张灵军，杨红军

（金川集团电线电缆有限公司，甘肃 金昌737100）

聚全氟乙丙烯（FEP）简称F-46，是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，六氟丙烯的含量约15%左右，是聚四氟乙烯的改性材料。FEP树脂既具有与聚四氟乙丙烯相似的耐高温、低温、防水、防油、耐磨、耐酸碱及多种化学试剂和不延燃等特性，又具有热塑性塑料的良好加工性能。因而它弥补了聚四氟乙丙烯加工困难的不足，使其成为代替聚四氟乙丙烯的材料，在电线电缆生产中广泛应用于高温高频下使用的电子设备传输电线、电子计算机内部的连接线、航空宇宙用电线及其它特种用途的电线电缆。其产品被广泛应用于航空航天、机车车辆、能源、有色金属冶炼、石油开采、电机等领域需要耐高温、低温、耐腐蚀的恶劣环境中。公司结合市场需要，自主开发了FEP绝缘耐温耐蚀特种电缆新产品，填补了西北地区的空白。以下就此产品开发过程中的实践经验与大家分享，以便同行进一步了解和掌握FEP挤出工艺的要点，在今后的生产中作出正确的选择和控制。

1 FEP树脂的熔体破裂及流变性能

为了正确设计挤出机模具，控制和掌握FEP树脂的加工条件，首先应了解FEP的熔融破裂的原因及其流变性能。

1.1 熔体破裂

当热塑性树脂流过模口时，其挤出物表面呈粗糙状，这种不稳定的流动时有发生，这种表面呈粗糙状的现象实际为熔体破裂所致，其原因是由于过高的剪切应力对熔体的撕扯所造成。对于指定尺寸孔径的模具，挤出速度太快是最常见的导致熔融破裂的原因，熔融破裂发生在流动速率高于聚合物的“临界剪切速率”。为使大家对熔体破裂现象有感性的认识，图1（没有熔融破裂）与图2（有熔融破裂）分别给出了产品的实物样图，以便在生产过程中认真判断。

为了在电线电缆生产中尽量消除或改善熔融破裂和提高生产率，通常采取以下措施：第一，采用挤管式模具，扩大模子的开口，以减慢聚合物在模口的流速，使之在低于临界剪切速率的适中挤出速度下挤出树脂，并提高生产率；第二，在不致使树脂分解的前提下，尽可能提高熔融树脂的温度，以降低树脂粘度，从而提高其临界剪切速率。

图1 没有熔融破裂

图2 锥内壁产生熔融破裂

有些熔融破裂的条件可能被树脂的潮气，降解和污染造成的表面粗糙所掩盖。不满足条件的修正判断，可以用降低挤出速度的瞬间，观察粗糙表面的情况来作出判断。如果情况变好了，则是属熔融破裂。相反，如果情况依然如此，后者甚至更坏，那就是由树脂的潮气，降解或污染引起的，就要采取相应的调整措施。

1.2 剪切应力和剪切速率（3）

图3是一幅FEP树脂在熔体温度和模具温度不变的条件下，可能的流动分析图。从此可以看出剪切应力随剪切速率升高而增加，图3显示了在挤出中四个可能的区域。I区是平时操作的广泛区域。从I区上行，到达II区，由于流动速率的升高，挤出物有光滑的表面转向粗糙的熔融破裂的挤出物。到达III区时，重新得到光滑的挤出物，通常称为＂超剪切区＂。＂超剪切＂挤出时，熔体的流动已经完全失去了对模套，模芯壁上的粘附。这种现象伴随机头中流动阻力减小而使挤出压力指数级下降。这时挤胶量大幅提高，对最终挤出物的机械性能要求不是十分重要的场合，这种挤出操作是可行的。＂超剪切＂操作的机械性能大约比给出的标准值低5%～10%，在IV区，挤出物再度粗糙，这是树脂机械降解所致。

图3 剪切应力与剪切速率-挤出物在四个区域中的表现

图4 套管式模具

剪切速率，剪切应力，出胶量和模具的几何尺寸之间的相互关系见图4。对于一指定的模具尺寸，剪切速率增加，树脂的出胶量随之增加，压力、剪切应力也相应增加。如果模具尺寸是固定的，温度保持不变，那么图3变成了压力对出胶量的特性图。

这里 L=模具承径长度（mm）

P=模具截面的压降（Mpa）

q=体积流动速率（mm3/s）

Q=挤出速率 (㎏/h)

γ=壁上估计剪切速率（S-1）

τ=壁上估计剪切应力（Mpa ）

＊ρ=熔体密度：FEP=1.492g/㎝3

2 FEP挤出时工艺要点

在推荐的加工温度下，FEP树脂比其它大多数热塑性树脂更粘稠。不同牌号的产品其熔融指数（MFR：即在恒定压力和温度下，在10分钟内，通过一指定孔径的材料克数）分别在3～6.5之间，因此FEP在挤出生产时工艺条件比其他塑料树脂更为苛刻。了解了FEP树脂的熔融破裂及其流变性能后，可见影响其挤出性能的主要因素有挤出温度、速度，剪切速率、配模等。

