聚四氟乙烯材料在电线电缆行业中的应用.docx

1、聚四氟乙烯材料在电线电缆行业中的应用聚四氟乙烯材料在电线电缆行业中的应用聚四氟乙烯简称F-4(TFE或PTFE)，是由四氟乙烯聚合而成，是一种分子结构完全对称的无枝化线性聚合物，在已知的高分子键中，C-F键是最牢固的键之一，大部分主碳链的周围都被氟原子紧密包围这，是C-C主链不受一般活泼分子的侵袭，并且在大分子的主链上氟原子相互对称，所以电性中和，整个分子不带极性，这种结构上的特性，使聚四氟乙烯具有较高的频率使用范围及高低温使用范围、优异的化学稳定性、高电绝缘性以及耐气候老化性能，因此在电线电缆行业的到了广泛的应用，下面对聚四氟乙烯的性能做简要的介绍。1物理性能聚四氟乙烯是一种高结晶度的聚合物

2、，它的晶格距离变化在19、29、327有转折点，即晶体在这个温度上下，其体积会发生变化。19的转变温度，主要对加工聚四氟乙烯坯料极为重要，用聚四氟乙烯粉状树脂模压成坯料的过程中，如果压制坯料的温度低于19，而当制成的坯料处于19以上的温度时，其晶格距离会发生变化，是坯料制品变形，最终会导致坯料制品的内部存在开裂，因此一般加工聚四氟乙烯坯料的温度选择在1929之间。327是聚四氟乙烯的熔点，严格的说，在此温度以上，结晶结构消失，聚四氟乙烯转变为透明的无定性凝胶状态，并伴随着体积比增大25%，这种凝胶状态熔体粘度，在360时仍高达10101011PaS，仍然不能流动，这种特性决定了聚四氟乙烯不能采

3、取一般热塑性树脂常用的高温熔融挤出的加工方式，而是采用类似粉末冶金的加压与烧结相结合的方法加工，由于聚四氟乙烯的导热率低，熔点上下温度时体积变化较大，所以在烧结过程中，在熔点附近加热速率必须缓慢，以使制品内外温度均匀，不然会使制品内部存在应力，严重时甚至会开裂。2电绝缘性能在广阔的温度和频率范围内，聚四氟乙烯具有优异的电绝缘性能，介质损耗角正切tga和相对介电常数Er在工频到109Hz范围内变化很小，从室温到300之间，聚四氟乙烯的介质损耗角正切tga变化很小，而相对介电常数Er随温度升高有所下降。聚四氟乙烯的绝缘电阻率较高，其体积电阻率Pv一般大于1015m，表面电阻率Ps一般大于1016，

4、即使长期浸入水中变换也不显著，随温度变会也不大。3热性能聚四氟乙烯具有较高的耐热性和耐低温性能，聚四氟乙烯的耐热性在现有的塑料中是很高的，虽然在200时开始有微量的分解物出现，但从200至熔点（327）级以上温度时，其分解速度仍然非常缓慢，几乎可以忽略不计，只是在400才开始发生显著分解，在400每小时的重量损失约0.01%。经热分解的聚四氟乙烯，平均分子量有所下降，抗张强度降低了，在300下加热一个月，其抗张强度下降1020%，在260长期加热，抗张强度基本不变，因此，从热分解的观点来看，聚四氟乙烯可在300下短期使用，在260长期使用。聚四氟乙烯在-200的极低温度下，仍不脆硬，并具有令人

5、满意的机械强度和柔软性，因此，采用聚四幅乙性绝缘的电线，完全可以在-60260的环境下使用。4耐化学稳定性聚四氟乙烯具有突出的耐化学稳定性，它不受强腐蚀性的化学试剂侵蚀，亦不与之发生任何作用，完全不受王水、氢氟酸、浓硫酸、氯磺酸、热的浓硫酸、沸腾的苛性钠溶液、氯气以及过氧化氢的作用，即使在高温下，聚四氟乙烯也能保持良好的耐化学稳定性，只有高温下的氟元素和熔融的钾、钠等碱金属元素能与聚四氟乙烯发生作用。5力学性能由于聚四氟乙烯分之之间的相互引力较小，因此聚四氟乙烯之具有中等的抗拉强度，在高温下，当温度不超过250时，聚四氟乙烯的力学性能变化不大，当温度超过327时，由于聚四氟乙烯失去结晶结构，转

