聚四氟乙烯微孔薄膜

聚四氟乙烯微孔薄膜一、引言自美国杜邦公司(Dupont)1945年开始生产聚四氟乙烯以来，至今已有 61 年历史。

现在作为PTFE的重要产品聚四氟乙烯微孔薄膜应用十分广泛，拓展的领域从生物工程到服装行业，从机械工业到石化，在环保行业中不仅可用于水处理工程，而且还可用于空气的微粒净化。

可以说它的应用范围还是比较广泛的。

二、聚四氟乙烯的特征1、分子结构特点聚四氟乙烯的优异性能是由其分子结构所决定的。

聚四氟乙烯的分子由c、F 两种元素以共价键相结合，C—F键键能较高，要断开C—F键需要较大的键能，因此聚四氟乙烯具有高度的稳定性，不易发生化学反应。

虽然聚四氟乙烯和聚乙烯都是直链型高分子，且链骨架都由碳原子组成，但氟原子和氧原子在碳原子周围所起的作用是不同的。

氟原子的范德华半径为O．136nm明显大于氢原子范德华半径O.11-0.12nm，与聚乙烯相比聚四氟乙烯中未成链原子间有较强的排斥力，这就使得聚四氟乙烯的大分子采用螺旋构型，而不是聚乙烯的平面全反式构型。

由于氟原子的范德华半径较大引起氟原子之间的排斥力较大，这使得聚四氟乙烯大分子链的转动势垒要比聚乙烯大得多，所以可以预料聚四氟乙烯链的柔曲性要比聚乙烯链小。

这使聚四氟乙烯具有很高的熔点和很高的熔融粘度。

2、化学稳定性聚四氟乙烯每个碳原子连接的两个氟原子空间结构上对称，整个分子无极性c—F键的键能高且稳定，分子为螺旋形构型，c—c主分子链完全被F原子所遮蔽所以，聚四氟乙烯具有极其优异的化学稳定性，被称为“塑料之王”，水及各种有机溶剂都不能使其产生溶解或溶涨。

强酸、强碱、强氧化剂即使在高温时也不能对聚四氟乙烯起作用，其耐化学腐蚀性甚至超过一些贵金属。

只有F元素本身和熔融的碱金属或碱金属的络合物才能对它有侵蚀作用。

3、热性能聚四氟乙烯具有优良的耐高温、耐低温性能，熔点为327摄氏度，分解温度为415摄氏度可在200一260℃范围内长期使用。

但聚四氟乙烯的一大缺点是在高温F的不流动性。

“。

它在熔点以上时不会从高弹态转变到粘流态，即使升温到分解温度也不流动，这就使它不能能采用一般热塑性材料的成型方法。

聚四氟乙烯的导热系数较低，导热性能较差。

4、力学性能由于聚四氟乙烯的分子链是非极性的，大分子之间的相互吸引力小；大分子链无支链且刚性较大，缠结很少。

使得聚四氟乙烯宏观上力学性能表现不佳。

聚四氟乙烯具有较好的延展性，结晶度较低时，其延展性较好。

聚四氟乙烯的最佳刚性所对应的结晶度为75～80％，高于这个结晶度则聚四氟乙烯的耐蠕变性随结晶度的进一步增加而减小。

聚四氟乙烯的耐疲劳性非常优异：不会出现永久性的疲劳破坏，即材料遭到破坏后，材料仍然能保持物理的完整性，不会发生断裂。

5、电学性能在聚四氟乙烯大分子链中，氟原子对称均匀分布，因而分子不带极性，使其具有优良的介电性能。

该介电性能基本不受电场频率的影响，并且可以在较宽的温度范围内保持不变。

此外，聚四氟乙烯中空隙的存在也会使材料的耐电晕性降低。

6、表面性能由于聚四氟乙烯的螺旋形结构，c—c主链完全被氟原予所包围，形成了一个完整的圆柱体，这种棒状的构型使聚四氟乙烯分子间的吸引力变得很微弱，再加E 分子的形状是螺旋形的，聚四氟乙烯大分子间很容易滑动。

所以，聚四氟乙烯的摩擦系数在高聚物中几乎是最低的。

聚四氟乙烯很难被普通液体所润湿，其临界表面张力为0.0185N/m,与水的接触角为108度。

因此聚四氟乙烯具有突出的不粘性，是一秘极佳的防粘材料。

但另一方面这种性能又使它极难与其它物质粘合，限制，其应用。

三、聚四氟乙烯微孔薄膜的发展人们很早就注意到高分子材料中聚四氟乙烯的突出性能，如优良的高低温性能、突出的化学稳定性、以及良好的介电性能是在一些苛刻条件下进行微粒子分离膜的理想材料。

