PFA管材標(biāo)準(zhǔn)研制打造國(guó)際一流品質(zhì)

文/鐘 勤

PFA是四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚的共聚物，經(jīng)過(guò)熔融擠出加工工藝可以制得PFA管材、薄膜、板材等形狀的產(chǎn)品，該類產(chǎn)品呈透明或半透明狀，它具備了聚四氟乙烯的一切優(yōu)良特性：使用溫度范圍為-80℃～260℃；化學(xué)穩(wěn)定性極佳，耐各種化學(xué)試劑、酸、堿和油的腐蝕；擁有良好的機(jī)械性能、不粘性和電絕緣性。PFA管材主要用作輸送腐蝕性液體或氣體介質(zhì)的內(nèi)襯管、熱交換器用管、液面計(jì)用管以及各種頻率下使用的電線、電纜、電器元件、密封圈或其它材料的外包覆管。目前被廣泛應(yīng)用于化工和電子等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊，具有潛在的市場(chǎng)價(jià)值。

一、我國(guó)PFA管材質(zhì)量現(xiàn)狀

我國(guó)的PFA生產(chǎn)及加工的歷史并不長(zhǎng)，隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，氟塑料的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求在不斷擴(kuò)大，國(guó)外的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備以及材料不斷涌入，國(guó)內(nèi)的加工企業(yè)也迅速增加。但由于缺乏相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作為生產(chǎn)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的依據(jù)和約束，市場(chǎng)上該類產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。

上海市塑料研究所于上世紀(jì)80年代開始研制生產(chǎn)PFA管材，積累了比較豐富的生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展，產(chǎn)品規(guī)格已經(jīng)系列化，并被廣泛應(yīng)用于電子、化工、環(huán)保及密封件制造等行業(yè)，用戶多年的使用驗(yàn)證結(jié)果充分地證明PFA管材能夠滿足各種用戶的需要。

為了進(jìn)一步提高PFA產(chǎn)品的質(zhì)量，構(gòu)筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也為了滿足高端客戶的需要，我們借鑒了目前處于國(guó)際領(lǐng)先的美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D6867-2003《全氟烷氧基（PFA）-含氟聚合物管材規(guī)范》，對(duì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。

二、主要技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法的修訂

考慮到PFA管材主要用于輸送腐蝕性液體或氣體介質(zhì)的內(nèi)襯管、熱交換器用管、液面計(jì)用管以及各種頻率下使用的電線、電纜、電氣元件、密封圈或其他材料的外包覆管等特殊性，本次修訂的PFA管材企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中主要涉及的技術(shù)指標(biāo)有：拉伸強(qiáng)度、斷裂標(biāo)稱應(yīng)變（斷裂伸長(zhǎng)率）、密度和尺寸穩(wěn)定性等。另對(duì)對(duì)應(yīng)的檢查方法也做了相應(yīng)的修訂。

1.外觀

在ASTM D6867-2003中未對(duì)PFA管材的外觀做出對(duì)應(yīng)的規(guī)定，我們結(jié)合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)際情況和用戶使用要求，確定制備的PFA管材內(nèi)/外壁應(yīng)光滑、平整、清潔，不允許有氣泡、針眼及用手指能明顯察覺到的溝紋或凹陷。

與此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的檢查方法中規(guī)定：在自然光線下，用目視方法進(jìn)行檢查。

2.拉伸強(qiáng)度和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變

表征材料受到外力作用時(shí)的強(qiáng)度和韌性通常我們用拉伸強(qiáng)度、斷裂標(biāo)稱應(yīng)變這兩個(gè)機(jī)械性能指標(biāo)來(lái)表示。在原版本Q/GHAD 93-2008《全氟烷氧基（PFA）-氟塑料管材》標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于外徑10 mm以下PFA管材規(guī)定以實(shí)物直接進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)PFA管材中央部分記以25 mm標(biāo)記，夾具間標(biāo)距為50 mm；在PFA管材外徑不小于10 mm時(shí)，則將其剖開，按GB/T1040-1992規(guī)定采用Ⅱ型試樣進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度為50 mm/min。

在ASTM D6867-2003中是根據(jù)管材內(nèi)徑作相應(yīng)的規(guī)定。對(duì)于內(nèi)徑大于等于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材縱向剖開攤平，分別按縱向和橫向制備5個(gè)試樣；針對(duì)內(nèi)徑大于等于2.3 mm且小于15.9 mm的PFA管材，沿PFA管材縱向剖開攤平，按縱向制備5個(gè)試樣；對(duì)于內(nèi)徑小于2.3 mm的PFA管材，規(guī)定則以實(shí)物直接進(jìn)行拉伸測(cè)試。

在ASTM D6867-2003中要求將試樣制成如下圖所示的形狀，以防止在試驗(yàn)過(guò)程中試樣滑脫，影響試驗(yàn)。故本次新修訂的Q/GHAD 93-2009中我們也規(guī)定對(duì)試樣形狀必須按照下圖的要求進(jìn)行。

試驗(yàn)方法依然按照GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第1部分:總則》的規(guī)定進(jìn)行。夾具夾持試樣兩端，上下位置對(duì)稱，標(biāo)距為24 mm；試驗(yàn)速度為50.8 mm/min。

