襯聚全氟乙丙烯塑料閥（FEP）性能
　　
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　　摘要介紹了聚全氟乙丙烯塑料（FEP）的性能，成型工藝方法，總結了氟塑料襯里過程中容易出現的幾種問題，提出了相應的解決方案。氟化乙烯丙烯共聚物（全氟乙烯丙烯共聚物）英文商品名：Teflon*FEP(Fluorinatedethylenepropylene)FEP是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的。FEP結晶熔化點為580F，密度為2.15g/CC（克/立方厘米），它是一種軟性塑料，其拉伸強度、耐磨性、抗蠕變性低于許多工程塑料。它是化學惰性的，在很寬的溫度和頻率范圍內具有較低的介電常數（2.1）。
　　
　　關鍵詞：聚全氟乙丙烯塑料；閥門；襯里工藝
　　
　　1.概述
　　
　　氟塑料襯里閥門大特點是過流面采用氟塑料蔽覆，以隔絕鋼鐵金屬與強腐蝕性介質的直接接觸。這樣既解決了氟塑料強度低，不能承受高壓力的問題，又解決了鋼鐵材料不耐腐蝕的問題，而且合理地利用了資源，符合國家節能降耗的產業政策，因而得到迅速的發展。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。在氟塑料襯里閥門的生產制造中，重要的是選用合適的氟塑料原料和制訂合理的襯里工藝及模具設計，本文就此問題談談粗淺的看法。
　　
　　2.聚全氟乙丙烯塑料的性能
　　
　　在氟塑料襯里閥門中，氟塑料用量多的是聚全氟乙丙烯，聚全氟乙丙烯是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，又稱氟塑料46，簡稱FEP。
　　
　　通常四氟乙烯占83％，六氟丙烯占17％。FEP是*氟化的聚合物，它是為克服PTFE成型加工困難而開發的一種改性新型氟塑料。其結構形式：
　　
　　FEP的合成一般采用三氯乙酰過氧化物為催化劑，對四氟乙烯和六氟丙烯進行本體共聚；也可用過硫酸銨、焦磷酸鈉為催化劑，在55～64℃內進行懸浮聚合。FEP是一種直鏈的高分子化合物，可視為PTFE中一部分與主鏈碳原子相連的氟原子被三氟甲基（－CF3）取代，分子排列混亂非常不規整，結晶速度緩慢，結晶度多為40％～47％。它可看作是無規共聚物。熔體的粘度較低，可用一般熱塑性塑料的方法對其成型加工，從而克服了PTFE?成型困難的缺點。但是FEP的分子中也都是由碳氟兩種元素以共價鍵結合而成，所以它的性能又與PTFE基本相同。
　　
　　該材料不引燃，可阻止火焰的擴散。它具有優良的耐候性，摩擦系數較低，從低溫到392F均可使用。該材料可制成用于擠塑和模塑的粒狀產品，用作流化床和靜電涂飾的粉末，也可制成水分散液。半成品有膜、板。棒和單纖維。美國市場經銷的FEP有DUIPont公司的Teflon牌、Daikin公司的Neoflo牌、HoechstCelanese公司的IHoustaflow牌。其主要的用途是用于制作管和化學設備的內襯、滾筒的面層及各種電線和電纜，如飛機掛鉤線、增壓電纜、報警電纜、扁形電纜和油井測井電纜。FEP膜已見用作太陽能收集器的薄涂層。
　　
　　聚全氟乙丙烯FEP或者F46，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，六氟丙烯的含量約15%左右，是聚四氟乙烯的改性材料。
　　
　　F－46樹脂既具有與聚四氟乙丙烯相似的特性，又具有熱塑性塑料的良好加工性能。F－46樹脂和聚四氟乙丙烯一樣，也是*氟化的結構，不同的是聚四氟乙烯主鏈的部分氟原子被三氟甲基（－CF3）所取代，結構式如下：
　　
