PVDF和FEP性能及在水冷卻管路應(yīng)用的對(duì)比研究

楊偉龍，郭紹強(qiáng)，洪春鳳，符夏穎，羅毅強(qiáng)，蒙元楷

(廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510663)

PVDF和FEP均屬于氟塑料范疇，其機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、電絕緣性能、耐候性，阻燃性等性能優(yōu)異，因此被廣泛應(yīng)用在高壓直流輸電水冷卻配水管路上。

本文從PVDF和FEP兩種管材的力學(xué)性能、熱性能和電性能三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比研究，和兩種管材在在高壓直流輸電水冷卻管路上應(yīng)用形式進(jìn)行對(duì)比研究，探究其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，為水冷卻管路設(shè)計(jì)和選型上提供有用的參考價(jià)值。

1 PVDF和FEP材料簡(jiǎn)介

1.1 PVDF材料簡(jiǎn)介

PVDF中文名稱為聚偏氟乙烯，簡(jiǎn)稱F2，外觀為白色半透明；PVDF分子結(jié)構(gòu)如下圖1所示，分子鏈間排列緊密，具有較強(qiáng)的氫鍵，含氧指數(shù)為46%，結(jié)晶度高；長(zhǎng)期使用溫度-40～140℃。

圖1 PVDF分子結(jié)構(gòu)

PVDF是一種高純度的聚合物，不含任何化學(xué)添加劑，能夠?qū)Τ兯碾妼?dǎo)率保持穩(wěn)定，此外PVDF具有化學(xué)惰性，幾乎不與任何介質(zhì)反應(yīng)，因此被廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電的水冷卻管路上。

PVDF主要性能特點(diǎn)有如下：

(1)適用范圍廣，熱變形溫度高；

(3)低摩擦系數(shù)；

(4)良好的機(jī)械性能；

(5)優(yōu)異的電性能；

(6)加工性好；

(7)焊接性好；

(8)熱穩(wěn)定性好；

(9)壽命長(zhǎng)。

1.2 FEP材料簡(jiǎn)介

FEP中文名稱為聚全氟乙丙烯，簡(jiǎn)稱F46，外觀為透明；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，分子結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

從某種意義上說，基于ICT的成人參與學(xué)習(xí)本質(zhì)是有效使用ICT，是人們發(fā)展與ICT的關(guān)系以及能夠獲得有用的教育資源。在思考ICT對(duì)成人參與學(xué)習(xí)的價(jià)值時(shí)，既不能以“技術(shù)決定論”為導(dǎo)向過分夸大ICT技術(shù)在教育與社會(huì)發(fā)展中的角色，亦不可以“社會(huì)決定論”為導(dǎo)向僅賦予ICT為中性技術(shù)工具的內(nèi)涵，而誤解其所涵蓋的社會(huì)文化特性［17］。因此，如何面對(duì)使用ICT過程中所產(chǎn)生的來自心理、教育、社會(huì)等復(fù)雜因素交織而成的障礙，學(xué)習(xí)個(gè)體、教育機(jī)構(gòu)、決策組織乃至關(guān)聯(lián)企業(yè)的應(yīng)對(duì)之策，均至關(guān)重要。

圖2 FEP分子結(jié)構(gòu)

FEP是一種軟性塑料，F(xiàn)EP耐熱性能僅次于聚四氟乙烯，能在-85～200℃溫度范圍內(nèi)連續(xù)使用。

FEP主要性能特點(diǎn)有如下：

(1)耐大部分化學(xué)藥劑腐蝕；

(2)優(yōu)異電絕緣性能；

(3)優(yōu)異耐候性；

(4)阻燃性；

(5)低摩擦系數(shù)；

(6)熱穩(wěn)定性好；

(7)壽命長(zhǎng)。

2 PVDF和FEP性能對(duì)比

2.1 力學(xué)性能對(duì)比

PVDF具有很高的抗拉強(qiáng)度和耐沖擊強(qiáng)度，具有良好的耐磨性，剛度和柔韌性。與PVDF相比，F(xiàn)EP的抗拉強(qiáng)度、耐蠕變等性能較差，兩種材料的主要力學(xué)性能對(duì)比見下表1所示。