6、变为熔融状态，因此其力学性能突然将低，如重新冷却至327以下，聚四氟乙烯的力学性能又可复原。6耐湿性和耐水性聚四氟乙烯本身的透湿性和吸水性极微，放在水中浸泡24小时后，西水性实际等于0，浸水后的绝缘电阻基本不变，是其它塑料所不及的。7耐气候性在大气环境中，由于聚四氟乙烯分子中不存在光敏基团，臭氧也不能与之发生作用，因此聚四氟乙烯绝缘电线具有较好的耐气候性，即使在高温、高湿度或低温的气候条件下不加保护长期使用，其性能也保持不变。聚四氟乙烯所拥有的以上各种优异性能，使采用聚四氟乙烯塑料作为绝缘的电线的到了广泛的应用，主要应用于宇宙航空航天事业及其他环境条件比较恶劣的地方。由于聚四氟乙烯介电常数低，

7、介质损耗小，耐电强度高，因此还是一种十分理想的高频介质材料，选用聚四氟乙烯作为绝缘的射频电缆，可以承受250的高温，因此可以大大提高电缆的工作温度和传输容量。近几年国外新推出的一种聚四氟乙烯生料带，不仅具有聚四氟乙烯优异的性能，而且具有较低的介电常数，其加工方式为聚四氟乙烯粉状树脂与压成型，经车削压延制成，由于不经过高温烧结，因此聚四氟乙烯生料比重较小，带中含有大量的气泡，是一种泡沫型聚四氟乙烯，其介电常数较低，主要可应用于射频电缆的绕包绝缘用，由聚四氟乙烯生料带制成的射频电缆，与同规格的聚四氟乙烯绝缘射频电缆相比，在高频下其衰减可降低1530%，下面着重讲述一下聚四氟乙烯生料带应用于射频电缆

8、对降低衰减的作用。聚四氟乙烯生料带的电性能聚四氟乙烯生料带的介电常数Er和介质损耗角正切tga可按发泡材料来计算，聚四氟乙烯的各项电性能指标如表1。表1技术性能比重抗拉强度伸长率熔点电阻率介电常数tga单位g/cm3kg/cm2%O.cm-聚四氟乙烯2.214035020040032710172.050.00021、聚四氟乙烯生料带的介电常数Er聚四氟乙烯生料带的等效介电常数计算公式如下：Er=2Er1+1-2P（Er1-1）2Er1+1+P（Er1-1）Er1 （1）Er1为聚四氟乙烯的介电常数，Er1=2.05P为发泡度，表示聚四氟乙烯生料带内气体体积与聚四氟乙烯生料带体积之比，发泡度计算

9、公式如下：P=1-d2d1 （2）d2：聚四氟乙烯生料带的比重； d1：聚四氟乙烯的比重，d1=2.2将d1=2.2代入公式（2），可计算出聚四氟乙烯生料带的发泡度P=68.18%。将P=68.18%代入公式（1），可计算出聚四氟乙烯生料带的介电常数Er=1.2932、聚四氟乙烯生料带的介质损耗角正切tga聚四氟乙烯生料带的介质损耗角正切tga计算公式如下：tga=tga1Er1（Er-1）Er（Er1-1） （3） tga1为聚四氟乙烯的介质损耗角正切，tga1=0.0002，Er1为聚四氟乙烯的介电常数，Er1=2.05Er为聚四氟乙烯生料带的介电常数，Er1=1.293将以上数值带入公式

10、（3）中，可计算出聚四氟乙烯生料带的介质损耗角正切tga=0.0000885。聚四氟乙烯生料带绝缘射频电缆的阻抗在高频条件下，同轴射频电缆的阻抗Zc计算公式如下：Zc=138.2Er(D+1.5dw)k1d （4）Er：介电常数d：内导体外径D：绝缘外径dw：外导体编织层单线直径k：内导体有效直径系数，见表2表2内导体绞线根数17121927K110.9390.9570.970.976K211.31.31.31.3以SFF-50-3-1聚四氟乙烯绝缘射频电缆为例来计算，SFF-50-3-1电缆结构数据如下：d1=0.93，D1=2.95，dw1=0.12，Er1=2.05，k1=1将以上数据代

