前言

聚四氟乙烯（PTFE）具有特殊的螺旋结构。在PTFE分子中，氟原子形成一个螺旋形外壳，将碳包覆在内。惰性的螺旋形全氟外壳保护PTFE主链不受外界试剂侵袭。由于其特殊的结构，PTFE表现出高度的化学稳定性、耐蚀性、耐高低温性、耐老化性等，被誉为“塑料之王”，广泛应用于化工、纺织、医学、机械和航空航天等领域。但是PTFE也存在抗蠕变性和压缩回弹性差、易磨损、强度低等不足。这大大限制了其应用。

为了解决这些不足，提高PTFE的综合性能，通常对PTFE进行改性。常用的改性方法有填充改性，表面改性，共混改性，膨体改性等。近年来，膨体改性发展迅速。尽管e-PTFE较聚四氟乙烯发生了结构改变，但是仍然保留着其优良的性能，同时由于抗蠕变性，耐磨损性的提高拓宽了它的应用范围。

e-PTFE的制备

①拉伸法

美国Gore公司于20世纪80年代发明拉伸法制备e-PTFE，并将该方法沿用至今，成为制备e-PTFE的主要方法。如图所示，先将PTFE树脂与液体助挤剂按比例均匀混合，然后在较低压力下将糊状物料压制成初坯，将初坯推挤成预成型品后压延成片状，通过加热除去助挤剂，然后在一定的温度下进行单向或多向拉伸。最后在熔融温度以上进行热定型，待冷却至室温后得到e-PTFE材料。

加入助挤剂可以减小树脂颗粒之间，颗粒与设备之间的摩擦；压制初坯可以排除物料中的空气，使材料更密实；推挤与压延使材料强度更高并出现一定量具有取向的纤维；拉伸时，一部分树脂被拉伸成纤维，另一部分形成结点，纤维由结点发散，交叉形成空隙，构成e-PTFE的网状结构。

②成孔剂法

成孔剂是多孔材料制备过程中常见的添加剂。将成孔剂与膜的前体材料均匀混合制成初坯，然后除去成孔剂，就会形成孔隙。去除成孔剂的常见方法是烧结和化学侵蚀。

成孔剂的选用十分关键。研究发现,e-PTFE材料的性能与成孔剂的化学组成、含量都有关系密切。成孔剂的选用不仅影响膨体改性的效果，还会影响到PTFE树脂的成型加工工艺。

③纺丝法

静电纺丝技术常被用于制备e-PTFE纤维多孔膜。与拉伸方法不同的是，静电纺丝膜的孔隙是通过纤维积聚而成，而拉伸膜的孔隙是通过PTFE原纤维连接的结点组成的多孔网状结构。通过静电纺丝法控制纤维膜的厚度、孔隙率和纤维直径相对容易。静电纺丝过程中的添加剂也会影响膜的性质。为了获得纯PTFE多孔膜，需要将添加剂除去。

乳液纺丝法也可用来制备e-PTFE多孔膜，通常是将PTFE乳液和黏胶或聚乙烯醇水溶液等混合制成纺丝液，然后通过干／湿纺丝法进行纺丝，成型的纤维经过干燥和烧结，除去载体；最后经过拉伸，得到纤维膜。但该方法载体用量大，损耗多，纺丝原液稳定性也相对较差。

e-PTFE的应用

①防水透湿织物

e-PTFE薄膜防水透湿层压织物首先由美国Gore公司研制成功。后来该面料被广泛应用于军用民用领域，被誉为“世纪之布”。这种面料一般是以锦纶或涤纶机织物作表层，锦纶的经编织物作里层，e-PTFE薄膜作中间层，经过层压方法而制成的三层织物。e-PTFE织物的防水性能是由它的性能与结构共同决定的。一方面，e-PTFE的表面能低，水在其表面的接触角远大于90°，e-PTFE表现出极强的疏水性，因此不易被水润湿。

