淺談聚四氟乙烯微孔膜的發(fā)展與應(yīng)用
時間：
賈錦濤
2022-06-20
氟聚合物工業(yè)的發(fā)展自20世紀30年代美國杜邦公司發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯開始，打開了應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域一個重要的大門——氟聚合物工業(yè)，它在后續(xù)的70多年內(nèi)很大地影響了整個世界。聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroethylene，PTFE）由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)而具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性、很強的耐高低溫性能、良好的不粘性、潤滑性以及優(yōu)異的電絕緣性、耐老化性，使得其在被發(fā)現(xiàn)后的相當長一段時間內(nèi)，科學(xué)家們采用了各種不同的方法來加工聚四氟乙烯材料，它可被加工成各種所需形狀應(yīng)用于幾乎所有領(lǐng)域，包括航空航天、石油化工、機械、電子、建筑、輕紡、醫(yī)藥等工業(yè)部門，用量約占整個氟塑料的 85％以上，應(yīng)用前景廣闊。
聚四氟乙烯微孔膜材料作為其應(yīng)用體系中的重要分支之一，一直以來都是技術(shù)改進與應(yīng)用開發(fā)的重點領(lǐng)域。單向拉伸成膜法的第一次應(yīng)用，始于20世紀60年代美國杜邦公司制備的密封帶。20世紀60年代末，美國開始采用機械拉伸方式開發(fā)出膨體聚四氟乙烯薄膜，它具有結(jié)點和纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)點由許多PTFE 顆粒粘結(jié)在一起構(gòu)成，纖維是從 PTFE 顆粒中延伸出來。20世紀70年代中期，雙向拉伸技術(shù)可制造出PTFE雙向拉伸微孔膜，并成功應(yīng)用于服裝面料、空氣過濾等行業(yè)。20世紀80年代，我國也對膨脹聚四氟乙烯的制造和應(yīng)用進行了積極探索，并取得了一定成就。
目前，PTFE類產(chǎn)品的原料一般采用顆粒狀聚四氟乙烯樹脂，工業(yè)上采用懸浮聚合法或乳液聚合法生產(chǎn)，因此PTFE 樹脂可分為懸浮樹脂、分散樹脂和樹脂分散液。其中，懸浮料樹脂的主要成型方法為模壓法，即白色粉未加一點助劑，然后模壓成形，在高于其熔點的溫度下燒結(jié)成形，再經(jīng)適當?shù)臋C械加工就成制品了，代表性的制品為板、棒、管、膜四類；分散樹脂分子呈電中性，粒子間作用力低，分子鏈在很小的剪切力下會沿粒子長軸方向排列，并進行線結(jié)晶，成纖性優(yōu)異，一般適于生產(chǎn)料帶、微孔帶、薄膜以及纖維等方面。
PTFE分散樹脂的分子量和結(jié)晶度一般較懸浮樹脂更高，而且燒結(jié)成型后的分散樹脂結(jié)晶度更大，在稍高于熔點溫度下燒結(jié)就可得到較高的強度，而且分散樹脂的耐彎曲疲勞壽命是懸浮樹脂的2300倍。所以，PTFE微孔膜原料一般選用分散樹脂，再結(jié)合相應(yīng)工藝制得。目前PTFE微孔膜的制備工藝主要有：雙向拉伸成膜法、改進的雙向拉伸成膜法以及其他創(chuàng)新方法，如載體成膜法和靜電紡絲成膜法，各工藝原理如下：
（1）雙向拉伸成膜法是目前制備PTFE微孔膜的主要方法，采用該方法制備的微孔膜具備孔徑小且分布均勻以及孔率高等優(yōu)點。PTFE膨體膜的基本工藝流程主要包括混合、預(yù)壓成型、擠出、壓延、雙向拉伸和熱定型處理。經(jīng)過雙向拉伸后，PTFE樹脂形成纖維絲狀，然后交錯排列，纖維之間有微孔結(jié)構(gòu)；
（2）載體成膜法的常規(guī)工序通常包括混合紡絲和高溫?zé)Y(jié)。混合紡絲主要是將PTFE分散液與載體基質(zhì)混合進行紡絲，高溫?zé)Y(jié)的目的是去除載體，從而造孔制得微孔膜聚合物。燒結(jié)溫度通?？刂圃赑TFE的熔點（327℃）和分解點（425℃）之間，一方面可以使載體充分分解；另一方面可以使 PTFE 顆粒充分熔融、粘結(jié)。根據(jù)載體基質(zhì)的不同，載體成膜法主要包括無機載體成膜法和聚合物載體成膜法；
