熔融氟樹脂介紹

1. 熔融氟樹脂介紹 2006~2007年 慕明企業有限公司 SBU1製

2. 第一章、基本簡介篇 • 氟樹脂發展史 • PFA、FEP、ETFE簡介 • 熔融氟樹脂的基本特性 • 熔融氟樹脂品號及特性 大金FEP的品種及物性 FEP不同品種的材料選擇基準 大金PFA的品種及物性 大金ETFE的品種及物性

3. 氟樹脂發展史 1983年由美國Dupont公司R.J普蘭凱博士發明的氟樹脂-聚四氟乙烯是一種具有各種卓越特性及高機能的樹脂。 化學上：幾乎對所有化學藥品及溶劑都具安定性 熱學上：PTFE,PFA連續使用溫度是260度 機械上：最小的磨擦系數及密封性 電學上：絕緣體中,具最小的介電常數,介電損耗因素 其 他：非黏著、耐候性、難燃性、耐低溫性 發明時程：PTFE -> FEP -> PFA

4. PFA簡介 • 可熔性聚四氟乙烯(PFA) 　與PTFE一樣，也是全氟化的氟塑料，它保持了PTFE一切優異性能，與PTFE不同的是， PFA可在較低溫度下進行熔融加工( PFA融點305 ℃<PTFE的327 ℃)，因PFA價格較貴，故只用來做特殊的加熱電纜、熱電偶及汽車高溫電纜。

5. FEP簡介 • 聚全氟乙丙烯氟塑料(FEP) 　與PTFE和PFA一樣，也是全氟化的氟塑料， FEP的絕緣性能亦相當出色。結合本身的阻燃性、低發性和易加工性，使得ＦＥＰ成為區域網(LAN)電纜絕緣的理想材料。此外可作加熱電纜，熱電偶以及汽車高溫電纜。

6. ETFE簡介 • 乙烯四氟乙烯共聚氟塑料(ETFE) 　最強韌的氟塑料，具有極好的耐磨性、機械性能、耐輻照性。ETFE主要用於要求阻燃、低發煙、耐化學介質外，又要耐磨性的電線電纜，如:汽車及般空電纜或加熱電纜。

7. 熔融氟樹脂的基本特性

8. 熔融氟樹脂品號及特性

9. 大金FEP的牌號

10. FEP不同品種的材料選擇基準

11. 大金PFA的牌號

12. 大金ETFE的牌號

13. 第二章、氟樹脂電線成形篇 • 成形工藝流程及設備簡介 擠出機簡介、螺桿設計、十字機頭、斷流板、過濾網簡介 抽真空裝置、放線機、張力控製台、芯線預熱裝置、 冷卻裝置、火花測試儀 • DDR與DRB簡介 • 電線成形前的操作準備 • 包覆電線的品質檢查和測定法 • 各種電線成形問題及產生原因 • 操作溫度簡介

14. 電線電纜的應用 特性： 電氣性滿足高速、大容量信息傳輸 阻燃性、耐熱性 防止因火災等意外原因造成的信息 數據及設備的損失，提高放火性能 應用領域： 辦公室自動化、信息通信

15. 擠出機主體結構 料斗 排風口 擠出缸 螺桿 連接部 加熱器 十字機頭 黄铜或铜制的加熱器寿命最長最為適合。 普通使用价格低、容易更換的带式加熱器。 加熱器的容量要選擇可以升温到430℃。

16. 擠出機 • 擠出機具有使樹脂均一可塑化並以一定速度擠出的機能。 • 氟樹脂與其他樹脂相比熔點高，熔融黏度高，所以均一可塑化很费時間，適宜的螺 • 桿回轉數少（10～60RPM）。 • 通常，氟樹脂擠出機採用L/D（螺桿長度和螺桿直徑的比）24～30，扭矩大的設計 • （馬力强的引擎或傳動比低的設定）。L/D小時,塑化會不充分; 擠出柱塞的外徑不 • 穩定和拉伸導致包覆斷裂。温度設定過高，擠出速度過低等會對應會引起生產性、 • 樹脂劣化等問題。 • 擠出機的大小（螺桿的直徑）應選擇適應成形目的適當大小。過大的擠出機會脱離 • 作業回轉的適合範圍（10RPM以下），引起擠出量的變化，此外樹脂在擠出機内滞 • 留時間長會引起樹脂劣化。

