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現代建筑中不可或缺的氟材料:FEP!
時間:2023-08-08 查看:309

2019年4月15日,法國巴黎圣母院發生了火災,塔尖倒塌,受損嚴重。巴黎圣母院約建于1163年到1250年間,這座花費了一百八十多年才建成的哥特式建筑,承載著法國的藝術和歷史,是巴黎的象征之一。據報道,火災蔓延速度極快,從起火到火焰竄上房頂僅僅用了一兩分鐘,圣母院頂樓的電線短路可能是引發火災的原因。

此次讓全世界人民痛惜的大火,也讓我們反思,該如何確保建筑中的電纜安全。

怎樣的電纜是安全的

建筑物的線纜就像人的神經系統,延伸到大樓每一個部分,防火低毒的線纜的重要性是不言而喻的。

2013年4月,湖北省襄陽一城市花園酒店因電線短路引起火災,造成14人死亡、47人受傷。2018年8月,哈爾濱北龍湯泉休閑酒店著火,死亡20人,起火原因是風機盤管機組電氣線路短路形成高溫電弧。2018年12月,浙江臺州一漁船因電線老化引發火災,31人被救,1人遇難。

據中國消防數據披露,近年來電氣火災頻發,每年的電氣火災占比同年火災比例30%以上,其中,電氣線路火災又占電氣火災的60%以上。電氣火災隱患,在我們身邊幾乎無處不在。

造成短路最常見的幾個原因,一是輸電線路使用過久,絕緣層老化、破裂,失去絕緣作用。二是電氣線路與設備的質量,如絕緣材料絕緣性能欠佳、絕緣材料防火性能不達標、電氣連接件接觸不良等。另外,亂拉亂接電線,使電線的外套機械損傷,引起短路。

這幾點恰恰是氟塑料電纜不可替代的優勢所在。

圖片

常見的氟塑料電纜聚全氟乙丙烯(FEP),最突出的特點是其優異的阻燃性能,它的氧指數為95,即只有在95%氧純度的環境下才能燃燒。即使在高溫下熔融,也不會滴漏,不分解,可避免火焰間接向周邊物質滴漏蔓延,把燃燒限制在局部范圍內,不會導致周邊環境溫度的急劇升高,有利于盡快撲滅火勢。

另一個特點,是燃燒后的低煙性能,產生的煙霧量非常少,保證了火災現場的透光度,為逃生爭取寶貴的時間。

以FEP為原料生產的電訊、電子計算機、報警電線、電纜可不必用鋼管保護,直接安裝在樓板與吊頂天花板之間夾層空間內,非常方便。

1992年,美國電器工業協會編寫了通風電纜的說明書,規定由于高層建筑的防火絕緣等要求,高層建筑的通風電纜必須采用FEP為原料的電線電纜,目前美國已經成為FEP用量最多的國家。上海世博會中國館用的最high等級的阻燃線纜,主要成分就是FEP。

PTFE的又一個兄弟

FEP是一種性能優異的氟塑料,是四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成的。
大約80多年前,化學家普倫基特在杜邦位于美國新澤西州的杰克遜實驗室中發明了聚四氟乙烯樹脂(PTFE)。隨后,杜邦又在PTFE之外研發出一系列產品,其中就包括FEP(杜邦真的蠻厲害)。
FEP是四氟乙烯和六氟丙烯的聚合物,所以既有四氟乙烯的優點,又具有熱塑性塑料的良好的加工性能。它的高絕緣性、阻燃性以及跟普通熱塑性塑料一樣良好的加工性能,在一定的程度上,可以彌補PTFE在加工性能方面的不足。
FEP的電絕緣性能和PTFE十分相近。它的介電系數從深冷到最high工作溫度,從50Hz到1010Hz超高頻的范圍內幾乎不變,僅2.1左右。
它的耐熱性能僅次于PTFE,能在-85至200℃的溫度范圍內連續使用。普通的晝夜溫差或者四季變換造成的溫度變化,對它幾乎沒有影響。在-250℃時仍保持有伸長率和一定的曲撓性,是其他各類塑料所不及的。
它的耐化學穩定性與PTFE相似,除與高溫下的氟元素、熔融的堿金屬和三氟化氯等發生反應外,與其他化學藥品接觸時均不被腐蝕。
FEP具有與PTFE相似的特性,又有熱塑塑料的良好加工工藝,使之成為代替PTFE的重要材料。具有耐高溫、抗氧化、不易燃、氧指數高、能自熄等特點,是光纖通信電纜的理想用線。在電線電纜生產中廣泛應用于高溫高頻下使用的電子設備傳輸線,電子計算機內部的連接線,航空宇宙用電線,及其他特種用途安裝線、油礦測井電纜、微電機引出線等等。

