PFA管材标准研制打造国际一流品质

文/钟 勤

PFA是四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚的共聚物，经过熔融挤出加工工艺可以制得PFA管材、薄膜、板材等形状的产品，该类产品呈透明或半透明状，它具备了聚四氟乙烯的一切优良特性：使用温度范围为-80℃～260℃；化学稳定性极佳，耐各种化学试剂、酸、碱和油的腐蚀；拥有良好的机械性能、不粘性和电绝缘性。PFA管材主要用作输送腐蚀性液体或气体介质的内衬管、热交换器用管、液面计用管以及各种频率下使用的电线、电缆、电器元件、密封圈或其它材料的外包覆管。目前被广泛应用于化工和电子等领域，应用前景广阔，具有潜在的市场价值。

一、我国PFA管材质量现状

我国的PFA生产及加工的历史并不长，随着近年来我国经济的高速发展，氟塑料的国内外市场需求在不断扩大，国外的先进生产技术、设备以及材料不断涌入，国内的加工企业也迅速增加。但由于缺乏相关的行业标准和国家标准作为生产、检验和验收的依据和约束，市场上该类产品的质量参差不齐。

上海市塑料研究所于上世纪80年代开始研制生产PFA管材，积累了比较丰富的生产和技术经验。经过多年来的发展，产品规格已经系列化，并被广泛应用于电子、化工、环保及密封件制造等行业，用户多年的使用验证结果充分地证明PFA管材能够满足各种用户的需要。

为了进一步提高PFA产品的质量，构筑市场竞争力，同时也为了满足高端客户的需要，我们借鉴了目前处于国际领先的美国材料试验协会标准ASTM D6867-2003《全氟烷氧基（PFA）-含氟聚合物管材规范》，对企业标准进行了修订。

二、主要技术指标和试验方法的修订

考虑到PFA管材主要用于输送腐蚀性液体或气体介质的内衬管、热交换器用管、液面计用管以及各种频率下使用的电线、电缆、电气元件、密封圈或其他材料的外包覆管等特殊性，本次修订的PFA管材企业标准中主要涉及的技术指标有：拉伸强度、断裂标称应变（断裂伸长率）、密度和尺寸稳定性等。另对对应的检查方法也做了相应的修订。

1.外观

在ASTM D6867-2003中未对PFA管材的外观做出对应的规定，我们结合国内生产的实际情况和用户使用要求，确定制备的PFA管材内/外壁应光滑、平整、清洁，不允许有气泡、针眼及用手指能明显察觉到的沟纹或凹陷。

与此标准对应的检查方法中规定：在自然光线下，用目视方法进行检查。

2.拉伸强度和断裂标称应变

表征材料受到外力作用时的强度和韧性通常我们用拉伸强度、断裂标称应变这两个机械性能指标来表示。在原版本Q/GHAD 93-2008《全氟烷氧基（PFA）-氟塑料管材》标准中，对于外径10 mm以下PFA管材规定以实物直接进行测试。测试时PFA管材中央部分记以25 mm标记，夹具间标距为50 mm；在PFA管材外径不小于10 mm时，则将其剖开，按GB/T1040-1992规定采用Ⅱ型试样进行测试，拉伸速度为50 mm/min。

在ASTM D6867-2003中是根据管材内径作相应的规定。对于内径大于等于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材纵向剖开摊平，分别按纵向和横向制备5个试样；针对内径大于等于2.3 mm且小于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材纵向剖开摊平，按纵向制备5个试样；对于内径小于2.3 mm的PFA管材，规定则以实物直接进行拉伸测试。

在ASTM D6867-2003中要求将试样制成如下图所示的形状，以防止在试验过程中试样滑脱，影响试验。故本次新修订的Q/GHAD 93-2009中我们也规定对试样形状必须按照下图的要求进行。

试验方法依然按照GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的测定第1部分:总则》的规定进行。夹具夹持试样两端，上下位置对称，标距为24 mm；试验速度为50.8 mm/min。

