弹态，在-120℃虽转为玻璃态，但仍具有一定的柔软性而不变硬、变脆，只有当温度下降到-195℃以下，材料才变硬，所以F-4是理想的耐高温高寒材料。

3）有足够的力学性能：室温下的力学性能可以保持到相当高的温度不变。如在室温时，聚四氟乙烯的拉伸强度为19.6MN/m²，断裂伸长率为345%，而在250℃、1000h后，拉伸强度仍达19.4MN/m²，断裂伸长率为534%，可见在250℃高温下力学性能变化不大，完全符合电线电缆的使用要求。即使在300℃下使用一个月，拉伸强度只会降低10%～20%。同样温度低至-90℃，力学性能几乎不发生变化，在-120℃时仍能保持足够柔软性。另外，聚四氟乙烯在压力作用下变形也是很小的，而且温度变化也不影响它的耐变形的稳定性。

4）具有优异的化学稳定性：F-4化学稳定性极为优异，与其他材料相比，特殊之处是在高温条件下的化学稳定性。不但能抵抗浓硫酸、硝酸、盐酸的作用，而且胜过金、铂、玻璃、陶瓷，并且在300℃的高温条件下也不会被任何一种溶剂所溶胀，更不能被溶解，这同样是任何一种有机电介质所不能比拟的。

5）具有很好的耐湿性和耐水性：其透湿性和吸水性极微。放在水中浸泡24h吸水量几乎等于零。浸泡后的绝缘电阻基本不变。

6）其他性能

①良好的耐候性，对紫外线照射表现稳定；

②具有不透气性、自熄性；

③耐电晕性较差，经γ射线辐照会变脆；

④高温分解会释放有毒气体；

⑤在连续负荷下有冷流性和蠕变性。(www.xing528.com)

综上所述，F-4具有许多优异性能，是其他电介质所不能比拟的。它是迄今为止最理想的高温、高寒、高频电气绝缘材料。

但F-4缺点也很明显：F-4价格贵，而且流动温度高，在加热到流动温度之前就分解，不能用普通挤出方法生产，F-4的加工是采用先冷压成型再烧结的方法（粉末冶金法），制造成本太高，因此限制了其应用。

2.聚全氟乙丙烯（F-46）

聚全氟乙丙烯是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，六氟丙烯含量约占15%，也是完全氟化的结构。它是聚四氟乙烯的改性材料，两者有相似结构的特征。它可在-85～+205℃下长期使用。它的主要性能：

1）高低温特性：F-46具有仅次于F-4的高、低温性能，F-46制品可在-85～+205℃长期正常使用。即使在-200～+260℃温度范围内，其各项性能亦不会有很大变化，在300℃高温情况下可连续使用4～6h，当温度超过380℃时，F-46发生分解。F-46在-200℃时仍不完全硬脆，还保持很小的伸长率和一定的曲挠性，比F-4甚至更好些。

2）电性能：F-46电性能与聚四氟乙烯十分相近。尤其是在高温、高湿、高频下的稳定电性能，其四项电性能：体积电阻率不低于10¹⁴Ω·m，实测有的可达10¹⁶Ω·m，且随温度变化甚微，也不受水和潮气的影响；在50～10⁶Hz内，从深冷到最高工作温度，介电常数稳定在2.1；其介质损失角正切值不受温度影响，但随频率变化，则有些变化，为0.0003～0.0009；其击穿强度为30MV/m；耐电弧大于165s。

3）力学性能：F-46突出的优点是有较高的冲击韧性，在常温下，其抗蠕变性优于F-4，但在100℃以上其变形量往往高于F-4。F-46的拉伸强度较高，为20～30MN/m²，断裂伸长率为250%～330%。

4）化学稳定性：F-46与F-4相似，具有较高的化学稳定性。它与各种酸、碱以及酮、醇、芳香烃、氯化烃、油脂等不起作用，仅与元素氟、某些氟化物以及碱金属能起作用。

5）加工性能：F-46熔点在250～270℃，当温度超过400℃以上，F-46才发生显著分解。其热分解温度高于熔点温度，是热塑性塑料，具有良好的加工性能，可以在挤出机上成型。

6）其他性能：

①耐辐照性比聚四氟乙烯好，略逊于聚乙烯；

②耐电晕性较差；

③耐龟裂性较差；

④高温分解会释放有毒气体。

综上所述，F-46具有与塑料王F-4相当的高低温性能、电气性能、化学稳定性和力学性能，而且还具有良好的加工工艺性能，可以在普通挤塑机上挤出。在用途上填补了F-4的不足，使得F-46成为F-4的代替材料而获得广泛的应用。在电缆工业中，可用作高频下使用的电子设备中的传输线与安装线、电子计算机内部的连接线、宇宙航空用导线及其他特殊用途安装线，以及油泵电缆和潜油电动机绕组线等。