17. 擠出機的材質 • 熔融後的氟樹脂在擠出機内流動過程中會產生微量的腐蝕性氣體。 • 與樹脂直接接觸的部分要使用耐熱、耐腐蝕的金屬（Fe含量少Ni/Cr合金含量高） • 螺桿、斷流板、十字機頭、模具、模芯等使用Hastelloy C－276、Inconel600、 • Monel400。 • 擠出缸為避免磨耗要選擇比螺桿堅硬的材料 • 一般可以使用X―Alloy306、H－alloy（H305,H503）的襯裡。 • ＜注＞　HastelloyC-276;三菱金屬（株）、H-aloyH305,H503;日立金屬（株） • 最近的耐腐蝕材料還可使用ＭＡプラストハードＳ，Ｃ，Ｂ２（三菱金屬）、 • 　　　　ＹＰＴ－２（日立金屬）。

18. 螺桿設計 壓縮比＝（Ｄ12－ｄ12）/（Ｄ12－ｄ22）＝３ Ｄ1：螺桿外徑、ｄ1：供料段的螺桿直徑、ｄ2：計量段的螺桿直徑 螺桿各區域的尺寸　　　　　　　　　　　　　　　　　（单位：ｍｍ）

19. 螺桿設計 供料段　：　通過料斗提供原料，是把原料保持顆粒的狀態輸送到螺桿前面的區域。 原料在到達壓縮部時最理想的是開始熔融還没有熔融的狀態。原料顆粒 會陷入螺槽，所以供料段的槽深要在顆粒大小的1.5倍以上。 壓縮段　：　樹脂完全熔融，盡可能的壓縮充填在螺槽中的熔融樹脂空間，然後把它 輸送到計量段去。壓縮段的設計通常有3～4個螺槽，壓縮比為3∶1。 計量段　：　定量的擠出樹脂就是所謂的泵工作過程。 通常設計長度约占全長的25%，有5～7個螺槽。

20. 螺桿設計 • 選擇適當大小的擠出機。 • 根據成形品尺寸、拉伸比、拉伸平衡（後述）來决定模具的形狀，根據臨界 • 剪切速度（後述）可以計算可能成形的最大擠出量。 • 這種擠出量是在最合適的螺桿回轉數下最適當的螺桿尺寸可以擠出的大小。 • 螺纹與螺纹間的螺距採用和螺桿直徑相同的長度。此外螺纹的寬度差不多是螺桿直徑 • 的1/10。 • 氟樹脂的場合在螺桿的内部不需要用水冷却。 • 混合型機頭的使用會成為樹脂劣化發泡的原因，相對的計量區短的話會導致擠出量不 • 穩定。

21. 十字機頭 内部構造如下圖所示，没有樹脂滞留的平滑設計。 十字機頭模具的構造 過濾網、斷流板 定芯螺栓 模具·模芯 芯線 ★ 選擇的芯線表面應没有油污或灰塵，镀層均匀平滑。 真空泵 電線擠出狀况 加熱器 熱電偶

22. 十字機頭 • 是電線擠出設備設計中最重要的部分。 • 被擠出的樹脂在芯線通過心轴時翻捲，承直角方向流動。 • 要選用不會產生樹脂劣化的没有死角，没有焊接問題且心轴周圍流速均匀的結 • 構。 • 在設計機頭時要考虑芯線定心方法、最大可安装的模具直徑和機頭整體的温度 • 分布等。 十字機頭模具的内部構造

23. 斷流板 • 為使原料在擠出機内混煉並除去空氣和挥發物而施與背壓。 • 使用斷流板的開孔率為60%～65%，孔徑在2mm左右。 過濾網 • 使用的目的是除去異物和使混煉均匀化。特别是使用色母料生產有色電線場合，為了 • 達到良好的混煉狀態必須使用過濾網。 • 使用耐腐蝕性的鎳網，網眼的大小在100目左右。 • 一般两側用40目的金屬網，中間用100目金屬網，起補强作用。

24. 抽真空装置 • 拉伸時錐體長度的调节對包覆厚度的均匀化、包覆／芯線密着性的调节很重要。 • 錐體長度的调节可以通過芯線穿過芯轴内部的孔對錐體内部進行减壓來调节。 • 减壓可以通過真空泵或利用壓縮空氣來進行。