为了修订的Q/GHAD 93-2009标准与国际先进标准在性能指标上有可比性，我们在进行了大量的对比测试后，新标准采用了与ASTM D6867-2003相同的方法，将试样的标距改为24 mm（这是为了充分利用现有的国家实验室的试样刀具）。经过多次对比试验以及从计算断裂标称应变的计算公式可以得知，标距为24 mm的试样试验结果较标距为22 mm的试样试验结果数值小。因此，若两种试样在试验结果相等的条件下标距为24 mm的管材其实际断裂标称应变比标距为22 mm的管材大，拉伸强度则不受标距长短的影响。对比试验数值参见表1。

表1 不同标距试验结果比较以及与现行标准的比较

根据实验数据，我们确定了新标准的指标为：拉伸强度不小于18.0 MPa，断裂标称应变为不小于200%。

3.密度

PFA管材一般采用挤出成型的方法进行加工，物料经塑化后，可以制得各种规格的管材，加工工艺和设备会影响管材的密实性，所以通常我们通过测试材料的密度来表征材料的密实度。

密度的原标准采用的试验方法与ASTM D6867-2003一致，但术语有差异。为了在术语方面与ASTM D6867-2003保持一致，故将“相对密度”更改为“密度”。由于原标准中的相对密度是相对于水而言的，所以本标准未对密度的指标和试验方法作修改，仅增加密度指标的单位：g/cm3。

4.击穿电压

ASTM D6867-2003对PFA管材无电性能要求，但考虑到用户的实际需要以及生产的具体情况以及Q/GHAD 93-2008中的规定，根据管材壁厚不同，增加了击穿电压的性能指标（见表2）。主要是为了表征用于绝缘PFA管的电性能。

表2 管材壁厚与击穿电压

5.尺寸稳定性

测试材料的尺寸稳定性则是考虑到PFA管材的使用温度范围很宽，其验证的是在高温时PFA管材尺寸和外观变化程度，从而表征其耐热性。

ASTM D6867-2003对PFA管材提出了尺寸稳定性的要求，要求管材放在（200±2）℃的热循环烘箱中保温3 h，取出自然冷却至（23±2）℃，并观察管材的外观；基于ASTM D6867-2003的要求，我们确定经过该项试验后的管材应无裂纹的要求。

6.本标准指标和试验方法与ASTM D6867-2003的对比见表3和表4。

表3 Q/GHAD 93-2009与ASTM D6867-2003指标对比

表4 Q/GHAD 93-2009与ASTM D6867-2003试验方法对比

三、技术改造提升产品品质水平和稳定性

与现行的企业标准相比，ASTM D6867-2003中关于“尺寸稳定性”的要求是新增加的，此指标对产品的质量稳定性有着重要的意义。我们参照ASTM D6867-2003标准进行了一系列的试验，最初的试验结果表明：有部分PFA管材出现了裂纹或破裂线。针对这一情况，我们进行了仔细分析和研究，发现PFA管材出现裂纹或破裂线的主要原因是模具的压缩比过小。为此，调整了几个PFA管材生产过程中的模具压缩比，消除了“尺寸稳定性”试验后PFA管材裂纹或破裂线现象，提高了产品质量（参见表5）。随后，我们对所有规格PFA管材的生产模具进行重新计算和设计，并通过试验对比，获取了最佳模具压缩比的工艺参数，从而提高了PFA管材的内在性能。

表5 尺寸稳定性试验验证统计表

四、后语

企业标准Q/GHAD 93-2009参照了ASTM D6867-2003，本产品标准水平达到国际先进水平，同时也标志着我们的生产技术和检测技术达到了国际先进水平。由于产品质量已经赶上甚至超过了国外同类产品的质量，并且有些产品性能指标的提出充分考虑了国内用户的需要，因此许多长期使用同类进口产品的客户开始和我们展开贸易洽谈，希望建立良好的协作关系，最终取代进口，以满足市场进一步发展的需要。采用国际先进标准，不断改进现有生产工艺条件，适应全球经济一体化的需要，是我们努力不断的方向。