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1、氟塑料电线电缆实例氟塑料电线电缆实例中国电子科技集团公司第二十三研究所姜陆韫上海科浩传输线有限公司姜志嘉自从1944年美国杜邦公司实现了聚四氟乙烯的工业化以后,由于其突出的综合性能,很快在化工、医药、电气、机械等众多领域遭到欢迎。随后，多个改良型的品种陆续登场，构成了一个氟塑料产品的家族。氟塑料在电线电缆中被广泛应用，十分是对特种电线电缆的开发，树立了一个新的里程碑。下面就几个典型的品种在电线电缆中的应用谈一些大概情况。一、聚四氟乙烯聚四氟乙烯CF2CF2n它的英文缩写为PTFE，它是由杜邦公司的Plunkett博士在1938年发明的，平常也称它为“塑料王。1、引起电线电缆工作者兴趣的PTFE
2、的特性，包括下列这些：1耐高、低温特性连续最高使用温度为260；在-196时，伸长率不低于5%，在-2694K时还能弯曲。2耐化学药品性几乎对所有化学药品及溶剂是稳定的，不管是强酸强碱或“王水，都不受影响。3优良的电气特性固体绝缘材料中，具有最小的介电常数和tg值，且不随频率和温率的变化而变化，具有最大的体积电阻率和外表电阻率。PTFE在低温下的电性能4优良的阻燃特性PTFE的临界氧指数LOI为95%以上，几乎要在纯氧中才能延燃，燃烧热非常低。5极佳的耐候性PTFE长期曝露在室外也不会氧化、引起外表污染、变色、品质变差等情形发生。1979年的资料，PTFE在室外曝露5470天约15年，抗张强度
3、最大变化为+25%，伸长率最大变化为-9%。温度tg1kHz介电强度V/milVcm232.0310-4132051017-2692.0210-5125051017-269其它如适宜的机械性能，摩擦系数低，摩耗值小，高干净，对环境无污染，防霉、防潮、防盐雾性优良等。综合以上特性，预示着PTFE在电线电缆行业有着广泛的用处。2、PTFE的应用实例：PTFE由于聚合方法的不同，有悬浮料悬浮法聚合和分散料分散聚合之分，两种料的加工方法也不同。1悬浮料：它的主要成型方法为模压法，即白色粉未加一点助剂，然后模压成形，在高于其熔点的温度下烧结成形，再经适当的机械加工就成制品了，代表性的制品为板、棒、管、膜
4、四类。PTFE板材除了做印刷电路基板外，在电缆中制成圆环状的垫片，支撑在内外导体之间，用来生产大功率馈管，代表性产品如23所生产的SUY-50-80-3和SUY-75-80-3电缆。在国外，更大的电缆是用3片PTFE制件，用一个不锈钢环把它固定成一个圆的支架作为空气绝缘电缆的支架。PTFE棒材作为绝缘子，大量使用在各种规格的同轴连接器中。PTFE的厚壁管，切成连续的螺旋片，定径在内导体上，作大功率电缆的耐热绝缘垫片，如23所生产过的SUY-75-23-3和SUY-75-37-3电缆。PTFE薄膜绕包是PTFE在电线电缆中最早的一种应用方式。PTFE首先制成车削薄膜，进一步进行定向，根据定向度的
5、不同，分为定向薄膜和半定向膜薄。一般，半定向薄膜用量较多。在电线中，生产量最大的是PTFE薄膜绕包安装线。绕包线导体有裸铜线、镀银铜线和镀镍铜线三种。电线的最高工作温度分别定为100、250、260。各生产企业定的型号很多，如：AF、AF-1、AF-250A、AFR，等等。著名的生产企业有609厂、23所、沈阳电缆厂等，其他中小企业不可胜数。第二种用处是用作薄膜绕包射频电缆的绝缘，主要是一些绝缘外径比拟大的规格，由于绕包烧结的构造比推挤的构造要柔软些，所以遭到欢迎，如我国行业标准中的SFF-50-7、SFF-50-9、SFF-75-7、SFF-75-9，其绝缘大都采用薄膜绕包烧结的构造。美军标