圖片

良好的信號傳輸功能及其他性能

科學技術的發展,特別是軍事工業、宇航、航空、通信等事業的發展,對電線電纜提出了更高的要求。
電線電纜是將電源與用電設備連接起來的材料,在整個系統中起著“神經”、“血管”作用。航天飛機中,內部環境復雜,電線電纜除了考慮其電氣性能、機械性能和化學性能外,還要考慮電網絡匹配關系、抗干擾能力、載流量大小、使用環境、機械強度、電纜保護等因素。
5G時代信號的傳輸速度遠快于4G信號,要求材料對信號的干擾小、介電常數小,保證大數據傳輸不受干擾。對數據的處理及智能化反應的速度和穩定性,以及個體之間的數據傳輸提出了很高的要求。FEP制成的絕緣體,其介質穩定,傳輸衰減小、信號損失少,極小的延遲差,在線纜本身使用壽命、高頻信號處理能力及抗外界干擾能力方面表現出色。

FEP電線除質量輕外,傳輸速度也快,用它們做電纜絕緣層,有利于提高網絡的壽命。采用FEP的數字通信電纜,已經用于建設高層建筑的高速局域網綜合布線系統,快速、準確地傳輸語音、圖象和數據。

在工業領域,尤其是聲傳感器生產中,FEP一直獨占鰲頭,廣泛地用于制作各類電聲和聲電傳感器,包括用于普通電話機和聲控電話機、對講機、傳真機、助聽器、聲控玩具、聲控開關和聲控電腦的聲傳感器等,其覆蓋面約占各類聲傳感器的80%以上。

在醫用領域,FEP在修補心臟瓣膜和細小氣管中也有應用,并制成血液超低溫貯存袋。

幾個小故事

故事一:2019年,西安交通大學和溫州醫科大學的研究人員開發了一種抗菌、抗紫外線的納米敷料。在這項研究里,研究人員設計了一種熱敏、可注射、可自我修復以及基于粘多糖的FEP水凝膠敷料,用于促進血管生成和糖尿病傷口愈合。

故事二:2015年,美國喬治亞理工學院的研究者開發了一種新型的鍵盤。鍵盤靠四層相互疊加的透明膠片運作,兩層的銦錫氧化物起到電極的作用,被一層PET塑料分開。除了電極以外,一層FEP塑料采集皮膚里的靜電荷,手指觸碰鍵盤,會由靜電摩擦效應發電。敲擊按鍵時,其獨特的結構使得鍵盤能夠記錄下一個個復雜的電信號,給每個用戶創造一個模式作為與眾不同的簽名。

作為具有廣泛應用領域的高新科技產業,中國氟塑料正在縮小與國外先進技能水平的距離,往后的發展前景會愈加寬廣。





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【氟化工】12月28日市場行情簡報!節前維穩成為主旋律!

目前國內螢石市場行情走勢暫穩。近期國內安全、環保檢查力度趨勢未減,加之北方受低溫雨雪天氣影響,更加限制了螢石企業開工,市場供應仍屬偏緊狀態;臨近年底,部分小廠有低價清庫行為,需求傳導不暢,1月無水氟化氫定價繼續下調,業者入市偏謹慎,市場分化加劇。據統計,12月國內氫氟酸市場開工56.8%,產量預計15.7萬噸,較11月份均有所下滑。無水氟化氫企業成本利潤承壓,采購螢石心態偏謹慎,價格方面缺乏有力支撐,整體行情偏淡,業者保持剛需采購節奏。下游制冷劑企業累庫為主,需求難以支撐下,預計1月氫氟酸市場震蕩弱勢運行。國內氟化鋁市場暫穩,等待標桿性電解鋁企業價格出臺,節前觀望為主。原料螢石價格震蕩保持堅挺,下游需求整體偏弱,當前氟化鋁工廠開工率下跌至40%左右,供需博弈下,市場存下行周期。氟化鈉市場需求未有好轉,企業生產正常運行,庫存小幅累計。氟化鉀當前市場開機率較低,行業虧損情況較為普遍。整體氟化鹽市場表現均較為低迷,利潤空間較小,行業開工水平持續低位不足5成。制冷劑市場高位維穩運行,受2024年配額預期縮減影響,企業挺價心態較為強烈,部分廠家產品暫不報價,但需求暫無明顯反饋下,廠家累庫為主,供需博弈下個別產品報價有所上行。原料市場繼續下跌,制冷劑利潤空間逐步提升,利潤相對客觀。PTFE市場低位盤整,原料三氯甲烷前期回落幅度較大,產業鏈受成本支撐回落,市場探底運行,因分散樹脂產能投放較多,部分產品倒掛明顯,當前懸浮中粒市場實際因品質差異成交差距明顯,12月市場保持疲軟需求,生產工廠庫存繼續提升。六氟丙烯市場維穩,受下游七氟丙烷備貨需求,采購略有增量,因需求傳導不暢,產能利用率較低,短暫性需求提升,后續市場預計仍較為疲軟。FEP市場弱勢難改,當前FEP模壓料高端替代市場,模壓料因近期企業停產,供給減少,價格維持高位,但出口及內需市場短期依舊沒有改善,成本支撐較為明顯,預計近日市場維穩運行。