11、入公式（4）中，可计算出阻抗Zc1=50.87如果绝缘采用聚四氟乙烯生料带，在绝缘外径不变的情况下，由于介电常数变小了，为了使阻抗保持不变，必须将内导体外径增大，具体结构数据如下：d=1.20，D1=2.95，dw1=0.12，Er1=1.293，k1=1将以上数据代入公式（4）中，可计算出阻抗Zc1=50.6从以上的各项数据可以看出，使用聚四氟乙烯生料带绝缘后，在绝缘外经济阻抗均保持不变的情况下，内导体的尺寸增加了，这对于降低射频电缆的衰减有着举足轻重的作用。聚四氟乙烯生料带绝缘射频电缆的阻抗衰减是射频电缆最重要的参数之一，它反映了电磁能量沿电缆传输是的损耗的大小，电缆的衰减越大，则表明传输

12、信号的损耗越严重，电缆的传输效率也越差，为了提高射频电缆的传输效率，应尽可能的降低电缆的衰减，同轴射频电缆的衰减主要是由导体衰减与介质衰减引起的，其计算公式如下：a=2.60.001Erf (Dk1d)(k2d+kbD)+9.080.01fErtga （5）a：衰减，db/mk2：衰减的绞线系数，见表2kb：衰减的编织系数，见表3f：频率，MHz表3绝缘外径D22468Kb1.51.71.822.2以SFF-50-3-1聚四氟乙烯绝缘射频电缆为例来计算衰减，将以上已知的各项数值代入公式（5），可以计算出不同频率下的射频电缆的衰减，如表4表4f，MHz100050001000020000a1，d

13、b/m0.41380.99721.48362.2543绝缘采用聚四氟乙烯生料带后，将已知的各项数值代入公式（5），可以计算出不同频率下的射频电缆的衰减，如表5表5f，MHz100050001000020000a，db/m0.34650.80001.15821.6915将表4与表5做一比较，可以计算出聚四氟乙烯生料带在降低射频电缆衰减的具体数值，如表6所示。表6f，MHz100050001000020000a1，db/m0.41380.99721.48362.2543a，db/m0.34650.80001.15821.6915（a1-a）a1100%16.3%19.7%22%24.9%从以上的射

14、频电缆结构及性能计算中，可以看出聚四氟乙烯生料带代替实心聚四氟乙烯绝缘后，可以大大降低射频电缆缆的衰减，可降低1530%，但由于聚四氟乙烯生料带的价格较高，其价格约为聚四氟乙烯价格的34倍，因此增加了电缆的制造成本，只有在对电缆外径要求小，衰减比较低，耐温等级较高的特殊环境下使用。随着氟塑料生产和加工技术的不断发展，聚四氟乙烯生料带的价格将会逐渐的降低，届时将会在电线电缆行业中得到更为广泛的应用。聚四氟乙烯简称F-4(TFE或PTFE)，是由四氟乙烯聚合而成，是一种分子结构完全对称的无枝化线性聚合物，在已知的高分子键中，C-F键是最牢固的键之一，大部分主碳链的周围都被氟原子紧密包围这，是C-C

15、主链不受一般活泼分子的侵袭，并且在大分子的主链上氟原子相互对称，所以电性中和，整个分子不带极性，这种结构上的特性，使聚四氟乙烯具有较高的频率使用范围及高低温使用范围、优异的化学稳定性、高电绝缘性以及耐气候老化性能，因此在电线电缆行业的到了广泛的应用，下面对聚四氟乙烯的性能做简要的介绍。8物理性能聚四氟乙烯是一种高结晶度的聚合物，它的晶格距离变化在19、29、327有转折点，即晶体在这个温度上下，其体积会发生变化。19的转变温度，主要对加工聚四氟乙烯坯料极为重要，用聚四氟乙烯粉状树脂模压成坯料的过程中，如果压制坯料的温度低于19，而当制成的坯料处于19以上的温度时，其晶格距离会发生变化，是坯料制