表面预处理对聚四氟乙烯绝缘电线标志耐久性的影响

丁春风， 季冬冬， 周正平， 徐龙龙

（江苏通光电子线缆股份有限公司，江苏海门226103）

表面预处理对聚四氟乙烯绝缘电线标志耐久性的影响

丁春风， 季冬冬， 周正平， 徐龙龙

（江苏通光电子线缆股份有限公司，江苏海门226103）

分析了聚四氟乙烯绝缘电线难以印字的原因，简要描述了气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法的表面预处理方法。对比这些表面预处理方法的优缺点，并从中选出最适宜的。

电线表面预处理；聚四氟乙烯绝缘电线；标志耐久性

0 引 言

聚四氟乙烯具有相当优异的化学稳定性、电绝缘性、耐气候性、阻燃性、高低温适应性和较高的力学性能，所以聚四氟乙烯绝缘电线在一些使用环境恶劣以及航空等有特殊要求的场合得到了广泛应用，但是这些应用场合要求聚四氟乙烯绝缘电线标志清晰、耐久性好。

以前国内使用普通印字工艺和普通油墨在聚四氟乙烯绝缘电线表面印产品标志，标志不清晰、耐久性差。在装配、使用过程中，电线与电线或与其它物体之间发生摩擦，印在电线表面的标志很容易被擦除。按照GJB 773A/3A—2000标准做标志耐久性试验，发现电线标志的耐刮擦次数一般在10次以内，离标准要求的125次相差甚远；而且采用普通油墨印电线标志的电线在高温场合下使用时，电线标志受热可能会变色，甚至褪色。

本文从聚四氟乙烯材料本身及所采用的印字油墨这两个方面，分析了造成聚四氟乙烯绝缘电线难印的原因，然后对气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法这四种印字前预处理方法及其效果做出简要描述，经比较，最终从中选出最适宜的预处理方法。

1 聚四氟乙烯绝缘电线难印的原因

从聚四氟乙烯的物理性质上分析，主要可能有以下原因：由于聚四氟乙烯表面能低、临界表面张力小、润湿能力差，印墨不能充分润湿电线表面，从而不能很好地粘附在电线表面；聚四氟乙烯分子链规整无支链，其结晶度高达55％～75％。由于聚四氟乙烯的结晶度高、化学稳定性好，它的溶胀和溶解都要比非结晶高分子困难，当印墨涂在电线表面时，很难发生高聚物分子链的扩散和相互缠结，不能形成较强的粘附作用；聚四氟乙烯结构高度对称，属于非极性高分子，印墨吸附在电线表面是由范德华力（分子间作用力）所主导的，范德华力包括取向力、诱导力和色散力。

对于聚四氟乙烯绝缘电线的非极性表面，不具备形成取向力和诱导力的条件，而只能形成较弱的色散力，弱的色散力对印墨在电线表面的吸附贡献不大，导致粘附性能较差；聚四氟乙烯本身含有的低分子成分，以及加工和储运过程中产生或带入的低分子量物质，这类小分子物质极容易析出、汇集于电线表面，形成强度很低的薄弱界面层，这种弱界层的存在大大降低了印墨与电线表面的粘结强度。

印字油墨一般由颜料、连结料、填料、溶剂等组成。影响电线标志的耐久性和抗高温变色性能的主要是颜料和连结料的种类及性能。有些颜料在加热时不但会发生变色，甚至发生变化，像有机颜料在一定温度下会发生分子结构的变化。连结料干燥后形成有一定强度的膜层，对颜料起保护作用，使其难以脱落，不同的连结料与电线绝缘材料的亲和性是不一样的。普通油墨中的颜料和连结料，耐温等级低，高温下可能会变色或发生变化，它们与聚四氟乙烯的亲和性较差，这造成聚四氟乙烯绝缘电线标志耐久性差，受热易变色，甚至褪色。因此在聚四氟乙烯绝缘电线表面印字时，最好采用耐高温的且与聚四氟乙烯亲和力较好的氟塑料专用油墨。

2 聚四氟乙烯绝缘电线的表面预处理方法

提高聚四氟乙烯绝缘电线标志耐久性可以通过提高印墨和聚四氟乙烯绝缘电线表面的粘附性能来实现。在印字前对电线表面进行预处理，有助于提高印墨和聚四氟乙烯绝缘电线表面的粘附性能。表面预处理目前主要有以下几个途径：（1）在电线绝缘材料表面的分子链上导入极性基团；（2）提高电线绝缘材料的表面能；（3）提高电线绝缘表面的粗糙度；（4）降低或消除电线表面的弱界层。

目前电线表面预处理方法主要有气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法。下面对这四种预处理方法进行简要描述，并对其预处理效果进行比较。

2.1气体热氧化法

气体热氧化法就是让电线先通过一个预热炉后再进行印字，预热炉长度要保证电线在其中有足够的停留时间，一般为1～2 m。电线从预热炉通过时，其表面经空气、氧气、臭氧之类气体氧化后产生极性基团，电线表面能升高，从而电线表面与印墨的粘附性能得以改善。

影响预处理效果的主要因素有温度、处理时间、氧气含量等。提高处理温度和处理时间可以改善处理效果，但不能过度提高，以免对电线绝缘层的性能造成影响。气体热氧化法工艺简单，对于电线表面有一定预处理效果，但效果不是非常理想，开机后不能立即生产，需先将预热炉升温到指定温度并达到稳定，这需要较长的时间，而且预热炉的能耗较大。