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2023-12-29

正式發布!約20種氟材料產品入選!

12月22日,工信部發布《Catalogue of Demonstration and Guidance for the First Batch Application of Key New Materials (2024 Edition).據了解,此次共有十余種氟材料產品入選,分別是全氟醚橡膠、動力鋰離子電池用氟橡膠、光學級氟樹脂、高頻低介電聚全氟乙丙烯樹脂(FEP)、全氟聚醚羧酸銨表面活性劑、Y型全氟聚醚油、航空線纜聚四氟乙烯繞包帶、聚四氟乙烯(PTFE)纖維及濾料、超高純聚偏氟乙烯材料、一氟甲烷、三氟化氯、氟化氫、氟氮混合氣、四氟化鍺、高純四氟化硅(5N)、六氟丁二烯、鋰電隔膜用聚偏氟乙烯共聚物粘結劑、高純氫氟酸緩沖腐蝕液。

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2023-12-26

神一樣的仙氣——氙氣

在日常生活中,人們對于氙氣的認識也許還只停留在汽車使用的氙氣大燈上,可是,你知道嗎?那高端大氣上檔次的燈光感覺卻只是它的一個面哦!當你開始了解它時,才會發覺在現實中:“氙”氣是怎樣神一般的存在!氙氣是特氣領域非常重要的單元氣體,在電子、電光源工業,并在暗物質研究、航天及半導體及醫療領域運用廣泛。工業電子航空領域氙燈發光率高在電子、電光源工業中,用氙氣充填的燈泡與相同功率的充氬燈泡相比,具有發光率高、體積小、壽命長、省電等優點。由于它的透霧能力特別強常用作有霧導航燈,廣泛用于機場、車站、碼頭。氙燈凹面聚光后可生成2500℃高溫可用于焊接或切割難熔金屬如鈦、鉬等。醫療領域氙氣是最理想的麻醉劑氙氣被發現具有麻醉作用已逾50年,氙氣在醫療上很受重視,氙氣能溶于細胞的油脂里,引起細胞麻醉和膨脹,從而神經末梢作用暫時停止。神一樣的“氙”,總是在有知和未知領域,不斷更新充實人們的認知。相信在人類的探索發現中,它還會帶給我們更多的可能!

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2023-12-21

死亡元素:氟的傳奇歷史!

