[发明专利]具有防电晕效果的PTFE材料

说明书

本发明涉及聚四氟乙烯（PTFE）基材料及其应用，比如用于制造电缆。

近来航空工业的发展使得机载电子设备的数量显著增加。此外，大型运输机的出现和降低飞行对环境的影响的期望促使航空制造商们寻求最小化飞机重量的途径。

对航空设备上使用的电缆而言，这种趋势就表现为制造能够在尽量不改变重量或尺寸的情况下输送越来越高的电压的电缆。在这种条件下，由于电子雪崩的原因，电压增大的结果是在电缆中产生由空气电离引起的局部放电现象。这种现象中，在强电场下的电子获得的能量足以引起中性分子（例如构成空气的气体分子）电离并因此产生新的自由电子，这些新的自由电子又会使其它中性分子电离。当电压足够大时，就产生了电弧。

这种现象也被称作电晕效应，其受到各种因素的影响，比如其中发生放电的材料的性质和温度以及环境气压。实际上，当气压降低时，产生放电的电压也会降低。然而，飞机的平均飞行高度一般为10000米，那里的气压约为200到300hPa。所以，这些飞行条件有助于产生电晕效应。

当包括包裹有绝缘材料的导电芯线的电缆中出现局部放电时，该绝缘材料会承受不同的应力：

-热应力，由产生局部放电的区域中的局部温度升高所引起；

-化学应力，由局部放电过程中产生的臭氧和硝酸所引起；

-机械应力，由该材料的表面腐蚀以及该材料中的孔隙增大所引起。

这些应力均会导致该材料退化，从单纯的老化直至产生裂缝。

专利申请US 2004/0031620介绍了一种电缆，其中围绕导电芯线的绝缘材料是添加了金属氧化物二氧化钛的聚酰胺酰亚胺基或聚酯酰亚胺基的基质。这种材料可以防止电晕效应。

然而，某些应用需要采用同时具备电绝缘特性和良好耐热能力的材料，比如PTFE。

不过，目前为止尚未实现在挤制PTFE中添加其含量能够获得防电晕效果的金属氧化物（也被称作载子），比如二氧化钛。实际上，这种添加会引起两个主要问题：

-PTFE中存在载子会使得PTFE疏松多孔，从而导致获得低密度的PTFE材料。然而，为了不鼓励电晕效应，就必须限制存在于材料中的空气的量，因此必须限制存在于其中的孔隙的数量。

-PTFE中存在载子还会给材料挤制过程带来问题，比如更大的挤制压力或辊轧时的破碎风险。可以向配方中加入润滑剂来解决这些现象。但是，在干燥阶段，在掺加了润滑剂的材料内润滑剂也容易产生孔隙，从而产生低密度的材料。

本发明人的工作使其开发出了一种基于聚四氟乙烯和金属氧化物的新型材料，其不但具有防电晕的效果，还克服了上述问题。

所以，本发明涉及一种常用密度的聚四氟乙烯（PTFE）基材料，制备该材料的混合料包含：

-PTFE；

-金属氧化物，其重量比为5%到15%，优选为5%到12%，更优选为5%到10%；

-润滑剂，其重量比为15%到30%，优选为20%到27%；

-润湿剂，其重量比为0.1%到1%，优选为0.3%到0.7%；

重量百分比是相对于PTFE的总重量而言的。

在此，“PTFE”指改性或非改性的PTFE。改性是指其支链是通过氧原子连接到PTFE的碳链的这样的支链PTFE。

“常用密度”指密度大于1.45的PTFE基材料。

“金属氧化物”主要指碱土金属氧化物、过渡金属氧化物和贱金属氧化物。有利地，金属氧化物选自二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铜、氧化镁和氧化银。

在挤制后，按上述制备的PTFE材料具备以下成分：

-PTFE；

-金属氧化物，其重量比为5%到15%，优选为5%到12%，更优选为5%到10%；

-痕量润滑剂和/或润湿剂；

重量百分比是相对于PTFE的总重量而言的。

优选地，润滑剂是烃基液体，比如异构烃，尤其是Isopar^TM，而润湿剂则是脂肪醇，有利地是十二醇（dodécan-1-ol）。润湿剂能使PTFE与载子混合得更好，从而有助于获得均匀的混合料。

Isopar^TM（埃克森美孚化工公司）是一种高纯度合成异构烃的混合物。

因此，根据本发明的材料可以使局部放电过程中产生的电子（防电晕效果）消散。选取适当比例的金属氧化物和润滑剂，以及使用润湿剂，可以获得最终的高密度PTFE材料。并且，该材料可以挤制。