PTFE 膜(聚四氟乙烯膜)的制备方法多样,不同工艺适用于不同结构(致密或多孔)、性能需求的膜产品,核心方法可分为以下几类,涵盖从基础成型到功能化加工的全流程:
一、拉伸致孔法(主流多孔膜制备工艺)
这是制备多孔 PTFE 膜成熟、应用广泛的方法,通过机械拉伸使 PTFE 材料内部形成微孔结构,具体流程如下:
原料预处理:将 PTFE 细粉(平均粒径 1-5μm)与助挤剂(如石蜡油、煤油)按比例(PTFE: 助挤剂 = 6:4 至 7:3)混合,静置 24-48 小时使助挤剂充分渗 透。
预成型与挤压:混合物经液压机压制成圆柱状坯料(“预成型”),再通过挤出机在常温下挤成棒材、片材或薄膜(“生料带” 状态),助挤剂在此阶段起到润滑作用,降低挤出阻力。
助挤剂去除:将挤出的坯料通过加热(80-120℃)或溶剂萃取(如三氯乙烯)去除助挤剂,得到干燥的 PTFE 基材(无孔,密度约 2.1-2.2g/cm³)。
拉伸成孔:
单向拉伸:沿基材长度方向(MD)拉伸,倍率 3-10 倍,形成沿拉伸方向排列的微孔(孔径 0.1-5μm),纵向强度高。
双向拉伸:先纵向拉伸(倍率 2-5 倍),再横向拉伸(倍率 3-8 倍),或同步双向拉伸,形成三维网状微孔结构,孔隙率可达 50%-90%,孔径更均匀。
热定型:拉伸后在 200-300℃下热定型,消 除内应力,稳定微孔结构,避免后续收缩。
优势:可精 准调控孔径、孔隙率和力学性能,适合大规模生产;应用:防水透气面料、空气过滤膜、电池隔膜等。
二、熔融挤出法(致密膜为主)
针对需高阻隔性的致密 PTFE 膜,利用高温高压克服 PTFE 的超 高熔融黏度(>10¹⁰ Pa・s)实现成型:
原料选择:采用低分子量 PTFE 树脂(或改性 PTFE,如添加氟化物降低黏度),减少加工难度。
熔融与挤出:在特殊双螺杆挤出机中,于 360-380℃(接近 PTFE 熔点 327℃)下熔融,通过狭缝模头挤出成膜,冷 却辊定型。
后处理:可经退火处理(250-300℃)消 除内应力,提升尺寸稳定性。
局限:加工能耗高,仅能制备致密膜(无明显微孔);应用:高频绝缘膜、化学容器内衬等。
三、浸渍 / 涂覆法(复合膜制备)
通过将基材与 PTFE 分散液结合,赋予基材 PTFE 的耐候性、防水性等特性:
基材预处理:选用织物(如尼龙、涤纶)、无纺布或金属网,清洁表面以增强附着力。
浸渍 / 涂覆:将基材浸入 PTFE 分散液(含 PTFE 微粉、分散剂、黏合剂)中,或通过刮刀、辊涂方式将分散液涂覆于基材表面。
干燥与烧结:先在 80-120℃干燥去除水分和分散剂,再在 340-380℃下烧结,使 PTFE 微粒熔融成膜并与基材结合。
优势:工艺灵活,可制备复合功能膜;应用:过滤材料(如高温滤袋)、防腐面料、不粘锅涂层基底等。
四、静电纺丝法(纳 米纤维膜制备)
用于制备高精度纳 米级 PTFE 膜,适合高 端过滤等场景:
纺丝液制备:将 PTFE 微粉分散于有 机溶剂(如全氟己烷)中,添加黏合剂调节黏度(通常 500-2000 mPa・s)。
静电纺丝:在高压电场(10-30kV)作用下,纺丝液从喷头喷出形成纳 米纤维,沉积在接收辊上形成非织造膜。
烧结处理:去除残留溶剂后,在 300-350℃烧结使纤维熔融加固,提升力学性能。
特点:膜孔径小(50-500nm)、比表面积大(>100m²/g);局限:产量低、成本高;应用:高精度气体过滤、催化载体等。
五、其他特殊方法
压延法:将 PTFE 树脂经高温压延成薄片状致密膜,适用于厚度较厚(>50μm)的绝缘膜。
乳液聚合法:通过乳液聚合直接制备 PTFE 薄膜,较少用于工业生产,主要用于实验室研究。
不同制备方法的核心差异在于膜的结构(多孔 / 致密)、孔径调控能力和生产成本,其中拉伸致孔法因性价比和功能性平衡,成为多孔 PTFE 膜的主 导工艺;而复合化、纳 米结构化是 PTFE 膜制备技术的重要发展方向。