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  • 聚四氟乙烯(PTFE)应用领域
  • 2019/4/30 阅读次数:[658]
  • PTFE是目前工业生产中应用最广泛的工程塑料之一,被称为“塑料****”,具有优异的化学稳定性和极低的摩擦系数。
    诞生于二战时期的PTFE,最初是用于生产特殊军用品,战后才解密并用于民用工业。解密后很长一段时间,PTFE的价格依然非常昂贵。为了保留PTFE的优异品质且减少原料用量,美国戈尔公司尝试将PTFE拉伸,增加其中的空气量,最终得到了一种更轻盈、更柔韧的材料——膨体聚四氟乙烯(ePTFE)。

    (ePTFE微观结构:由节点连接起来的细微纤维)

    目前常见的ePTFE制造工艺是将PTFE的分散树脂经过混合、挤压成型、压延、拉伸、固化烧结、冷却等步骤,得到特定形状的成品。ePTFE不仅具有PTFE的优良性能,还具有更高的强度-重量比、更高热阻、更高的比表面积、多孔性、透气性以及极好的柔韧性等特征,在医疗、航空航天、环保、纺织服装、化工、新能源等领域得到广泛的应用。

    医疗领域


    PTFE是纯惰性的,具有非常强的生物适应性,对人体无不良反应,且可用任何方法消毒,因此被用于多种康复解决方案。而ePTFE的微细纤维结构当中有无数细孔,因而韧性更好,可以任意弯曲超过360°,且透气性能更佳。因此,ePTFE主要用于制造人工血管、心脏补片、人工气管、内窥镜钳导管管体等。


    ePTFE制成的医疗制品克服了裁剪时易产生毛边、植入人体前需要预凝血处理等难题,在临床取得了良好的效果,挽救了许多人的生命。而随着整形技术的发展,ePTFE已经成为整形外科中重要的填充物,是目前生物组织替代品最理想的材料之一。

    在鼻部整形手术中,ePTFE被制作成所需形状,用于构建鼻部假体支架,从而改善鼻部形态。由于人体自身组织细胞可以长入ePTFE微孔内部,因此材料不会移动、破溃或排异,同时还可防止对光的反射作用,整形后面部形态更自然,更逼真。

    航空航天领域


    受经济效益影响的推动,现代飞行器在研发时对重量指标的要求愈加严苛,对维护时间与维护便利性的需求也越来越高。

    在航空航天设备中,常常需要用到特定的密封剂或密封垫片,而传统的材料如:各类橡胶、聚碳酸酯、硫化胶等自身性能存在诸多不足,比如重量大、适温区间窄、易老化、耐油性差、阻燃性差、机械性能差等等。

    ePTFE特有的微型定向纤维结构能显著提升抗拉强度和耐高温性能,且其无需固化或硫化,预成形体能直接用于一些形状奇异的口盖或面板,大大缩短了安装周期。此外,ePTFE具有宽阔的适温区间,良好的耐老化性能,优异的耐腐蚀性等优点,最重要的是,它的密度比较低,极大节省了重量,降低了成本。这一特性使得其在航空航天领域非常受欢迎,尤其是竞争日益激烈的民用飞机领域。


    值得注意的是:目前国内对ePTFE的研究落后于国外,一些产品难以满足航空航天的要求;而这类产品又涉及军事用途,西方国家对我国出口设限,因此这类产品在国内存在缺口,属于市场中的蓝海。

    环保领域

    近年我国的雾霾来势汹汹,严重影响了民众的正常生产生活和身体健康,而不规范的工业粉尘排放会产生大量PM2.5,从而加重雾霾。

    作为治理粉尘污染的主要设备,袋式除尘器是一种传统的过滤式除尘设备,而将ePTFE应用于袋式除尘器是近年来发展起来的一种新型、高效的空气过滤除尘技术,在防治烟尘和超细粉尘方面效果显著。含有ePTFE的新型滤料与传统滤料相比微孔孔径更加均匀、稳定性更好、运行阻力更低、过滤效率更高,即使对于亚微米级粉尘,过滤效率仍超过99.9%。

    ePTFE滤料能在高湿条件下长期工作,清灰处理也很容易,在建材水泥行业炉窑、电站燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、除尘净化、空气过滤等的烟气除尘,特别是需要过滤PM2.5的领域具有广泛的应用前景。

    此外,改性后的ePTFE微孔膜可用于过滤水中的微粒子悬浮物等,在水处理方面亦有不俗表现。

    纺织服装领域


    ePTFE在纺织服装方面,有一个非常****的产品——Gore Tex(戳此复习),该产品集防水、防风、透气等优异性能于一体,在全球户外服装品牌中颇受欢迎。

    而ePTFE由于具有强度高、耐久性好、防火难燃、不受紫外线影响、自洁性好等特点,在功能性服装中同样运用广泛。

    2003年我国非典病毒爆发,国家紧急出台了“GB19082-2003医用一次性防护服技术要求”等标准,加强了对医用防护服的质量监管问题。ePTFE层压织物作为防护服材料中的佼佼者,被广泛运用于国内医用多功能防护服的开发中。

    对于核环境工作人员来讲,放射性尘埃防护服为他们的身体健康提供了一层保护。ePTFE由于具有良好的透湿舒适性、良好的阻隔性,而常被制成多层复合膜,用于制作放射性尘埃防护服,保护核环境工作人员尽量不受放射性尘埃或气溶胶的伤害。

    此外,ePTFE制成的功能性服装还包括消防服、宇航员的太空服等等,为特殊环境的工作人员提供保护。


    ePTFE的制作原理看似简单,实则工艺非常复杂,但它带来性能优化也****诱惑力,应用前景十分广阔。本文列举的只是其中的一小部分应用案例,但这其中的每一种产品,附加值都非常高。目前我国的ePTFE生产和研发都还相对落后,工艺单一、设备较简陋、孔径尺寸不够均匀等问题还普遍存在,而进口产品的成本很高,并且特殊领域进口还受限制。综合来看,我国ePTFE的生产和应用还有非常广阔的发展空间。
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