氟(Fluorine)是一種非金屬化學元素,化學符號為F,原子序數為9。氟是鹵族元素之一,屬周期系ⅦA族,在元素周期表中位于第二周期。氟元素的單質是F2,它是一種淡黃色有劇毒的氣體。氟氣的腐蝕性很強,化學性質極為活潑,是氧化性最強的物質之一,甚至可以和部分惰性氣體在一定條件下反應。氟是人體骨骼和牙齒中不可缺少的元素,適量的氟可以增加骨骼的硬度、抑制口腔細菌的生長。氟也是國民經濟發展的重要元素,在汽車、電子信息、建筑材料、石油化工、金屬、玻璃、農業等領域都發揮著重要作用。然而,在化學元素發現史上,氟元素的發現可謂是參加人數最多、持續時間最長、危險性最大的研究課題?!爸品畱稹崩_序幕關于氟元素的記載,最早可以追溯到1529年,德國礦物學家阿格里克拉曾在手記中記錄,礦工在鋼鐵冶煉爐中加入一種礦石,這種礦石可以提高爐溫,除去硫、磷等雜志,并且還能和爐渣形成共熔物,使得礦渣和金屬鐵更易分離。這種礦石便是后來為人熟知的螢石。到了1670時,德國一個名為施瓦哈德的玻璃工在偶然之下把螢石和硫酸混在一起,產生的氣體使他的眼鏡蒙上了一層薄霧,讓他意識到這種氣體能夠腐蝕玻璃。于是他開始利用這一方法對玻璃進行雕刻,制成擁有各式花樣的玻璃藝術品,Becoming a glass sculptor highly appreciated by the imperial court and family,賺到不少錢,但對這一技術的原理,他始終一無所知。1780年,瑞典化學家卡爾·威爾海姆·舍勒對這一現象十分著迷,他猜測螢石與硫酸接觸產生的這種氣體,很有可能含有某種未知的活潑元素,為了驗證自己的猜想,他進行了多次實驗,但他因中毒早早離開人世,未得答案。后來,很多化學家們都積極投入到對這一氣體的研究當中,他們發現螢石與硫酸混合后得到的混合物,性質與鹽酸十分相似,但比鹽酸穩定,而且對于玻璃和一些硅酸鹽礦物的腐蝕性非常強。1810年時,英國化學家戴維通過實驗得出結論:氯氣是一種元素而非化合物,并指出酸中也許不一定含有氧元素。這一發現給法國化學家安培帶來了很大啟發,他根據研究指出,這種螢石與硫酸產生的混合物中可能含有一種和氯相似的元素,他將這種元素命名為fluorine(氟)。得知這一結論的戴維,開始使用他最擅長的電解法嘗試分離出氟單質。至此,化學家們的“制氟之戰”拉開序幕。與氟的激烈交鋒戴維對電解裝置進行了多次改進,反復試驗,最終都以失敗告終,Also forced to stop research due to severe symptoms of fluorosis。The study was also forced to stop due to severe symptoms of fluorosis.同一時期,法國化學家蓋·呂薩克和泰納合作開展了電解法制氟的實驗,同樣因中毒而終止了實驗。1834年,戴維的學生法拉第也曾對電解法制氟進行嘗試,但實驗均未成功。1836年,愛爾蘭科學院的喬治·諾克斯和托馬斯·諾克斯兩兄弟試圖用氯與氟化汞反應制取氟單質,但在實驗過程中中毒倒下,被緊急送往醫院救治。比利時化學家保林·魯耶特和法國化學家杰羅姆·尼克雷也先后開展了進一步的研究,最終因此中毒,為科學獻身。1906年,莫瓦桑因為在氟單質制備和氟化合物合成上的outstanding成就獲得諾貝爾化學獎,成為了因對化學元素的發現做出貢獻而獲得諾貝爾化學獎的第二人。成功制備出氟單質以后,莫瓦桑開始進行氟化物的研究,成為了first place制備出許多新氟化物的化學家,他制備了氣態的氟代甲烷、氟代乙烷、異丁基氟,通過碳與氟的反應合成了許多氟碳化合物,其中最引人注目的就是四氟代甲烷,Because it was the predecessor of the later high-efficiency refrigerant Freon。莫瓦桑將自己研究氟的成果編成了《氟及其化合物》一書,作為后人研究氟及其化合物的參考資料。結語:關于氟的更多可能氟元素成功制備的百余年后,含氟化合物廣泛運用于人類生活中的方方面面,為生產力的發展與人類社會的進步做出了重要貢獻,傳統產業如玻璃生產、陶瓷制作、金屬冶煉等,新興行業如新能源電池、半導體等,都有氟的蹤影。氟化學開拓者們將自身的智慧與執著化為利器,在未知的氟領域艱辛摸索,開拓了通往真理的道路,而他們面對未知領域時一往無前的探索精神將如燈塔的光一般,Leading us towards deeper and broader directions,尋見關于氟的更多可能。1854年,法國化學家埃德蒙·弗雷米多次用電解法電解熔融的無水氟化鈣、氟化鉀和氟化銀,生成的氣體很快將鉑電極腐蝕,始終未能收集到氟。1869年,英國化學家比爾·哥爾也決定嘗試用電解法分解氟化氫制備氟單質,但由于不了解氟的性質,實驗中產生的少量單質氟與氫氣發生了劇烈的化合反應,引發了爆炸事故。這時,很多科學家已經意識到:氟是一種非?;顫姷脑?,要將這種元素從化合物中分離出來十分困難。攻克:夢寐以求的氟單質1872年,一個名叫亨利·莫瓦桑的年輕人成為了埃德蒙·弗雷米的學生,開始了自己的化學研究之路。當制備單質氟的研究課題交到莫瓦桑手上時,他并未對這個難倒了眾多化學家的難題感到氣餒,反而下定決心要攻克這一難題。莫瓦桑依據文獻中的實驗記載,進行了多次實驗,但都沒有成功,還因為嘗試用氟化砷來進行電解而中毒,Forced to interrupt the experiment。最終,莫瓦桑改進了電解裝置,設計了鉑制U形管裝置,用螢石制成塞子,并用冷凍劑為實驗裝置降溫,降低反應溫度,終于在通入電流后得到了無數科學家夢寐以求的氟。這一年是1886年,距離安培將其命名為氟已經過去了七十六年。

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2023-12-19

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