為了修訂的Q/GHAD 93-2009標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)在性能指標(biāo)上有可比性，我們?cè)谶M(jìn)行了大量的對(duì)比測(cè)試后，新標(biāo)準(zhǔn)采用了與ASTM D6867-2003相同的方法，將試樣的標(biāo)距改為24 mm（這是為了充分利用現(xiàn)有的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的試樣刀具）。經(jīng)過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)以及從計(jì)算斷裂標(biāo)稱應(yīng)變的計(jì)算公式可以得知，標(biāo)距為24 mm的試樣試驗(yàn)結(jié)果較標(biāo)距為22 mm的試樣試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值小。因此，若兩種試樣在試驗(yàn)結(jié)果相等的條件下標(biāo)距為24 mm的管材其實(shí)際斷裂標(biāo)稱應(yīng)變比標(biāo)距為22 mm的管材大，拉伸強(qiáng)度則不受標(biāo)距長(zhǎng)短的影響。對(duì)比試驗(yàn)數(shù)值參見表1。

表1 不同標(biāo)距試驗(yàn)結(jié)果比較以及與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的比較

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們確定了新標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)為：拉伸強(qiáng)度不小于18.0 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變?yōu)椴恍∮?00%。

3.密度

PFA管材一般采用擠出成型的方法進(jìn)行加工，物料經(jīng)塑化后，可以制得各種規(guī)格的管材，加工工藝和設(shè)備會(huì)影響管材的密實(shí)性，所以通常我們通過(guò)測(cè)試材料的密度來(lái)表征材料的密實(shí)度。

密度的原標(biāo)準(zhǔn)采用的試驗(yàn)方法與ASTM D6867-2003一致，但術(shù)語(yǔ)有差異。為了在術(shù)語(yǔ)方面與ASTM D6867-2003保持一致，故將“相對(duì)密度”更改為“密度”。由于原標(biāo)準(zhǔn)中的相對(duì)密度是相對(duì)于水而言的，所以本標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)密度的指標(biāo)和試驗(yàn)方法作修改，僅增加密度指標(biāo)的單位：g/cm3。

4.擊穿電壓

ASTM D6867-2003對(duì)PFA管材無(wú)電性能要求，但考慮到用戶的實(shí)際需要以及生產(chǎn)的具體情況以及Q/GHAD 93-2008中的規(guī)定，根據(jù)管材壁厚不同，增加了擊穿電壓的性能指標(biāo)（見表2）。主要是為了表征用于絕緣PFA管的電性能。

表2 管材壁厚與擊穿電壓

5.尺寸穩(wěn)定性

測(cè)試材料的尺寸穩(wěn)定性則是考慮到PFA管材的使用溫度范圍很寬，其驗(yàn)證的是在高溫時(shí)PFA管材尺寸和外觀變化程度，從而表征其耐熱性。

ASTM D6867-2003對(duì)PFA管材提出了尺寸穩(wěn)定性的要求，要求管材放在（200±2）℃的熱循環(huán)烘箱中保溫3 h，取出自然冷卻至（23±2）℃，并觀察管材的外觀；基于ASTM D6867-2003的要求，我們確定經(jīng)過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn)后的管材應(yīng)無(wú)裂紋的要求。

6.本標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)和試驗(yàn)方法與ASTM D6867-2003的對(duì)比見表3和表4。

表3 Q/GHAD 93-2009與ASTM D6867-2003指標(biāo)對(duì)比

表4 Q/GHAD 93-2009與ASTM D6867-2003試驗(yàn)方法對(duì)比

三、技術(shù)改造提升產(chǎn)品品質(zhì)水平和穩(wěn)定性

與現(xiàn)行的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，ASTM D6867-2003中關(guān)于“尺寸穩(wěn)定性”的要求是新增加的，此指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性有著重要的意義。我們參照ASTM D6867-2003標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，最初的試驗(yàn)結(jié)果表明：有部分PFA管材出現(xiàn)了裂紋或破裂線。針對(duì)這一情況，我們進(jìn)行了仔細(xì)分析和研究，發(fā)現(xiàn)PFA管材出現(xiàn)裂紋或破裂線的主要原因是模具的壓縮比過(guò)小。為此，調(diào)整了幾個(gè)PFA管材生產(chǎn)過(guò)程中的模具壓縮比，消除了“尺寸穩(wěn)定性”試驗(yàn)后PFA管材裂紋或破裂線現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品質(zhì)量（參見表5）。隨后，我們對(duì)所有規(guī)格PFA管材的生產(chǎn)模具進(jìn)行重新計(jì)算和設(shè)計(jì)，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，獲取了最佳模具壓縮比的工藝參數(shù)，從而提高了PFA管材的內(nèi)在性能。

表5 尺寸穩(wěn)定性試驗(yàn)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)表

四、后語(yǔ)

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GHAD 93-2009參照了ASTM D6867-2003，本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，同時(shí)也標(biāo)志著我們的生產(chǎn)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。由于產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)趕上甚至超過(guò)了國(guó)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量，并且有些產(chǎn)品性能指標(biāo)的提出充分考慮了國(guó)內(nèi)用戶的需要，因此許多長(zhǎng)期使用同類進(jìn)口產(chǎn)品的客戶開始和我們展開貿(mào)易洽談，希望建立良好的協(xié)作關(guān)系，最終取代進(jìn)口，以滿足市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展的需要。采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，不斷改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件，適應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)一體化的需要，是我們努力不斷的方向。