　　由此可見，F－46樹脂和聚四氟乙烯雖都由碳氟元素組成，碳鏈周圍*被氟原子包圍著，但F－46其大分子的主鏈上有分支和側鏈。這種結構上的差別對于材料在應力下的溫度范圍上限來看，無很大影響，F－46的上限溫度為200℃，而聚四氟乙烯的高使用溫度是260℃。但是，這種結構上的差別，卻使F－46樹脂具有相當確定的熔點，并可用一般的熱塑性加工方法成型加工，使加工工藝大為簡化。這是聚四氟乙烯所不具備的。這便是用六氟丙烯改性聚四氟乙烯的主要目的。根據加工需要，F－46可分為粒料、分散液和漆料三種。其中，粒料按其熔融指數的不同，可供模壓、擠出和注射成型用；分散液供浸漬燒結用；漆料供噴涂等用。
　　
　　F－46中六氟丙烯的含量對共聚體的性能是有一定的影響。當前生產的F－46樹脂的六氟丙烯的含量，通常在14%－25%（質量分數）左右。
　　
　　1物理性能
　　
　　F－46樹脂的分子量測定，當前尚無可行的方法。但它在380℃時的熔融粘度要比聚四氟乙烯低，為103－104Pa．s。可見F－46的分子量比聚四氟乙烯低得多。
　　
　　F－46的熔點隨共聚體的組分不同而有一定的差異，共聚體中六氟丙烯的含量的增加時，熔點變低。按差熱分析法所測得的結果，國產F－46樹脂的熔點大多在250－270℃之間，比聚四氟乙烯低。
　　
　　F－46樹脂是一種結晶性高聚物，結晶度比聚四氟乙烯低一些，當F－46熔體緩慢冷卻到晶體熔點以下溫度時，大分子重行結晶，結晶度在50%－60%之間；當熔體以淬火方式迅速冷卻時，結晶度較小，在40%－50%之間。F－46的晶體結構形態，均為球晶結構，并隨樹脂和加工成型溫度及熱處理方式的不同而有一定的差異。
　　
　　2電絕緣性能
　　
　　F－46的電絕緣性能和聚四氟乙烯十分相近。它的介電系數從深冷到高工作溫度，從50Hz到1010Hz超高頻的廣闊范圍內幾乎不變，并且很低，僅2．1左右。介質損耗角正切隨頻率的變化則有些變化，但隨溫度變化不大。
　　
　　F－46樹脂的體積電阻率很高，一般大于1015Ω·m，且隨溫度變化甚微，也不受水和潮氣的影響。耐電弧大于165s。
　　
　　F－46的擊穿場隨厚度的減少而提高，當厚度大于1mm時，擊穿場強在30kV/mm以上，但不隨溫度的變化而變化。
　　
　　3熱性能
　　
　　F－46樹脂的耐熱性能僅次于聚四氟乙烯，能在－85－+200℃的溫度范圍內連續使用。即使在－200℃和+260℃的極限情況下，其性能也不惡化，可以短時間使用。
　　
　　F－46樹脂的熱分解溫度高于熔點溫度，在400℃以上才發生顯著的熱分解，分解產物主要是四氟乙烯和六氟丙烯。由于F－46大分子通常帶有的等端基在熔點以上溫度時也會分解，因此300℃以上進行加工時也必須注意適當的通風。F－46在熔點溫度以下是相當穩定的，但在200℃高溫下機械強度損失較大。圖2是F－46樹脂的熔融指數在恒溫下的瞬間變化情況，熔融指數表示F－46在372℃，5000g重力下，10min內流過規定孔徑的克數，因此，可用熔融指數的增加來分析熔體粘度的減少及共聚物發生熱分解的情況。圖3是F－46與F－4絕緣電線相比較的壽命曲線。
　　
　　F－46在－250℃時仍不定期完硬脆，還保持有很小的伸長率和一定的曲撓性，比聚四氟乙烯甚至更好些，是其他所有各類塑料所不及的。
　　
　　4耐化學穩定性
　　
　　F－46的耐化學穩定性與聚四氟化乙烯相似，具有優異的耐化學穩定性。除與高溫下的氟元素、熔融的堿金屬和三氟化氯等發生反應外，與其他化學藥品接觸時均不被腐蝕。
　　
　　5力學性能
　　
　　F－46與聚四氟乙烯相比，硬度及抗拉強度略有提高，摩擦系數也比聚四氟乙烯略大。常溫下，F－46具有較好的耐蠕變性能；但當溫度高于100℃時，耐蠕變性能反而不及聚四氟乙烯。
　　
　　6其他性能
　　
　　F－46樹脂在大氣中抗氧化性能非常好，耐大氣穩定性高。F－46的耐輻照性要比聚四氟乙烯好，略遜于聚乙烯。在空氣中和室溫下，F－46開始出現性能變化的小吸收劑量為105－106rad?既103－104Gy，故可作耐輻照材料使用。
　　