6、中RG226，绝缘外径9.4mm，RG115，绝缘外径6.5mm，也是采用薄膜绕包烧结构造。第三种用处是作为耐高温电缆的防潮层或扎带，如有些粗电缆是玻璃丝编织作外护套的，这时在金属编织层与玻璃丝编织层之间大都绕包两层F4薄膜作防潮层，也有在三同轴电缆的两层屏蔽之间用F4带绕包绝缘，多芯电缆在成缆以后，也常用F4带绕包扎紧，等等，还有一些特殊的用处就不逐一列举了。以上所述都是以模压制品为基础在电线电缆中的应用。而模压本身对材料的选择、工艺的选择、F4制品制造工程师都有很好的研究，不属我们讨论的范围。2分散料：用分散聚合的方法制得的PTFE微细粉末，一般称作“分散料。由于这种微细粉末具有很强的纤维
7、化特性，十分是在20以上时，所以这种料的储存、运输和混料时，都建议将其置于510的条件下。这种料的成形方法是用助剂一般为石油醚或汽油和粉料混和后在24以上的环境中放置24h左右完成晶相变然后成形，用活塞推挤成形、枯燥、燃结。这种加工方法一般称为糊状挤出，也叫推挤。由于分散料细粉粒径的不同，分为多个牌号规格，不同的规格具有不同的压缩比特性。压缩比在100下面，一般用来生产生料带和微孔带；500下面的低压缩比料，用来生产中、大规格的产品；5002000为中压缩比；20004400为高压缩比料，这种料合适生产薄壁细线，能连续大长度高效率生产。推挤工艺的关键是选择好适宜压缩比的粉料和助剂，调节好枯燥和
8、烧结的速度，设计好模具。推挤工艺的实用例子：安装线：推挤安装线原来是航空安装线的重要品种之一，在汽车发动机周围也用，但凡在环境恶劣的地方都能见到它的踪影。推剂安装线的型号如我国GJB773A中的27，均为不同线芯的F4绝缘安装线，美国的WIL-W-22759规范中，都有相应的规格。我国多数企业以AF-250的名称生产这类导线，通常这类线有10种颜色区分，可以以生产双色线。个别企业按用户要求在PTFE细粉中参加一定量的玻璃纤维细粉或云母粉做成耐磨的电线或耐更高温度的电线。射频电缆绝缘：由于PTFE的高频介电性能，tg非常优秀，在宽阔的温域和频域内，其基本保持恒定，所以是目前最理想的射频电缆绝缘材
9、料，已被广泛使用的电缆品种有SFF-50-0.6到SFF-50-5，SFF-75-1到SFF-75-5；半硬电缆SFT-50-0.6、SFT-50-1、SFT-50-2、SFT-50-3；半柔电缆如23所生产的SFX-50-2、SFX-50-3等，中华人民共和国电子行业军用标准SJ50973/1-12，都规定用PTFE推剂作绝缘。GJB2594-96飞机用射频电缆中5、6、7三种也是推挤绝缘。在美国标准中，如RG119、RG120、RG142、RG144、RG165、RG166、RG211、RG225、RG226、RG227、RG178、RG179、RG180、RG302、RG303、RG30
10、4、RG316、RG393、RG400、RG401、RG402、RG403、RG405，等等也都是推剂绝缘。除此之外，还有一些像耐高温低噪音电缆等，也采用推剂绝缘。推剂制品除了直接作为线缆绝缘外，还有用来生产生料带和微孔带，国外多数采用生料带生产绕包安装线，由于它烧结性能好，外表光滑，手感柔软，遭到用户欢迎。另外用生料带绕包多芯屏蔽电缆的护套，这种构造比挤出护套轻、软，而且耐温等级能够到达250，GJB773.1719中就有规定。用生料带作为复合绝缘的一部分，这是又一重要用处，较早的一个品种是用聚酰亚胺薄膜双面涂覆F46，绕包作为主绝缘，外面绕包生料带一起烧结，这类航空导线是当时绝缘层最薄、最
11、轻的构造，它的耐温等级为200。目前最新的品种是用改性聚四氟乙烯作为聚酰亚胺薄膜的涂覆层，结合生料带绕包，镀镍铜线导体，导线的耐温等级为260，有人称这种电线为“无缝绕包线。由于电线耐温等级高而使电线的载流量提高，作为航空导线，可有效降低飞机的自重，其意义非常重大。美军标MIL-W-22759/80A-92A规定了这类电线的构造和技术要求，目前我国已有多家单位正在试制这种导线。生料带经拉伸，产生微孔，其介电常数明显降低，一般可降到1.40左右，最低的可达1.38，tg值也显著降低，这对于微波电缆来讲，其意义非常重大。采用这种F4微孔带绕包绝缘、用镀银扁线编织作外导体、用聚氨酯作护套生产的微波电
