PTFE彩色薄膜的工艺研究及应用

(1.武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050；2.武汉市工程塑料有限公司，湖北武汉 430056)

PTFE彩色薄膜的工艺研究及应用

杨俊秋1周飞1王世山2

(1.武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050；2.武汉市工程塑料有限公司，湖北武汉 430056)

本文介绍了PTFE彩色薄膜的性能、特点、应用，成型工艺，包括工艺流程,所用主要设备、工艺条件及产品规格和性能.经测试PTFE彩色薄膜的电气强度大于40 kV/mm、拉伸强度大于25 MPa、薄膜材料的分解温度为386 ℃,推测了PTFE彩色薄膜的应用前景。

PTFE彩色薄膜；绝缘材料；介电性；耐蚀性

聚四氟乙烯(PTFE)彩色薄膜是一种综合性能优良的新型C级绝缘材料，适用于特殊要求的器件，如以色泽区分标志的电器仪表或导线绝缘等方面，是无线电工业、航空工业以及尖端电子科技领域中不可缺少的重要材料。在PTFE塑料绝缘电线电缆的早期应用中，仅仅局限于军事领域的飞机、舰艇等机舱内高温区域的电气电子设备的内部布线和引接线。随着制备技术的推广，PTFE逐渐扩展到一般高温环境下的民用电气、电子设备安装线。过去国产PTFE薄膜大都是材料本色(因PTFE薄膜不易着色)，为了区别不同传输信号的进出线路、易于分辨,只好采用涂层法着色，但PTFE表面无极性,涂层极易剥落,对区别线路没有保障[1]。

随着国内PTFE彩色薄膜生产量达到一定规模，通过改进工艺，产品各项性能指标也大都达到国外同类产品水平。但目前国内PTFE彩色薄膜产品在色感等外观方面存在明显不足,表现在色点分布不均匀等问题。随着新的PTFE彩色薄膜制备工艺的进展，加上用户对电线电缆阻燃要求的不断提高,PTFE彩色薄膜绝缘电线电缆己开始在高层建筑、机动车辆、计算机局域网络、地铁等非高温环境方面的应用越来越广泛。

1 聚四氟乙稀的性能

聚四氟乙烯简称氟-4(F-4),英文名Polytet-rafluoroethylene(PTFE)。PTFE是完全对称的线型高分子结晶性化合物,其结构如图1所示。

图1 PTFE结构式

由于C-F键是键能最高的化学键，要断开它需要很大的能量,因此PTFE具有高度的热稳定性,可在260 ℃连续使用或在300 ℃短时期使用。其氧指数大于95,几乎不燃。PTFE在-200 ℃的低温下仍呈高弹态,并具有较好的柔韧性。

PTFE分子具有螺旋状结构形态,且C-C主链完全被体积硕大的氟原子所掩蔽,因此浓酸、浓碱、强氧化剂即便在高温条件下也难以发生化学反应，同时PTFE也不受酮类、醚类等有机溶剂的侵蚀，仅与熔融碱金属或在高温高压下的全氟烷烃、全氟氯烷烃发生反应。

PTFE仅在分子末端带有极性基团,如磺酸基和羧基,其它部分完全是非极性,因此PTFE在1MHz下的相对介电常数仅为1.98左右,介质损耗角正切值仅为1×10-5,且几乎不受温度和频率的影响。PTFE的体积电阻大于1 018 Ω/cm,直流击穿电压强度≥40 kV/mm。

由于PTFE大分子间的相互引力较小,因此PTFE产品的机械强度不高。但PTFE的稳定性决定了其几乎不受温度变化的影响,故能满足电线电缆的使用要求。

由于PTFE具有的优异机械力学性能，并且PTFE具有极其优良的耐湿耐水性能和耐气候老化性能,故PTFE被人们冠以“塑料之王”的美称。

2 PTFE彩色薄膜的加工工艺

2.1 树脂及颜料的选择

用于加工PTFE彩色薄膜的树脂应选用分子质量分布均匀、结晶度高的悬浮树脂，结晶度一般选98%以上，分子质量在107～109，树脂颗粒粒径为30 μm左右，采用此种规格的PTFE原料，制备的PTFE彩色薄膜才具有色感好、色点分布均匀、耐高温、耐化学介质腐蚀、高绝缘、柔软等优异性能。通过试验筛选，山东东岳高分子材料有限公司生产的DF-16A和浙江巨圣氟化学有限公司生产的JF- 4TM的树脂适合加工PTFE彩色薄膜。