25. 放線機 有主動放線和快速放線。一般使用主動放線，如果是超過500m/min的高速 成形则必須使用快速放線。 放線機

26. 張力控制台 火花測試儀 在送出側和收捲側两個地方設置以取得張力平衡。 選擇最高可以负荷的電壓5.0KV，最好是可以累积計算破坏個數的装置。

27. 芯線預熱装置 高频率預熱装置 • 冷芯線與模芯接觸時會使模芯温度下降，這是產 • 生熔融破裂的原因之一。 • 另外樹脂快速冷却包覆的收縮率變大，芯線的密 • 着强度下降。 • 預熱有加熱器加熱和高频加熱两種类型，高频加 • 熱即使在高線速下也能得到穩定預熱。

28. 冷却装置 • 為了不在牵引機中出現包覆變形，在牵引機前設置冷却装置使樹脂冷却。 冷却装置

29. DDR與DRB簡介模具· 模芯的構造 DD：模具的内徑 DT：模芯的外徑 ｄb：包覆電線的外徑 ｄc：芯線的外徑 ｄｃ ｄｂ ＤＤ ＤＴ 拉伸比（ＤＤＲ）＝（ＤD 2－　D T 2）/（ｄb2－　ｄc2） 拉伸平衡（ＤＲＢ）＝（ＤＤ/ｄb）/（ＤＴ/ｄc）　　　

30. 模具· 模芯 • 是决定電線包覆的成形性和物性的重要因素。 • 氟樹脂的成形容易發生熔融破裂，所以為使成形速度上升可以通過使用與PVC、PE等 • 成形不同的擠管式模具來拉伸成形。 • 適宜的模具· 模芯設計 • 拉伸比（DDR）越大成形速度越快，但會發生各種問題。 • 最適宜的拉伸比（DDR）、拉伸平衡（DRB）根據成形樹脂的特點（樹脂黏度、容易發 • 生熔融破裂、容易拉伸）而有所不同。 （　）内表示允許範圍 上表中的數值是基本值，會根據電線的尺寸而發生一些變化。 壁厚厚的包覆為避免龜裂、樹脂下垂而引起的偏心問題，DDR取较小值。（参照後述成形例）

31. 拉伸比（ＤＤＲ） • 一般FEP、PFA選擇範圍在80～120，ETFE的選擇範圍在30～50。 • 熔融黏度高時拉伸容易發生包覆斷裂，所以DDR要减小。 • 拉伸平衡（ＤＲＢ） • 一般選擇1.05。允許範圍是0.9～1.1。 • DRB過大時（1.1以上）包覆物强度和耐龜裂性會不足；DRB過低時（0.9以下）无法 • 得到圓形，會出現椭圓及包覆折斷的現象。 ＤＲＢ＞１.０ ＤＲＢ＝１.０ 撕裂發生(DRB>1.1) 定心不良(DRB<0.9) ＤＲＢ＜１.０

32. 電線成形前的操作準備 • １）原料的汲取 • 為了不让原料顆粒的表面吸着水分，要在濕度小的地方進行保管。 • 如果受潮则要在120～150℃的温度下乾燥两個小時以上。 • 為防止異物混入，要注意以下幾點。 • 　　①　擦拭原料的包装袋· 桶的外部周边，除去附着的異物。 • 　　②　在原料開封時，首先要小心地打開，有剩餘料時為防止水分· 異物的混入，必須 • 完全密封。 • 　　③　料斗必須在保证前次使用後原料没有剩餘，並在清理乾淨後才能再次投入使用。 • ２）运行前 • 當一台擠出機更換不同樹脂進行擠出時，在開始擠出前必須把料斗、螺桿、擠出缸、 • 斷流板、十字機頭、模具、模芯拆卸下來，進行清潔。

33. 包覆電線的品質檢查和測定法 １）拉伸强度· 延伸率 測定包覆外徑尺寸和芯線的尺寸，計算包覆物的截面积。 截取10cm長的包覆物，用拉伸試驗機來測定拉伸强度和延伸率。 延伸率的測定可以在樣品上取20mm的标點，然後從實际标點間的延伸中計算求得。 拉伸試驗機∶測力傳感器500kgf、拉伸速度∶200mm／min。 夹子間的距離∶50mm、符合 ISO 12086－2标準 ２）ＭＦＲ MFR的變化受温度、時間以及螺桿區域划分的影响。產品的MFR比原料顆粒的MFR大， 说明成形時樹脂發生了熱劣化。在允許範圍内的產品MFR和原料MFR的比∶FEP在10% 以内、PFA在20%以内、ETFE在30%以下。