　　F－46具有較好的加工工藝性能。可采用通常的擠出法包覆電線電纜的絕緣層。為了正確設計擠出機和模具，控制和掌握F－46樹脂的加工條件，首先應了解F－46的流變性能。F－46在390℃溫度下剪切應力與剪切速率的關系。其粘度μA隨剪切速率加而下降。F－46的臨界剪切速率，如果剪切速率超過此數值，就會引起塑料流動的下均勻，結果使制品表面粗糙，無光澤和起層。F－46的臨界剪切速率值與聚乙烯，尼龍相比相差懸殊，因而熔融破裂問題尤為嚴重。
　　
　　F－46樹脂在加工中有兩個特征，即具有熔融破裂的傾向和熔融狀態時有特高的可拉伸性。為了在電線電纜生產中盡量消除或改善熔融破裂和提高生產率，通常采取以下措施：
　　
　　*，采用擠管式模具，擴大模子的開口，以減慢聚合物在模口的流速，使之在低于臨界剪切速率的適中擠出速度下擠出樹脂，并提高生產率；
　　
　　第二，在不致使樹脂分解的前提下，盡可能提高熔融樹脂的溫度，以降低樹脂粘度，從而提高其臨界剪切速率。
　　
　　FEP外觀和手感類似聚乙烯，但相對密度大一倍多；性能與應用類似PTFE，使用溫度比PTFE低50℃；硬度及強度較PTFE高，是標準的熱塑性塑料。FEP相對密度為2.14～2.17，結晶度隨熱處理溫度不同而有差異，若六氟丙烯占15％～16％的FEP，其熔融溫度為288℃，Tg為130℃，使用溫度為－88～250℃，脆化溫度－90℃，分解溫度＞400℃。FEP的其他性能見表1。表1FEP的性能性能
　　
　　指數拉伸強度/MPa（斷裂、23℃）斷裂伸長率（％）彎曲彈性模量/MPa洛氏硬度R體積電阻率/Ω·cm相對介電常數（60～106Hz）介電強度/Kv·mm-1介質損耗因數（106Hz）18.62～21.56250～330578.2～656.6251017～10182.120～245×104
　　
　　FEP是改性的PTFE，除使用溫度低于PTFE約50℃外，其他都保持了PTFE的優良性能。它的大優點是成型加工性能好，可以進行壓模、擠出、注射成型等。
　　
　　FEP有優異的性能，但亦存在著加工時熱穩定性差、制品易產生開裂等缺點。針對這些缺點，可通過分子結構均勻性的調整，相對分子質量分布的控制，樹脂的烘烤，水蒸汽處理，加入中性鹽、堿式鹽等，使羧基脫羧轉化穩定的－CF2H的端基以及嚴格控制成型加工條件進行改性。亦可以玻璃粉、石墨、二氧化硅共混，制成各種填充制品。
　　
　　3.聚全氟乙丙烯塑料幾種成型工藝方法3.1聚全氟乙丙烯的成型加工工藝特性
　　
　　3.1.1FEP在熔融狀態下的流變性接近非牛頓型，即隨著剪切速率γ的增加，表面粘度（ηα）下降。而且隨著相對分子質量下降，其溶體粘度也隨著變小。溶體流動中的γ超過一定極限，就會產生溶體破碎，使制品顯示粗糙的表面，故成型加工時應適當提高料溫，并加大流道和澆口的直徑。
　　
　　3.1.2FEP的粘流溫度1MPa為265～278℃，成型加工溫度范圍窄，成型加工困難。
　　
　　3.1.3FEP的熔體粘度較PTFE低，在343～393℃時的熔體粘度為103～104Pa·s，比相同熔融指數的聚乙烯高一些，可用擠出，注射等方法成型。3.1.4FEP為半透明的聚合物，靜電吸著性很強。容易吸附灰塵和雜質，影響成型加工制品的性能。成型時應加入抗靜電劑。
　　
　　3.1.5FEP導熱系數小，加工時應注意升溫速度。考慮其成型加工溫度下的腐蝕作用，加工設備應選用鉻鋼或滲氮高合金鋼作為防腐層。3.2聚全氟乙丙烯的成型加工方法
　　
　　3.2.1注射成型機筒和噴嘴溫度為320～400℃，模具溫度為200～230℃，注射壓力為29.4～137.2MPa。
　　
　　3.2.2模壓成型模壓成型可制取各種板、棒、層壓板和填充制品。加熱FEP至290～370℃使其熔融，再冷至150～200℃，在7MPa的壓力下，使熔體充滿模具，壓實、脫模即得制品。
　　