颜料的选择：依据PTFE成型工艺的条件，颜料需选择耐高温的无机颜料，颜料的颗粒度应小于400目筛网网径尺寸，通过试验筛选，大日金化的颜料适合加工PTFE彩色薄膜。

2.2 PTFE彩色薄膜的生产工艺

PTFE彩色薄膜的生产工艺如图2所示。

图2 PTFE彩色薄膜的生产工艺流程图

(1)PTFE树脂原料的预处理

将PTFE悬浮细料树脂放入20 ℃～23 ℃的恒温室中静至24小时进行预处理。

(2)颜料的预处理

将无机颜料置入20 ℃～23 ℃的干燥皿中存放24小时以上待用。

(3)着色

将一定量预处理后的PTFE悬浮细料树脂加入到捣料机中，同时加入一定量预处理后的无机颜料，高速混合，使颜料分散均匀，树脂松散利于模压加工。

(4)模压

将染色过的彩色PTFE细料，采用冷压工艺法，将40 000 gPTFE彩色细料树脂加入到模具中，在100吨自动压力机上，按20 MPa的成型单压进行压胚，压制中注意排气，避免胚料炸裂。

(5)烧结

将压制好的彩色胚件放入高温烧结炉，以50 ℃/h 的速率升温至330 ℃，保温3 h，然后以25 ℃/h的速率升温至380℃左右，保温10～14 h，再以20～25 ℃/h 的速率降温至320 ℃后，保温3～4 h，最后以50 ℃/h 的速率降温至150 ℃后，关电自然冷却至室温，取出彩色制品。

(6)车削加工成薄膜

将烧结好的彩色制品胚件用专用车床镟切加工成薄膜胚件。薄膜胚件为0.1 mm×100 mm×大于300 m(厚度×宽度×长度)。

(7)压延定向

将车削加工好的彩色定向胚件，经热辊定向压延机加工(见图3)成为定向度为1.5～1.8，厚度为0.05 mm的半定向薄膜，热辊温度控制在100 ℃左右。

图3 热辊定向压延机加工彩色PTFE薄膜

(8)切边

将厚度为0.05 mm的半定向彩色薄膜用专用分切机加工成为0.05 mm×90 mm×大于10 m(厚度×宽度×长度)的PTFE彩色薄膜。

(9)检验包装

加工好的PTFE彩色薄膜，抽样进行内在性能检验，同时对该薄膜进行外观和尺寸检验，将检验合格的产品，用PVC薄膜袋进行包装，附上检验合格证。

3 PTFE彩色薄膜的性能检验

3.1 测试方法和测试设备

(1)拉伸强度、断裂伸长率按GB/T 13022-1991标准的测试方法，在电子万能试验机[型号：CMT 8502型(深圳新三思计量技术有限公司)]上进行测试, 拉伸速度为100 mm/ min,试验温度为(23 ℃±2 ℃),每种材料至少取5个样，取平均值。

(2)直流击穿电压强度按GJB5344-2004标准的测试方法，在HZXC-Ⅱ全自动变压器上进行测试，试验电极用黄铜材料制造，上电极尺寸φ25 mm×50 mm，下电极尺寸φ75 mm×30 mm，试验时，电压从零开始，电压以1 kV/s的速度平稳升高。共测10点，取其平均值[2]。

(3)1 MHz下介质损耗因素按GB/T 1409-2006标准的测试方法进行测试。

(4)1 MHz下相对介电常数按GB/T 1409-2006标准的测试方法进行测试。

(5)体积电阻率按GB/T 1410-1989标准的测试方法进行测试。

3.2 PTFE彩色薄膜的性能指标

本实验以不同定向度[3](定向度-材料的取向程度，其数值为加热前和加热后薄膜试样长度之比)的PTFE彩色薄膜与标准指标相比，拉伸强度、断裂伸长率、直流击穿电压强度等性能如表1所示。