34. ３）耐電壓試驗 符合 JISC-300标準。 ４）彎曲開裂測試 在外徑是自身直徑、2倍直徑、3倍直徑的3種类型的芯棒上绕上10圈電線，在電炉中（温 度∶150℃、180℃、200℃、220℃、240℃）加熱24小時。 冷却後，反方向绕捲在同樣的温度下加熱24小時。 取出冷却後觀察它的外觀。（各條件ｎ＝５） ５）密着强度 根據MIL-C-17F4.8.1.4來測定。

35. ６）外徑尺寸 電線外徑的測定是把試樣在23±2℃、相對濕度65±20%的狀態下放置24小時，之後用精 度為1／1000mm的測微計進行測定。 ７）熱收縮率 切下10cm的電線，準確測定其尺寸。FEP樣品在設定温度為200℃、PFA的樣品在260℃、 ETFE樣品在150℃的電炉内，放置24小時。經過處理後在室温下冷却24小時，之後測定包 覆物長度方向的尺寸。收縮率可以通過下面的公式來計算。 　　　　（Lo－　L）÷Ｌo×100（％） 　　　　　Ｌ０：原來的長度、Ｌ：熱處理後的長度 ８）衰减率（適用於同轴電線） 用MIL-C-17F4.8.8记载的方法進行測定。 衰减率　＝　　　 測定值　ｄB　×　１００ 試樣長度（英尺）

36. 各種問題及產生原因

39. 剪切速度和剪切力 剪切應力(Logτ） （Ａ） Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 剪切速度(Logγ） 表面狀態 發泡 光滑 粗糙 光滑 脱料 FEP、PFA剪切速度和剪切力的關係 Ⅰ：有着色、發泡、表面破裂（筋）。 Ⅱ：透明的、乾淨的狀態。一般在這裡進行成形。 Ⅲ：超過臨界剪切速度（A）時，表面狀態會恶化，會產生熔體破裂。 Ⅳ：再次得到表面平滑的狀態。称為超分布區域，擠出物於通常擠出物相比機械强度弱，穩定領域 窄，所以通常不被採用。

40. 熔體破裂 熔融電線擠出狀况 熔體破裂現象 • 熔融樹脂的剪切速度超過臨界剪切速度時， • 内外表面會出現破裂狀態。 • 在成形中擠出速度快或温度低時，外表面會出現 • 熔體破裂。 • 慢慢加快擠出速度時，首先在錐體内部會出現熔 • 體破裂。 • 當冷芯線接觸模芯時，模芯温度會下降這是產生 • 熔體破裂的原因之一，所以為了不让芯線接觸到 • 模芯， 要把線拉直，對芯線進行預熱。

41. 通過减壓调整錐體 • 在模具的出口處和包覆電線之間形成的圓錐型。這種圓錐型称之為錐體。 • 在進行電線成形時，從模芯的前端到與芯線密着的距離（錐體的長度）要调整到 • 適當長度。（20mm左右） • 為提高和芯線的密着性，縮短錐體；在發生熔融破裂或包覆斷裂的場合錐體設定 • 较長。 熔融樹脂錐體部

42. 操作溫度簡介 擠出機後部　＃１：提供原料，預熱温度設定直至熔融狀態之前。 （３２０～３６０℃） 擠出機中部 ＃２：設定壓縮部的剪斷在一台機器中使它完全熔融。 　　　　　　　　　　（３６０～３８０℃） 擠出機前部 ＃３：　設定温度使混煉充分，能穩定擠出，能充分拉伸。 這個部分的温度過高時，會導致樹脂的劣化和發泡。 （３８０～４００℃） 連接頭、颈部、頭部： 必須保持這種熔融狀態直到让它流動到模具。 一般設定温度和擠出機前部相同。 模 具　　：　　　設定温度使包覆電線内外不發生熔融破裂。通常和擠出機前部 的温度設定相同，在高速的情况下要設定更高的温度。 　　　　　　　　　　（３９０～４１０℃）

43. 温度感應器 可以檢測加熱各處的温度，使用Alumel／Chromel （typeK）或 Iron-Constantan （typeJ）的弹簧式固定熱電偶。 温度感應器

44. FEP成形温度的設定

45. PFA成形温度設定

46. ETFE成形温度的設定