（3）靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝。靜電紡絲成膜法主要利用高壓靜電，對各類聚合物溶液進行紡絲，制備出直徑在幾十至幾百納米的纖維，再通過纖維堆積而形成微孔膜孔隙。聚四氟乙烯靜紡纖維膜是以聚四氟乙烯分散液與基質(zhì)聚合物混合，通過靜電紡絲工藝制備成前體膜，再經(jīng)燒結(jié)處理，去除基質(zhì)后得到，具備纖維直徑可控，工藝簡單，成本低等優(yōu)點。
近年來隨著工藝技術(shù)進步以及改性技術(shù)創(chuàng)新，使微孔膜技術(shù)在人們生活、工作和科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。膨體聚四氟乙烯微孔膜材料可應(yīng)用到以下領(lǐng)域：
（1）防水透濕織物：通過膨體PTFE微孔膜與普通織物通過層壓工藝復(fù)合在一起可制成防水透濕層壓織物。水蒸汽分子可自由通過，能夠達到排汗透氣效果，同時PTFE本身不親水，因此這種PTFE薄膜復(fù)合材料具有很好的防水、透濕、防風(fēng)、保暖的功能。
（2）醫(yī)用生物材料：由于PTFE材料良好的生物相容性、柔韌性及化學(xué)穩(wěn)定性，已逐漸發(fā)展成為一種重要的生物功能材料。目前，膨體PTFE材料已成功應(yīng)用于人造血管、心臟瓣膜、防護服、帳幕、傷口敷料、消毒器械、包裹材料等領(lǐng)域。
（3）過濾材料：膨體PTFE微孔膜具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，耐高低溫性，且摩擦系數(shù)低，將其通過熱壓或粘合劑復(fù)合到傳統(tǒng)的濾料介質(zhì)表面，可以做成具有獨特性能的覆膜復(fù)合濾料。由于膨體PTFE膜孔多，孔徑?。讖皆?.3～10μm），因此微孔薄膜能夠攔截微小的粉塵顆粒，而且薄膜表面很光滑，很難形成很厚的粉塵層，清灰也比較容易。目前，膨體 PTFE薄膜濾材已廣泛用于化工廠、發(fā)電廠、炭黑廠、水泥廠、噴漆廠等的煙道過濾、熱空氣過濾中。
（4）水處理材料：膨體PTFE 微孔膜具有疏水性、表面能低、表面潤濕性差，而在將其用于膜生物反應(yīng)器時則需要其和水有浸潤性，因此通過對膨體PTFE膜進行親水改性來提高其潤濕性，減小接觸角?？蓱?yīng)用到印染廢水、含油廢水、垃圾滲液、工業(yè)電鍍廢水等領(lǐng)域。
（5）建筑材料：膨體 PTFE微孔膜強度高，彈性模量較低，易形成復(fù)雜曲面。同時，其使用溫度范圍廣，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有自清潔功能，熱能反射率可達 73％，透光率高達 13％。因此，膨體 PTFE微孔膜可以作為建筑采光頂?shù)哪げ牧?，如國家體育場“鳥巢”。
（6）智能設(shè)備領(lǐng)域：手機、筆記本電腦、電子記事本、數(shù)碼相機和游戲設(shè)備等電子設(shè)備通常具備聲音功能，用防水透聲膜封住設(shè)置在殼體的對外通孔，可以保證其透聲性與防水性。采用膨體PTFE微孔膜除了有優(yōu)良的透聲性，還具備良好的的防水性、防塵性以及優(yōu)異的透氣性，可以起到平衡設(shè)備內(nèi)外壓差，保證外殼完整性；避免水分子、灰塵進入損壞電子設(shè)備的作用。
（7）新能源領(lǐng)域：氫燃料電池的原理是利用電化學(xué)反應(yīng)將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，這對燃料電池的核心零部件——質(zhì)子交換膜提出了更高要求。PTFE薄膜因其獨有的性能特點，在新能源發(fā)展中也具有很大發(fā)展前景，它可以作為駐極體材料，也可以作為質(zhì)子交換膜燃料電池中的質(zhì)子交換膜材料等使用。
日津科技股份有限公司秉承創(chuàng)新發(fā)展的理念，具有獨立的膜材料研發(fā)團隊，在雙向拉伸法以及靜電紡絲法兩個主要技術(shù)方向上和國內(nèi)知名院所形成深度的合作，對膜材料進行深度的基礎(chǔ)研究以及應(yīng)用開發(fā)，具有獨立完整的材料研發(fā)實驗室以及高精密的膜材料生產(chǎn)設(shè)備。企業(yè)以客戶為中心，可依據(jù)客戶的各種應(yīng)用場景，進行膜產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)以及生產(chǎn)，可以完全滿足客戶的定制需求，追求合作發(fā)展，引領(lǐng)技術(shù)前沿。
聚四氟乙烯,微孔膜,聚四氟乙烯樹脂
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