12、缆具有很多优点：电缆轻、柔软性好、屏蔽性能好、衰减低，例如，都是50-3的构造，实芯F4在3GHz时的衰减达0.95dB/m，而微孔带构造的只要0.74dB/m。国产微孔绝缘电缆的最高使用频率可达18GHz，国外产品可更高，这是实芯绝缘电缆所不可能到达的。另外，F4微孔带耐热性能好，热膨胀系数非常小，因此在温度变化、机械弯曲等条件下，绝缘的介电常数变化非常小，所以国内外稳相电缆也都采用F4微孔带绕包绝缘。当然，要真正做得好，十分是产品性能的一致性好，还有不少窍门要把握。除了微孔带绕包外，国外最新的工艺是直接推挤后拉伸，使绝缘产生微孔，这种工艺的专利和产品都已面世。以上所述的低损耗电缆和稳相电缆
13、，其使用面和用量都有不断扩大的趋势，国内也有好多厂商对生产这两类电缆表示出浓厚的兴趣，估计在不远的将来，会有新的发展。PTFE的第三种应用形式为分散液涂覆。PTFE微粒在外表活性剂的作用下，分散于水中构成白色的液体，所以也叫乳液。分散液用来浸渍玻璃纤维或玻璃布带，以知足编织或绕包的要求，分散液也用来涂覆，例如参加石墨浮剂的分散液涂在绝缘层外表，构成一层半导电层，以降低电缆在振动、弯曲、扭转等环境下的噪音，这也是低噪音电缆的关键工艺之一，分散液还可纺丝，制成F4纤维，可用作编织。二、聚全氟乙丙烯FEP，F46PTFE的性能虽好，但它不能熔融挤出，在某些使用场合总会遭到限制。在PTFE商业化14年
14、以后的1958年，杜邦公司推出了聚全氟乙丙烯这种全新的氟塑料，它是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，所以简称F46。它的基本性能与PTFE类似，F46的工作温度为200，是能够熔融挤出加工的。氟塑料熔融挤出工艺，有一些共性的规则要遵守的，如对挤出设备的要求，我们常讲的高温挤出机，其与熔体接触的所有部件，如料筒、料杆、机头、模具等等，都必须是耐腐蚀的镍基合金制成，挤出机的温度控制系统，应是在0500之间能准确控制温度。在设计模具时，必须把握好拉伸比DDR和拉伸平衡比DBR两个关键点；另外在挤出温度上一定要把握不同牌号不同等级的材料，其适应不同的加工温度。F46的应用：F46的最大应用之一是作为安装线的
15、绝缘。F46安装线已广泛应用于火箭、导弹等尖端武器系统，也应用于大型电子计算机、精细电子设备一直到家用电热器，甚至有一个时候在打火机里都用上一小段F46绝缘线，几乎能够讲是随处可见。很多企业都以AF-200这个型号命名，在GJB773中以FF46来命名，这里的第一个F表示飞机的“飞。MIL-W-22759中有几个分规范专门规定了F46安装线的构造和要求。在看安装线标准时，常看到几个字母表示绝缘层厚薄的，如：UT表示ultrathinwall超轻型,HT、WZT、ZL、KT、ET表示extrathinwall薄壁型轻型；H、ZN、K、E表示normalwall标准型，KK、EE表示extrahe
16、avywall重型。天花板夹层电缆PlenumCable是F46大显神通的地方。美国建筑法和电气法规都允许氟塑料电线能够直接敷设而不需要电线管。马来西亚的双塔大厦、上海的金茂大厦都使用F46电线。美国的几家大型电缆企业，其样本中都单独有一部分介绍天花板夹层电缆，品种包括对绞屏蔽的火警电缆、对绞屏蔽的局域网电缆，通用型通讯、语音系统、工业和住宅电话站等的通信电缆。F46经过物理发泡制成低电容、低损耗的同轴电缆。在计算机系统中允许用大长度的电缆。美国已列出了很多物理发泡F46绝缘的同轴电缆规格。我国也已有进口的高温物理发泡设备有产品生产了。作为小型聚乙烯绝缘射频电缆防缩层，如在SFYV-75-2中