2.1 挤出温度

在不存在熔融破裂的情况下，熔体温度是影响粘度的重要因素。合适的熔体、模套、模芯温度和线芯温度是实现高速度挤出是前提。对于小线结构，其模套温度常常要高出熔体温度25℃～40℃。挤出机的温度分布：挤出机一般以280℃（进料口）至380℃（机头）直线上升的温度分布为好；机头温度波动范围不大于±5℃，并应在不致使树脂分解的前提下，尽量提高机头温度，以降低树脂的熔融粘度。挤出机机身（自进料口至机头）、机头、模套的参考温度如下：机身 第一段 280℃～310℃；第二段 315℃～330℃；第三段 340℃～360℃；第四段 360℃～380℃；机头380℃ 模套 380℃～410℃。

2.2 拉伸比与拉伸平衡度的控制

2.2.1 拉伸比

图5 典型的挤管式模具

图6 绝缘内壁和外表面等量拉伸

在挤管式模具中，拉伸比（DDR）是由模具开口环形截面积和最终绝缘的截面积之比来确定的。如图5所示那样。对于FEP树脂一般要求为110～50之间，不同厂家不同牌号的要求不尽相同，可在实际生产时参考厂家提供的经验数值。

2.2.2 拉伸平衡度

在选择模套和模芯时需要考虑的另外一个重要问题是图6所描述的拉伸平衡度（DRB）。拉伸平衡系数是挤出拉伸工艺收缩平衡的控制参数，它决定了挤出拉伸后绝缘层达到所要求的厚度时，绝缘层与导体之间结合的紧密程度。对于FEP树脂，理想的DRB为1。（这意味着熔融树脂管子的内壁和外壁等量拉伸），当然控制0.9～1.15也可以的，但DRB过小（如＜0.9），那绝缘包层很可能失圆，或者松包，或者形成像鸡蛋型截面，如果DRB过大（如≥1.2），则会造成熔体撕裂。

2.3 模具选择

普通电线结构用的模具尺寸可以通过公式1（DDR）和公式2（DRB）计算出来。如果已知了DDR值，那么下列简化公式可以用于确定模芯和模套的尺寸。

为了减少熔体圆锥在模芯端口的撕裂，模芯端面外径上必须有0.1mm园弧角（见图4）。上述公式是在DRB为1的时候确定的模具尺寸。

2.4 导电线芯预热

冷的线芯接触到模芯内壁会使模芯温度下降，造成挤出绝缘的内壁熔融破裂，与熔体接触，可使接触部分熔体温度骤降产生内应力。这种现象可以通过导电线芯预热加以解决。为保证挤出的F-46绝缘层内外温度均一，常用的线芯温度为150℃～180℃。当预热过的线芯上挤包树脂时，如果产生气泡，可能因为线芯表面的挥发物和油，潮气之类的杂质所致。降低线芯表面杂质含量的方法是在电气预热之前先用超声波清洗器或者煤气火焰处理一下。

2.5 定型冷却速度

由于FEP树脂是一种结晶性有机高分子材料，由于其加工温度较高，所以冷却介质的温度应达到材料晶核生长速度和晶粒生长速度的最佳比例。当FEP树脂熔体缓慢冷却到晶体熔点以下温度时，大分子重新结晶，结晶度在50%～60%之间；当熔体以淬火方式迅速冷却时，结晶度较小，在40%～50%之间，而且晶体随树脂和加工成型温度及热处理方式的不同而有一定的差异。据此情况，F-46的定型冷却必须采用阶梯式冷却的方式对熔体采用缓冷，以避免加工过程中因结晶内应力的存在而产生裂纹，同时也可避免由于熔融的绝缘层外面受到冷却水的急速冷却产生的收缩孔，影响产品的质量。一般对FEP树脂冷却介质的初始冷却温度可选择在70℃～80℃之间，温度也不能太高。如果温度太高，对大规格的挤包层来说易使挤包层的表面产生麻点。主要原因是因为水的汽化点只有100℃，而在挤出过程中的FEP树脂温度很高，进入水槽前近300℃之高，与太高温度的水相与会立刻产生汽化，由于汽化的压力会将未来的及冷却的熔体软表面压成麻面。

3 结论

FEP树脂的挤出工艺比其他塑料有许多不同的特点。FEP树脂挤出温度较高，影响产品挤出性能的因素较多，如果控制不当，将直接影响了产品的质量，所以应特殊加以控制。FEP树脂的挤出剪切速率、模具的选配、挤出拉伸比与拉伸平衡比、定型冷却速度等工艺条件均比其他塑料树脂的要求苛刻，只有了解和掌握了其工艺性质的特点，才会在FEP树脂的挤出工艺过程中做出正确的选择与控制。