国产分散型聚四氟乙烯树脂在电子绝缘管中的应用研究

周生泰

上海长园电子材料有限公司 （上海 201802）

聚四氟乙烯（PTFE）是20 世纪60 年代发明的一种材料[1]，其具有良好的耐高低温性能、耐化学特性、自阻燃特性以及优异的介电性能，在汽车、船舶、机械、电子电器等领域中得到了广泛应用[2]。按聚合方法不同，PTFE 可以分为悬浮型树脂和分散型树脂，其中分散型树脂常用来做成微孔薄膜、管材或纤维使用[3]。根据中国塑协氟塑料加工专业委员会2019 年的报告，我国年产PTFE 树脂约14 万t，其中分散型树脂约占30%（即4.2 万t）。分散型树脂主要在PTFE 膜材料（包括生料带、纤维膜等），PTFE 管，PTFE 线缆等行业中使用。在电子电器工业中，PTFE树脂多以绝缘套管的形式出现，其规格多为Ø8.0 mm 以下，又以Ø3.0 mm 以下居多。PTFE 套管又被称为“PTFE 毛细管”，所起到的作用是耐高低温、耐候、阻燃和绝缘。早期，国内的分散型PTFE 树脂质量不稳定，多采用大金氟化工公司、科幕化学公司（原杜邦）等国外公司的树脂；随着国内技术的进步，分散型PTFE 树脂的产品质量提升较快，中昊晨光化工研究院有限公司、东岳集团、浙江巨化股份有限公司以及江苏理文化工有限公司等在PTFE 氟树脂专业上有了很大的进步。电子电器用绝缘套管配套金属导线应用于笔记本电脑的电源适配器、移动电源、嵌入式电源、小型变压器等零部件中。本研究基于电子电器产品对绝缘套管的产品质量要求对国产和进口PTFE 分散树脂作了对比分析。

1 实验部分

1.1 原材料

进口PTFE 分散树脂（大金F-201），大金氟化工公司；国产分散树脂（E 型、K 型）；助剂油，市售。

1.2 仪器与设备

混料机、挤出烧结机，自制；GT-TCS-2000 电子拉力机，台湾高铁检测仪器有限公司；CS2673X 耐压测试仪、CS9911AI 击穿电压测试仪，南京长盛仪器有限公司。

1.3 工艺过程

将PTFE 树脂、助剂油按一定比例混合均匀后，按照图1 的工序生产挤出管材。烧结温度为420 ℃，挤出线速率为5 m/min。

图1 PTFE 绝缘管生产流程

1.4 性能测试

原料硬度、力学等性能按照ASTM D4895-2018《分散型PTFE 树脂材料标准》[4]的要求进行测试；抗拉强度、断裂伸长率[5]、耐电压性能和击穿电压，按照UL224-2010《挤压成型的绝缘套管》[5]的要求进行测试。老化条件：260 ℃±1 ℃，168 h。

2 结果与讨论

2.1 不同厂家原材料的物性

不同原材料的性能见表1。从表1 可以看出，国产PTFE 原料E，K 均符合ASTM D4895-2018 的要求，与进口F-201 的差距较小；在力学强度和断裂伸长率上优于进口品。在实际使用中，国产原料存在结块、结团的现象（见图2），其原因是厂家基于成本考虑，未使用冷藏车进行运输，导致原料在高温下受振动结团。该结团可以在后续的混料筛分中筛出，但增加了成本、提高了废品率，造成一定的原料损耗，这一点需要改进。

表1 不同厂家原材料的物性对比

图2 不同种类PTFE 原料外观

2.2 成品绝缘套管的外观

电子绝缘套管要求表面光滑、无颗粒等瑕疵，产品呈透明色。使用国产PTFE 原料E，K 生产制成的绝缘套管外观均光滑、透明，与进口品差异不大。

2.3 不同原料制成的绝缘套管的耐电压性能

电子绝缘套管最重要的性能就是耐电压性能和击穿电压，实验产品的耐电压性能测试结果如表2所示。从表2 可以看出，老化前后的绝缘套管均能通过2 500 V 直流电压、60 s 不击穿的测试标准。

表2 不同厂家原料制成的绝缘套管的耐电压性能

2.4 不同原料制成的绝缘套管的击穿电压性能

虽然电子绝缘套管在实际环境中使用的电压往往低于600 V（甚至低于300 V），但在实际使用过程中，受到的瞬时电压有可能会超过2 500 V，这就对绝缘套管的击穿性能提出了更高要求。以壁厚为0.15 mm 的薄壁管为例，测试了产品的击穿电压，结果如表3 所示。从表3 可以看到，老化前的制品均满足标准要求，而且老化后绝缘套管的击穿电压均大于老化前击穿电压的一半，符合标准要求。老化后的击穿电压大于老化前的击穿电压，可能是样品取样的问题，或者是由于老化过程中制品中的小分子挥发，增大了击穿难度。

表3 不同厂家原料制成的绝缘套管的击穿电压kV

2.5 不同原料制成的绝缘套管的力学性能

产品的力学性能是保证材料使用的基本条件，为此作了老化前后的力学性能对比（见表4）。从表4 可以看出，老化前后不同厂家原料生产的制品其拉抗强度和断裂伸长率均符合标准要求，而且国产品制成的绝缘套管力学性能与进口品相当。

表4 不同厂家原料制成的绝缘套管的力学性能（500 mm/min）

2.6 不同厂家原料制成的绝缘套管的轴向率

PTFE 绝缘套管在生产时存在一定的内应力，反应在成品上就是轴向收缩率。绝缘套管经裁切后使用，若轴向收缩率过大，在使用环境中则表现出长短不齐的状态，导致部分导线裸露在空气中，造成危险或短路。为保证在不同环境下使用长度的稳定性，UL224-2010 对轴向收缩率进行了规定。不同原料套管的轴向收缩率如表5 所示。从表5 可以看出，不同厂家原料制成的套管，其轴向收缩率均满足产品要求，但国产E 型原料的收缩率为负值，表明出现了收缩。在轴向收缩率上，K 型优于E 型。

表5 不同厂家原料制成的绝缘套管的轴向收缩率%

3 结论

（1）从分散型PTFE 树脂的性能来看，除外观外，国产品与进口品的差异不大，差异比较大的粉体结块问题，直接导致混料筛分时物料浪费，这与供应商的物流运输环境有关，需要改善；

（2）在成品性能上，国产分散型树脂制品老化前后的耐电压性能、老化前后的力学性能和老化前后的击穿电压性能差异不大；

（3）在成品性能上，国产分散型PTFE 制品的轴向收缩率有差异，E 型有所收缩，K 型与进口品相当，在产品使用时要引起注意。

综合来看，国产分散型PTFE 树脂的技术水平提高较快，在电子绝缘套管领域，国产料已能够满足产品需要；从总的性能来看，国产K 型料更符合产品质量要求。