但是聚四氟乙烯的不熔、不溶的特性，使制造其微孔滤膜的技术长期难以解决，限制了它的应用开发。

20世纪60年代，美国DuPont公司首先采用单向拉伸的方法制得聚四氟乙烯微孔薄膜，但微孔的大小、空隙率和膜的强度都不理想。

1973年美国Gore公司利用双向拉伸技术成功地开发了聚四氟乙烯微孔薄膜，标志着聚四氟乙烯微孔薄膜的产业化应用在技术上已经成熟。

经过30多年的发展，聚四氟乙烯微孔薄膜作为一种新型的膜材料，在服用、产业用领域得到广泛的应用。

聚四氟乙烯薄膜的双向拉伸工艺，使薄膜具有了良好的空隙特性，但同时使膜的机械性能具有了各向异性的特性。

这种各向异性特性将直接影响薄膜的复合以及复合材料的使用性能。

我国聚四氟乙烯微孔薄膜的研究开展较晚，落后于欧美及日本等发达国家。

目前聚四氟乙烯微孔薄膜的生产工艺有压延膜法、车削膜法和拉伸膜法。

拉伸膜法可以分为单向拉伸和双向拉伸，通过结构分析及实际测定，只有双向拉伸膜才具有良好的微孔结构。

双向拉伸聚四氟乙烯微孔薄膜的生产工艺流程如图所示。

四、聚四氟乙烯微孔薄膜的应用1、在过滤材料的应用由于聚四氟乙烯微孔薄膜的优异性能，人们利用聚四氟乙烯微孔薄膜开发出了聚四氟乙烯覆膜滤料。

覆膜滤料是使用一层聚四氟乙烯微孔薄膜复合在一般传统的滤料介质表面卜。

覆膜滤料除具有传统滤料除尘机理的拦截、惯性沉降、随机扩散、静电沉降、重力沉降五种效应外，由于微孔多、微孔小，直径只有O.3-10um，与普通滤料相比空隙直径降低了几十倍，一般的粉尘颗粒很难通过微孔，因此薄膜的拦截作用能去除10um以上的粉尘颗粒，加上薄膜对粉尘颗粒的惯性碰撞等作用，对于直径小于um的粉尘颗粒也具有很高的去除率。

薄膜对粉尘的拦截作用在五种效应中起到主导作用。

覆膜滤料采用表面过滤而不是“初次粉尘层”过滤，薄膜起着一次粉尘层的作用，底布材料只起支撑骨架的作用。

薄膜表面极其光滑，摩擦系数小，在薄膜表面很难形成较厚的粉尘层，薄膜表面粉尘积累少。

薄膜滤料除尘主要是利用微孔薄膜的拦截作用。

聚四氟乙烯覆膜滤料具有如下的优点<1>：接近于零的烟尘排放率，除尘效率可达99．99％以上。

薄膜最小孔径可达0．3um，可以捕获人多数固体颗粒和液滴。

<2>：过滤形成的粉尘层容易裂离，滤料透气性好。

由予覆膜滤料是靠薄膜捕获粉尘颗粒，粉尘层只能形成在滤料薄膜的外侧，薄膜具有疏水性，粉尘层与滤料的粘结力小，易于裂离，在无外力作用下，靠自重就可脱落。

若在反吹风作用下，就可将其完全彻底清除掉，若采用抗静电聚四氟乙烯薄膜则粉尘更易剥离，清灰更彻底。

<3>：由于滤料透气性好，降低了压差，降低了风机的电耗，延长了滤料的使用寿命，提高了开机率，减少了除尘工作量，减少了停产的次数。

<4>：由于清灰彻底，可延长过滤时间，延长清灰周期，减少清灰次数，使设备磨损减少，维修量少<5>：适用性广。

聚四氟乙烯薄膜具有稳定的化学性能，耐高温、耐腐蚀、拒水性、疏油性等。

因此对于高温、高湿、高腐蚀和含有有机液体的特殊气体，也有良好的过滤性。

所以该滤料广泛适用于冶金、化工、煤炭、水泥等行业。

2、在医学材料中的应用聚四氟乙烯微孔薄膜在医用材料上也获得广泛应用，如手术服、手术巾、伤口敷料、消毒器械包裹材料等。

手术服应具备防护性和透气性，以保证手术过程中医护人员不受传染病人血液感染及穿着舒适，特别是要防止某些高渗透区如腹部到胸部和从胳膊肘到手腕衣袖处受到感染。

目前已有不同程度的防护性和透气性的手术服，如：单层手术服：身体主要部位(腹到胸、碗到肘)双层织物层叠的手术服：身体主要部位用聚四氟乙烯微孔薄膜复合的手术服及全薄膜层叠手术服。