表1 PVDF和FEP力學(xué)性能對(duì)比表

2.2 熱性能對(duì)比

PVDF和FEP均具有很好的阻燃性，與PVDF相比，F(xiàn)EP的軟化溫度和線性熱膨脹系數(shù)稍低，熱導(dǎo)率較PVDF高，兩種材料的熱性能對(duì)比見下表2所示。

表2 PVDF和FEP熱性能對(duì)比表

2.3 電性能對(duì)比

PVDF和FEP的電絕緣性能均很好，與PVDF相比，F(xiàn)EP的相對(duì)介電常數(shù)較低，電絕緣性能較PVDF高一些，兩種材料的主要電性能對(duì)比見下表3所示。

表3 PVDF和FEP電性能對(duì)比表

綜上可以看出，在力學(xué)性能和熱性能上PVDF的綜合性能較FEP強(qiáng)，在電性能上FEP的綜合性能較PVDF強(qiáng)。

3 PVDF和FEP管在高壓直流輸電水冷卻管路應(yīng)用的對(duì)比

3.1 PVDF和FEP管道在密封形式、適用范圍和安裝維護(hù)上的對(duì)比

PVDF與FEP材料相比，最大的特點(diǎn)是可加工性好，PVDF適用于注塑、焊接、熱成型等加工工藝，因此其連接結(jié)構(gòu)可以根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以多樣化。在高壓直流輸電冷卻管路系統(tǒng)中，PVDF閥模塊管道的常見連接方式是螺紋連接方式，密封方式是O型圈密封，F(xiàn)EP閥模塊管道的常見連接方式是雙頭螺釘套件連接，密封方式是FEP管與水接頭采用雙介子密封，水接頭和匯流管采用O型密封圈密封。

在密封可靠性上，PVDF管道接口的密封結(jié)構(gòu)有一處滲漏點(diǎn)，F(xiàn)EP管道接口的密封結(jié)構(gòu)有兩處滲漏點(diǎn)，因此密封可靠性PVDF管道比FEP管道更高。

由于管道的適用流量范圍與管道管徑相關(guān)，管徑越大，適用的最大流量越大，在高壓直流輸電配水管路系統(tǒng)里，閥模塊PVFD水管管徑為Φ16×1.9，Φ20×1.9，F(xiàn)EP管管徑為Φ8×1，Φ12×1，因此適用的最大流量PVDF管道比FEP管道更大。

從兩者的常用連接方式可以看出，F(xiàn)EP管的連接方式比較復(fù)雜，同時(shí)為了保證密封性能，F(xiàn)EP管與雙介子和雙頭螺釘?shù)倪B接必須安裝到位，嚴(yán)格按照力矩要求緊固，因此FEP管道在安裝維護(hù)上比PVDF管道要嚴(yán)格復(fù)雜。

下表4為PVDF和FEP管道在密封可靠性、適用流量范圍和安裝維護(hù)對(duì)比表。

表4 PVDF和FEP管道在密封可靠性、適用流量范圍和安裝維護(hù)對(duì)比表

3.2 PVDF和FEP管道機(jī)械強(qiáng)度和物理性能對(duì)比

從材料性能特性上，F(xiàn)EP管的抗拉強(qiáng)度不如PVDF管道，軟化溫度較PVDF低，因此機(jī)械強(qiáng)度可靠性和密封可靠性比PVDF管道差，見下表5所示。

表5 PVDF和FEP管道機(jī)械強(qiáng)度和物理性能對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

PVDF管和FEP管在高壓直流換流閥冷卻管道系統(tǒng)是應(yīng)用最廣的兩種材料，兩者在性能對(duì)比上互有優(yōu)劣勢(shì)，早期的換流閥閥模塊冷卻管道主要采用FEP管，隨著高壓直流輸電的發(fā)展，功率越來越大，小管徑的FEP管越來越難以滿足高壓直流輸電的發(fā)展需求，另外在密封可靠性、安裝維護(hù)、機(jī)械強(qiáng)度、受環(huán)境影響性能變化大小上綜合對(duì)比，PVDF管比FEP管更具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。