另一方面，e-PTFE薄膜的微孔直径极小约为２μｍ，约是水蒸气分子直径5000倍，小水滴分子直径的１／200，水滴无法透过薄膜但水蒸气可以通过，所以e-PTFE织物防水又透气。由于其孔洞排列不规则，可以防风，耐磨性也相对较强。同时由于e-PTFE纤维呈现的高强度、低收缩、不粘性、抗紫外老化等优良特性，使其成为了户外运动服装的首选面料。除此之外它还常被制成消防服，宇航服、医用手术服、军用作战服、睡袋、轻便帐篷等。

②建筑材料

高强度的e-PTFE膜还常被应用于建筑材料当中。与其他建筑织物不同，e-PTFE制品具有高透光率与弯曲灵活度。灯光设计师可以利用其独特的光学特性提高结构的外观，透射和反射多色照明已被用于提供室内照明。e-PTFE纤维不会因为弯曲而损坏。这使它可以应用于开合式和临时性结构。而且由于e-PTFE的不黏性赋予了它自清洁功能，雨水就可以把它冲刷干净。若雨水的量不足以清洗积累的污染，肥皂、水和光可以成功地清除大部分杂质。e-PTFE材料使用寿命长，许多有名的建筑都会采用e-PTFE膜作为建筑采光顶的膜材料，例如我国的国家体育场“鸟巢”“水立方”，美国明尼波利斯体育馆等。

上海联净e-PTFE制备整体解决方案

上海联净公司在膨体聚四氟乙烯（ePTFE）薄膜制备领域深耕多年，掌握了从原料筛选、预成型、拉伸及烧结处理的全套核心技术，可提供整体解决方案。

图片来自上海联净自动化科技有限公司

1. 预成型压延段

压延成型采用公司专利技术的高温、高精度电磁感应加热辊，温度精度控制在±1℃，在压延成型阶段保证PTFE片材整体均一性，在后端再增加一对夹持辊组工序，夹住去除成型助剂且未烧结的薄膜进行压缩，能够有效地保持薄膜在双拉工序前，薄膜自身厚度均一、密度分布均匀且高密度化的未烧结PTFE薄膜。

去压延除成型助剂后PTFE膜厚度均一性一般，厚度偏差达到±10~15%。夹持辊压机组将膜厚度的偏差由±10~15%调整至±2~4%。存在于薄膜内部的间隙被打破，PTFE颗粒具备更均匀接触的状态而且保持高密度化。通过辊压，将高密度化的未烧结PTFE薄膜在长度方向和/或宽度方向上再进行拉伸。

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去除成型助剂后的PTFE薄膜，在利用夹持辊进行压缩后，PTFE乳液聚合颗粒被最密地填充，几乎所有的PTFE乳液聚合颗粒成为均匀接触的状态而高密度化，其结果使得拉伸力均匀化，因此后段拉伸后的多孔膜的节点小、并且富有均匀性，此外，由于厚度方向上的强度提高，因此薄膜拉伸强度也得到进一步提高。

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2. 拉伸工艺段

通过自主研发的拉伸工艺参数调控体系，可精准控制薄膜的孔径分布（0.2-0.5μm）、孔隙率（＞98%）和力学性能，针对行业痛点，公司具备自主设计生产设备能力，解决了传统工艺制膜导致的厚度、密度不均等问题，成品率可达98%。

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上海联净e-PTFE制备凭借其自主研发的电磁感应加热辊技术，实现了高效稳定的加工能力，解决了传统工艺中温度控制不精准、良率低的问题。该设备生产的膨体聚四氟乙烯膜具有优异的耐高温、耐腐蚀、透气性及微孔结构，广泛应用于锂电池隔膜、声学部件防水膜等高端领域。其技术突破打破了国外垄断，推动了我国新能源、5G通信及环保包装等产业的升级，并助力覆膜铁等绿色材料普及，减少环境污染。

文章来源：高分子物理学、上海联净自动化科技有限公司

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