17、曾被大量使用。F46的第二大用处是作护套材料。由于F46加工性能优良，所以很多耐高温电缆都采用F46作护套，如耐高温射频电缆、低损耗电缆、低噪音电缆、多芯综合电缆等。还有一大批特种电缆都广泛使用F46材料，如石化行业用的恒功率电缆，自控温电缆，油井的测井电缆、潜油泵电缆、油井加热电缆等，计算机网络电缆、计算机控制电缆、电力电缆、控制电缆热电偶补偿电缆等。这里，对材料的选择提一点看法，一些“小而专的军工企业，肯定要用符合标准的新料。但还有很多企业，包括不少规模在几十亿产值的企业，都在大量生产氟塑料电力电缆、控制电缆、计算机控制电缆和热电偶补偿电缆等，有的企业在选料时只着眼于“能加工，便宜！，这是
18、很危险的！由于F46本身就存在着应力开裂的趋势，质次的再生料是很容易开裂的，损失在几百万元的企业已经不少了。所以像电力电缆、控制电缆等，工作电压比拟高的，至少应选择新的等外品料。只要热电偶补偿电缆，它的工作电压极低，只要用户认可，能够选用再生料。另外，PFA的应力开裂趋势低得多，所以纯净的PFA再生料能够有较多的用途。三、可熔性聚四氟乙烯PFAPFA是四氟乙烯与全氟烧基醚的共聚物。继F46之后的14年即1972年推出了PFA。F46基本保持了PTFE的性能而改善了加工性能，能够熔融挤出，但F46的工作温度降到了200。PFA保留了F46的性能，又把工作温度提高到260。由于PFA的加工性能更优
19、于F46，所以F46能用的地方PFA都能够用。在F4绝缘射频电缆的行军标中，有几个规格，指明用PFA作护套，它们的最高工作温度为250。要求耐开裂性好的地方，应选用PFA。PFA能够物理发泡，国外已推出用超纯PFA物理发泡绝缘制成3G系统用的小型低损耗馈线。像F46一样，PFA也有几个规格，不同的用处，应适中选择。四、乙烯-四氟乙烯共聚物F40F40是乙烯和四氟乙烯的共聚物，英文缩写为ETFE，是氟塑料家族中的重要一员。它保留了氟塑料的基本特性，并由于乙烯分子的存在，使F40的密度下降到1.70左右，抗辐照性能比其它氟塑料高一个数量级。由于F40卓越的机械韧性结合优良的耐电压特性，与F46相比
20、，同样规格的电线，其绝缘层厚度几乎能够减少一半，所以F40电线的重量与体积可明显降低。F40的常用规格，其长期工作温度为150，短时可达180。杜邦公司的TEFZEL750，经UL认定，可长期工作在200。由于这种导线手感柔软，部分可代替硅橡胶电线。F40电线中还有一大类，即X-ETFE、交联F40。它是F40料经适当配方挤出以后，用电子加速器辐照，到达交联的效果。这类线在MIL-W-22759/32-46中有具体规定。我国的国军标GJB773A中也已列入，平常也常用美国瑞侃公司的叫法，称为55#线。我国南京全信传输科技有限公司等几家企业已批量生产。由于X-ETFE已成网状构造，长期工作温度为
21、200，适应短期313的高温操作，加上电线轻、细，耐各种溶剂和油料，是目前各种飞机用线的首选品种。X-ETFE电线的生产，除了选好料以外，对挤出机也需要作一些改造。辐照剂量的选择，也需要做一些试验，与其它氟塑料电线生产相比，这种线的要求稍高一些。五、聚偏氟乙烯PVDF聚偏氟乙烯有均聚物和共聚物，它的特点是：1工作温度由90150多个等级；2具有极好的柔韧性、耐磨损；3极好的耐化学性能；4阻燃性好；5可辐照交联；6挤出性能非常好。PVDF在我国的应用还不普遍，在GJB773A中有几种电线用PVDF作护套。其实PVDF作为汽车电线的绝缘是非常优秀的，国外用得很多，只要经过2050KGrey剂量的辐照，工作温度为150。PVDF在挤出时能够不用镍基合金而直接用普通挤出机，这对于生产大电缆的护套，提供了极大的方便，与目前很多单位采用硅橡胶护套相比，PVDF的强度、耐磨性能等要优越得多。还有一些氟塑料品种用量较小，不逐一列举了。对于今后的发展，我们应重点关注两大类：一类是建筑用线，包括建筑安装线、天花板夹层电缆、地毯电缆、墙壁取暖电缆等。电缆的型式是细化、平面化、泡沫化；另一类为运动化设备，如地铁车箱，上世纪70年代美国一节地铁车箱要用近6.5kmFEP电线，船用电缆也应有用武之地。