2.2火焰处理法

火焰处理法就是采用一定配比的混合气体，在特定的燃烧器上燃烧，让电线印字前从其火焰中通过，使火焰与电线表面直接接触的一种表面处理方法。一般采用煤气作为燃烧气体，压缩空气助燃。火焰将与其接触的电线绝缘表面的分子氧化，从而在绝缘层表面导入含氧极性基团，消除薄弱界面层，因而明显改善电线表面对印墨的粘附性能。

影响火焰处理效果的主要因素有燃烧器型式、燃烧温度、燃烧气体配比、电线在火焰中所处的位置及处理时间等。一般燃烧器和燃气的种类是不会频繁更换的，平时都是通过调节燃气流量、电线在火焰中所处的位置及处理时间来获得最佳处理效果。火焰处理法成本低廉，对设备要求不高，氧化火焰温度很高，可以达到瞬间改变电线表面性能的目的，但由于工艺影响因素较多，操作过程要求严格，稍有不慎就可能导致电线绝缘变色，甚至导致电线绝缘开裂或烧焦，而且本方法有燃气泄露的安全隐患。

2.3电晕处理法

电晕处理是将高频电压施加于放电电极上，高压使电极间的空气发生电离，所产生的大量等离子气体及臭氧，在电线通过电极间时与电线绝缘表面分子发生作用，使其表面分子链上产生极性基团，电线表面张力、表面能明显提高。这样不仅清洁了电线表面，而且增加了粗糙度，提高了电线表面对印墨的粘附性。

影响电晕处理效果的因素有处理电压、功率、电极间距、处理时间及温度等。增加电晕处理前电线表面温度、减少电极间距、增加处理时间和提高处理功率等，可以改善电晕处理效果，但不能过度提高处理功率，以防止电线绝缘层灼伤甚至击穿。电晕处理具有处理时间短、处理速度快、操作简单、控制容易等优点，但电晕处理由于是属于流注放电，其放电处理的形态是丝状放电，即对电线表面处理的放电是不均匀的点状放电，处理效果是不均匀的，而且在处理过程中一般都会产生臭氧，超标的臭氧对人体是有害的，因此在使用电晕机时，需控制臭氧的浓度。

2.4等离子处理法

等离子体是由电子、正离子和中性粒子（包括所有不带电的粒子，如原子、分子和原子团等）所组成，对外界呈电中性的电离气体。等离子处理器由等离子发生器、气体输送管路及等离子喷头等部分组成，等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，借助压缩气体将等离子喷向电线表面，压缩气体可以是惰性气体（N2、Ar等）或活性气体（空气、O2等）。当等离子体和电线表面相遇时，产生物理变化和化学变化，电线绝缘表面的一些分子链发生断裂产生部分活性基团，随之发生表面交联，压缩气体是活性气体的则还会引入极性基团，大大提高其表面能，电线表面得到清洁，以及电线表面刻蚀造成粗糙度增加，从而使电线表面与印墨的粘附性能得以改善。

影响等离子处理法的因素有功率、处理时间、压缩气体气压、喷嘴与电线间的距离等。等离子处理法具有处理均匀性好、作用时间短、效率高、工艺简单、操作方便等优点，但设备价格较贵，维护成本较高，而且线速较高时电线抖动，可能使其跳出喷嘴口的等离子焰。

2.5四种预处理的效果比较

在采用相同氟塑料专用油墨、打标设备和后处理工艺的前提下，分别采用气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法这四种表面预处理方法对同规格的聚四氟乙烯绝缘电线进行印字前预处理，每种预处理后所印电线标志的耐久性采用GJB 773A—2000标准中的标志牢度试验进行评估。试验条件：往复行程10～12 mm、往复频率（60±2）次/min、钢针直径0.63 mm、负荷500 g，电线的标志表面不被钢针磨出一条实线的耐刮擦次数见表1。每种预处理都通过工艺调整，使其达到最佳处理效果，火焰处理法采用煤气和压缩空气组成的混合气体，等离子处理法的压缩气体采用压缩空气。

表1　不同预处理后电线标志的耐刮擦次数

从表1可以看出，气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法这四种预处理方法均能提高聚四氟乙烯绝缘电线表面所印标志的耐久性，但改善效果有差异。使用本试验用油墨在聚四氟乙烯绝缘电线表面印字时，采用电晕处理法或等离子处理法更佳，可以使聚四氟乙烯绝缘电线表面所印标志达到GJB 773A/3A—2000中的标志耐久性要求。

3 结束语

印字前进行气体热氧化法、火焰处理法、电晕处理法和等离子处理法这四种表面预处理均能提高聚四氟乙烯绝缘电线标志的耐久性，但改善效果存在差异。从改善效果、操作控制的难易程度和经济性等多方面综合考虑，最适宜的方法是电晕处理法，如果追求更好的处理效果，则可以采用等离子处理法。

［1］ GJB 773A—2000 航空航天用含氟聚合物绝缘电线电缆通用规范［S］.

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The Influence of Surface Pretreatment on PTFE Insulated W ire Identification Durability

DING Chun-feng，JI Dong-dong，Zhou Zheng-ping，XU Long-long
（Jiangsu Tonggang Electronic Wire&Cable Co.，Ltd.，Haimen 226103，China）

This article analyses the reasons of why the polytetrafluoroethylene insulated wire is difficult to print，briefly describe the surface pretreatment method of the gas thermal oxidation，flame treatment，corona treatment and plasma treatment.Comparing the advantages and disadvantages of these surface pretreatment method，and choose the most appropriate.

the wire surface pretreatment；polytetrafluoroethylene insulated wire；identification durability

TM246.9

A

1672-6901（2015）06-0025-03

2015-03-11

丁春风（1981-），男，工程师.

作者地址：江苏海门市渤海路169号［226103］.