表1 不同定向度的PTFE彩色薄膜与标准指标性能对比

4 结果与讨论

相对于不定向的普通薄膜而言，彩色PTFE半定向薄膜(定向度为1.5～1.8)，有着如下突出特点：

(1)薄膜的色彩性能，PTFE彩色薄膜，色感好、色点分布均匀、不褪色，区别不同传输信号的进出线路、易于分辨, 区别线路有保障。

(2)薄膜的力学性能，为了增强PTFE彩色薄膜的机械强度,对薄膜的物理机械性能也有一定的要求，测试结果如表1所示，由表可见,薄膜的拉伸强度、断裂伸长率均优于标准值,显示出PTFE彩色薄膜优良的物理机械性能[4]。

(3)薄膜的电气性能，作为电线电缆行业的层间绝缘材料,指标要求绝缘层薄膜的直流击穿电压强度不得低于40 kV/mm,由测试结果表1可见,测得薄膜的强度达到45 kV/mm，高于标准的要求，其他如介质损耗因素、相对介电常数、体积电阻率等各项也都符合标准要求[5]。

(4)薄膜的热性能，用于电线电缆行业绝缘的材料,薄膜的耐热性是个非常重要的指标。氟塑料有着超乎寻常的热稳定性，薄膜材料的分解温度为386 ℃,使得PTFE彩色薄膜能适应150～260 ℃的高温环境，从而大大提高了该类绝缘材料的使用范围。

5 结 语

PTFE彩色薄膜(定向度为1.5～1.8)，是一种新型的电线电缆行业层间绝缘膜,薄膜的电气强度大于40 kV/mm、拉伸强度大于20 MPa、薄膜材料的分解温度为386 ℃,各项性能指标均能满足用户的要求。随着我国计算机通信、高层建筑、地铁、高速列车等领域的不断发展，由于PTFE所具有的良好的耐蚀性、高频介电性、耐热阻燃性以及优异的机械力学等性能，PTFE彩色薄膜电线电缆在航空航天、电气电子产品、交通等领域中的应用将日益广泛。

1 刘桂林等.Mg/PTFE薄膜制备与性能表征[J].含能材料，2010(2)：205-208．

2 沈丽敏.氟聚合物绝缘和护套控制电缆的应用及发展趋势[J].价值工程，2015(2)：143-145．

3 黄庆林等．聚四氟乙烯膜的制备及性能[J]．高分子材料科学与工程，2010(5)：123-126．

4 刘志敏等.特氟龙薄膜的制备和改性[J].化工新型材料，2015(11)：237-238．

5 营营等. PTFE 膜材单向拉伸性能[J].建筑材料学报，2010(4):219-223.

6 赵丽等.聚四氟乙烯膜表面处理研究进展[J].中国塑料，2011(6)：22-25．

(责任编辑：谭银元)

TechnologyResearchandApplicationofPTFEColorFilm

YANGJun-qiu1,ZHOUFei1,WANGShi-shan2

(1.Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China; 2. Wuhan Engineering Plastics Co., LTD, Wuhan 430056,China)

The paper introduced the properties, characteristics, application, molding technology of PTFE color film, including processing technology, the main equipment, processing conditions and product specifications and performance. By test analysis, the electric strength of this film is greater than 40 kV/mm. Its tensile strength is greater than 25 MPa and the decomposition temperature of this film material is 386 ℃. This paper also analyzed application foreground of PTFE color film.

PTFE color film; insulation material; dielectric property; corrosion resistance

本文系武汉船舶职业技术学院2016年科研项目“彩色聚四氟乙烯薄膜研究及应用”2016y06号阶段性研究成果”。

2016-12-25

杨俊秋，女，教授/高级工程师，主要从事材料成型与应用、模具设计与制造的教学与研究工作。

TM215

A

1671-8100(2017)02-0034-04