资料显示，在对500件手术服进行试验后发现，在抗血液渗透性方面，单层水刺非织造布手术服血液渗透感染率为9％，增强型非织造布手术服为5％，而采用聚四氟乙烯微孔薄膜复合的手术服则为2％。

在舒适性方面，用聚四氟乙烯微孔薄膜复合的手术服穿着时和普通服装一样舒适。

五、聚四氟乙烯膜的制备1PTFE微孔薄膜的前道工艺PTFE膜的原料是颗粒状PTFE树脂是四氟乙烯的均聚物，其不能采用普通热塑料成型方法加工。

而采用类似粉末冶金的原理加工，例如悬浮法、分散法即乳液法等聚合方法加工得到。

PTFE 树脂粉料国外有多家产品，国内也有少量造厂家制造。

国外生产厂商以美国杜邦公司、日本大金公司等为代表。

2、制备过程常规制作过程是将聚四氟乙烯分散树脂与液体助剂混合，通过压延法将混合物制成薄片，再用机器双向拉伸薄片，制得PTFE微孔膜。

其工艺流程为：PTFE树脂、助挤剂(选料)一混合一压延一双向拉伸一卷取。

3、制作工艺<1>基膜的制备：好的基膜必须厚薄均匀，结晶度和密度合理。

基膜的质量直接影响成品的性能指标。

制备基膜时，应注意以下几个因素：原料的选择：PTFE树脂宜选用分子量较适宜的牌号，其性能可承受拉伸时高温条件下的高速应变而不断裂；助挤剂选用宜使树脂湿润、无毒、沸点高、易除去而无残留的物质。

配比：根据所用树脂及助挤剂牌号，按适当比例进行配制，助挤剂一般范围在12％一28％之间。

压缩比：压缩比也是影响产品性能指标的重要参数。

压缩比大，纵向纤维化强度高，拉伸时不易断裂，易于连续生产，其产品强度也较大。

压缩比过大，使挤出物太硬，不利于后续工序的正常生产。

因此应根据树脂牌号、设备、生产工艺，合理选用压缩比。

<2>拉伸温度和拉伸率PTFE 微孔膜成型过程，在国外以双向拉伸即延伸的加工方法用得较多。

PTFE 在常温到327℃之间均可被拉伸，即低于熔点阶段的拉伸在高弹状态下进行。

低温下拉伸会使薄膜破裂，导致拉伸无法进行，而高于327℃时，PTFE分子间的结晶状态变化成无定形，不能很好得到网状结构，故一般拉伸温度在40℃一327℃之间。

在生产中，拉伸温度的高低与拉伸率及速度有关，同时也取决于制品的强度与尺寸。

温度高，薄膜较柔软易于拉伸，尺寸稳定性好，不易回缩。

但是温度过高，制品强度降低，也可导致断裂。

拉伸率越大，所需温度较高，因为较低的拉伸温度所需要的拉力较大，当拉力超过被拉制品所能承受的强度时，便会断裂；反之，拉伸率小，温度可低些。

温度的不同也直接影响其制品的性能指标，因此，在生产中一定要寻找适合特定工艺与设备的最佳范围。

制品的强度、孔径、空隙率是决定制品质量的重要指标，对不同使用环境及使用条件的不同制品，选定其相应生产工艺，以生产相适应的具有孔径小、分布均匀、空隙率高及结节小PTFE 薄膜。

六、操作参数对PTFE薄膜性能的影响PTFE 微孔薄膜在双向拉伸过程及其前道工艺过程中对薄膜的性能影响因素是复杂而多方面的。

除了加工设备的性能、拉伸温度和拉伸率外，其他影响因素有：操作温度、操作湿度。

操作温度：PTFE 薄膜对温度的影响特别敏感，不同的操作温度可以形成薄膜的不同性能。

这不仅在拉伸过程中，在 PTFE 树脂加工和中间工艺过程中，温度都是至关重要的操作参数。