?自20世紀(jì)30年代美國杜邦公司發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯開始，人類打開了應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域一個最重要的 大門——氟聚合物工業(yè)，它在后續(xù)的70多年內(nèi)極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、極強(qiáng)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(dāng)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(jī)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。
聚四氟乙烯材料（PTFE）不同于普通的工程塑料，它的原料不是源自石油和天然氣，而是礦產(chǎn)資源——螢石，螢石在中國古代也被稱為夜明珠，在中國有著廣泛的分布。中國也是世界上螢石礦含量比較豐富的國家之一，礦產(chǎn)含量位居世界第三。聚四氟乙烯材料在生產(chǎn)流程中，首先會將螢石礦與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成無水氫氟酸，無水氫氟酸加入氣體、制冷劑再反應(yīng)后，就會轉(zhuǎn)化為四氟乙烯（TFE)、六氟丙烯（HFP)、偏氟乙烯（VDF)、三氟氯乙烯（CTFE)、等主要氟單體，最后通過聚合主要生成氟樹脂、氟涂料以及氟橡膠等三類物質(zhì)。四氟乙烯通過不同的制備工藝，能生成特色不同的聚四氟乙烯樹脂。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(jìn)與應(yīng)用開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。單向拉伸成膜法的首次應(yīng)用，始于20世紀(jì)60年代美國杜邦公司制備的密封帶。20世紀(jì)60年代末，美國開始采用機(jī)械拉伸方式開發(fā)出膨體聚四氟乙烯薄膜，它具有結(jié)點(diǎn)和纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)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(jì)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(jì)80年代，我國也對膨脹聚四氟乙烯的制造和應(yīng)用進(jìn)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(diǎn)助劑，然后模壓成形，在高于其熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)成形，再經(jīng)適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(jìn)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(diǎn)溫度下燒結(jié)就可得到較高的強(qiáng)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(jìn)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。（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(diǎn)。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)?；旌霞徑z主要是將PTFE分散液與載體基質(zhì)混合進(jìn)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(diǎn)（327℃）和分解點(diǎn)（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(jī)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(jìn)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(diǎn)。PTFE屬于環(huán)保型新材料，廣泛應(yīng)用于新能源行業(yè)、電子半導(dǎo)體行業(yè)、汽車行業(yè)、石油化工行業(yè)、醫(yī)療器械行業(yè)、航空航天行業(yè)、船舶運(yùn)輸行業(yè)等。PTFE也被稱為氟聚物中的“塑料王”，具有多種優(yōu)異的特性。如優(yōu)異的耐高低溫性，PTFE可以在零下180度到260度長期使用，保持基本性能不變；極強(qiáng)的耐絕緣性，PTFE介電強(qiáng)度可達(dá)10KV/MM；稀缺的不燃性，PTFE的限氧指數(shù)在90%以下，阻燃等級UL V-0。此外，PTFE屬于耐腐蝕性材料，具有卓越的耐腐蝕性，除了熔融的堿金屬之外，基本不會與任何化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，優(yōu)異的耐老化性也讓PTFE可以長期暴露在大氣中，其表面及性能都能保持不變。同時， PTFE表面的摩擦系數(shù)最低可以達(dá)到0.04，具備固體材料中最低的表面能。憑借如此優(yōu)異的特性，PTFE在各個領(lǐng)域的運(yùn)用具有巨大的想象空間。近年來隨著工藝技術(shù)進(jìn)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：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(dú)有的性能特點(diǎn)，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。目前，氫燃料電池汽車是質(zhì)子交換膜的重要應(yīng)用場景，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，氫能兩輪車作為全新的應(yīng)用場景，正逐漸興起。近年，行業(yè)涌現(xiàn)出不少參與氫能兩輪車研發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)營的新銳力量，市場正蓄勢待發(fā)。為助力氫能應(yīng)用新“藍(lán)海”，北京國化新材料技術(shù)研究院有限公司擬于2023年12月14日在杭州市組織召開“2023儲氫與氫兩輪車耦合發(fā)展沙龍”，重點(diǎn)討論儲氫環(huán)節(jié)技術(shù)前沿、氫能兩輪車市場培育、產(chǎn)業(yè)鏈耦合發(fā)展等議題，邀請行業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、頭部企業(yè)代表等，共同探討我國氫能產(chǎn)業(yè)初期發(fā)展的前進(jìn)之路。 返回
