PTFE 膜(聚四氟乙烯膜)的制備方法多樣,不同工藝適用于不同結(jié)構(gòu)(致密或多孔)、性能需求的膜產(chǎn)品,核心方法可分為以下幾類,涵蓋從基礎(chǔ)成型到功能化加工的全流程:
一、拉伸致孔法(主流多孔膜制備工藝)
這是制備多孔 PTFE 膜成熟、應用廣泛的方法,通過機械拉伸使 PTFE 材料內(nèi)部形成微孔結(jié)構(gòu),具體流程如下:
原料預處理:將 PTFE 細粉(平均粒徑 1-5μm)與助擠劑(如石蠟油、煤油)按比例(PTFE: 助擠劑 = 6:4 至 7:3)混合,靜置 24-48 小時使助擠劑充分滲 透。
預成型與擠壓:混合物經(jīng)液壓機壓制成圓柱狀坯料(“預成型”),再通過擠出機在常溫下擠成棒材、片材或薄膜(“生料帶” 狀態(tài)),助擠劑在此階段起到潤滑作用,降低擠出阻力。
助擠劑去除:將擠出的坯料通過加熱(80-120℃)或溶劑萃?。ㄈ缛纫蚁┤コ鷶D劑,得到干燥的 PTFE 基材(無孔,密度約 2.1-2.2g/cm3)。
拉伸成孔:
單向拉伸:沿基材長度方向(MD)拉伸,倍率 3-10 倍,形成沿拉伸方向排列的微孔(孔徑 0.1-5μm),縱向強度高。
雙向拉伸:先縱向拉伸(倍率 2-5 倍),再橫向拉伸(倍率 3-8 倍),或同步雙向拉伸,形成三維網(wǎng)狀微孔結(jié)構(gòu),孔隙率可達 50%-90%,孔徑更均勻。
熱定型:拉伸后在 200-300℃下熱定型,消 除內(nèi)應力,穩(wěn)定微孔結(jié)構(gòu),避免后續(xù)收縮。
優(yōu)勢:可精 準調(diào)控孔徑、孔隙率和力學性能,適合大規(guī)模生產(chǎn);應用:防水透氣面料、空氣過濾膜、電池隔膜等。
二、熔融擠出法(致密膜為主)
針對需高阻隔性的致密 PTFE 膜,利用高溫高壓克服 PTFE 的超 高熔融黏度(>101? Pa?s)實現(xiàn)成型:
原料選擇:采用低分子量 PTFE 樹脂(或改性 PTFE,如添加氟化物降低黏度),減少加工難度。
熔融與擠出:在特殊雙螺桿擠出機中,于 360-380℃(接近 PTFE 熔點 327℃)下熔融,通過狹縫模頭擠出成膜,冷 卻輥定型。
后處理:可經(jīng)退火處理(250-300℃)消 除內(nèi)應力,提升尺寸穩(wěn)定性。
局限:加工能耗高,僅能制備致密膜(無明顯微孔);應用:高頻絕緣膜、化學容器內(nèi)襯等。
三、浸漬 / 涂覆法(復合膜制備)
通過將基材與 PTFE 分散液結(jié)合,賦予基材 PTFE 的耐候性、防水性等特性:
基材預處理:選用織物(如尼龍、滌綸)、無紡布或金屬網(wǎng),清潔表面以增強附著力。
浸漬 / 涂覆:將基材浸入 PTFE 分散液(含 PTFE 微粉、分散劑、黏合劑)中,或通過刮刀、輥涂方式將分散液涂覆于基材表面。
干燥與燒結(jié):先在 80-120℃干燥去除水分和分散劑,再在 340-380℃下燒結(jié),使 PTFE 微粒熔融成膜并與基材結(jié)合。
優(yōu)勢:工藝靈活,可制備復合功能膜;應用:過濾材料(如高溫濾袋)、防腐面料、不粘鍋涂層基底等。
四、靜電紡絲法(納 米纖維膜制備)
用于制備高精度納 米級 PTFE 膜,適合高 端過濾等場景:
紡絲液制備:將 PTFE 微粉分散于有 機溶劑(如全氟己烷)中,添加黏合劑調(diào)節(jié)黏度(通常 500-2000 mPa?s)。
靜電紡絲:在高壓電場(10-30kV)作用下,紡絲液從噴頭噴出形成納 米纖維,沉積在接收輥上形成非織造膜。
燒結(jié)處理:去除殘留溶劑后,在 300-350℃燒結(jié)使纖維熔融加固,提升力學性能。
特點:膜孔徑?。?0-500nm)、比表面積大(>100m2/g);局限:產(chǎn)量低、成本高;應用:高精度氣體過濾、催化載體等。
五、其他特殊方法
壓延法:將 PTFE 樹脂經(jīng)高溫壓延成薄片狀致密膜,適用于厚度較厚(>50μm)的絕緣膜。
乳液聚合法:通過乳液聚合直接制備 PTFE 薄膜,較少用于工業(yè)生產(chǎn),主要用于實驗室研究。
不同制備方法的核心差異在于膜的結(jié)構(gòu)(多孔 / 致密)、孔徑調(diào)控能力和生產(chǎn)成本,其中拉伸致孔法因性價比和功能性平衡,成為多孔 PTFE 膜的主 導工藝;而復合化、納 米結(jié)構(gòu)化是 PTFE 膜制備技術(shù)的重要發(fā)展方向。