　　3.2.3擠出成型擠出機的螺桿長徑比大于15，壓縮比為3：1，模口溫度315～400℃，壓力視制品而異，一般為0.98～17.64MPa。擠出制品的淬火溫度為10～20℃
　　
　　3.2.4涂覆FEP濃縮水分散液，在FEP的分散液中，加入濃縮劑聚氧乙烯辛烷基酚醚，可用噴涂、刷涂、沸騰浸涂、火焰噴涂等方法，進行涂層施工，再加熱塑化。近年來，也開發了FEP的粉末流動床和靜電噴涂加工新技術。4.聚全氟乙丙烯塑料襯里閥門模壓工藝模壓是氟塑料型工藝方法之一（如圖1），也
　　
　　是氟塑料襯里閥門常用的方法，適合于多品種小批量的生產方式。它是將一定量的氟塑料（粉狀、粒狀、纖維狀、片狀和碎屑狀等）放入成型的模腔中，然后閉合，放在加熱爐內加熱到一定溫度，并在壓力作用下熔融流動，緩慢充滿整個型腔而取得型腔所賦予的形狀。隨著在模具內塑化、混合和分散，熔體逐漸失去流動性變成不熔的體型結構而成為固體，經冷卻到一定溫度打開模具，而成為成品，從而完成模壓過程。如圖2襯里工藝流程圖。氟塑料襯里層的質量主要取決于氟塑料原料質量、襯里模壓工藝和模具的設計，受篇幅所限，模具設計將在《塑料襯里閥門模具的設計》一文中論述。圖1油壓機與閥體模壓示意圖
　　
　　1.油管2.油缸3.緊固螺母4.上橫梁5.活動橫梁6.立柱7.操縱箱8.下橫梁9.壓頭10.壓模11.閥體氟塑料襯里閥門在襯里前的處理很重要，襯氟塑料之前，應將受襯面毛刺、油污清除干凈、修磨平整，盡可能使受襯面達到GB8923中規定的St2級，還可以采用機械加工的方法，將受襯面加工出T形槽和螺紋溝槽增加襯里層與基體的結合強度，防止襯里層脫殼。將襯里面內部轉角處的棱角銳邊倒鈍，內圓角R＞2mm，外圓角R＞3mm，減少應力防止襯里層被銳角刺破。總之，應盡量達到襯里工藝規定的要求。
　　
　　氟塑料（FEP）襯里閥門、襯氟閥門成型質量包括襯塑層的內在質量和外在質量。內在質量包括襯塑層的物理和化學性質及其均勻性；它不僅要求聚全氟乙丙烯塑料（F46）具有相應的物理和化學性能。在模壓過程中，還要注意塑化的溫度和壓力，正確掌握模壓工藝。外在質量包括襯塑層的規整、尺寸、外觀和色澤等。襯塑層的外表面質量主要取決于模具的設計和氟塑料在模具內的塑化、混合和分散的能力。塑化效果的好壞與模具結構以及工藝配方、原料質量和加工工藝條件的控制有直接的關系。解決上述相關問題是提高塑化效果的關鍵，各項工作（包括原料、模具、工藝等）都應圍繞提高氟塑料塑化效果來進行。
　　
　　塑料塑化成型對溫度和壓力的要求非常嚴格，掌握氟塑料的塑化時間非常重要。塑化時間太短，氟塑料未成型就已分解交聯；若塑化時間太長，則生產效率低，需要很長時間才能固化脫模，生產周期長。在生產中，控制塑化時間的關鍵因素就是溫度和壓力。若不能控制好塑化溫度和壓力，則很可能產生諸如襯里層表面硬度低、表面光亮度不足；襯塑尺寸控制困難；熔接痕難以消除；襯塑層沿氟塑料流動方向有“魚鱗”樣凸凹不平的有規則的波紋，或表面箭頭狀波紋等問題。值得一提的是在加壓過程中放氣次數、放氣時間、間隔時間都對襯塑層的外觀質量有直接影響，在生產中予以標準化嚴格控制，并做好生產記錄。工藝人員可以在生產前對氟塑料擬訂其塑化曲線，掌握其塑化時間，然后在實踐中根據實際情況進行工藝調整。因每種產品的氟塑料配方、原材料質量、產品質量要求各異，其溫度、壓力，放氣等工藝控制也不盡相同，根據具體情況決定，從而制訂出符合本企業的模壓工藝規程。
　　
　　5.結語
　　
　　本文介紹了聚全氟乙丙烯塑料（FEP）的基本性能和成型方法，在四種成型方法中，重點介紹了模壓成型方法，總結了氟塑料襯里閥門在模壓成型過程中容易出現的幾種情況，提出了相應的解決方案。
　　
　　參考文獻
　　
　　黃銳塑料工程手冊［M］北京機械工業出版社，2000。胡遠銀
　　
　　襯氟塑料閥門設計若干問題的探討[J]閥門，2007.1
　　
　　錢知勉氟樹脂性能與加工應用[J]化工生產與技術，2007年第14卷
　　
　　與本文相關的論文有：中國閥門產值遞增