铁氟龙膜的微孔结构,核心是通过双向拉伸工艺,利用 PTFE 树脂的晶区 - 非晶区两相结构差异,使非晶区产生微裂缝并扩展成连通微孔,晶区则作为骨架支撑膜结构,具体形成过程分为5 个关键步骤:
冷压成坯:构建初始密实结构将 PTFE 细粉装入模具,在 20~50MPa 的压力下进行冷压成型,保压 5~10 分钟,得到无定形的 PTFE 素坯。此时 PTFE 颗粒只是物理堆叠,没有熔融,素坯不具备强度,仅为后续烧结和拉伸提供均匀的基体。
高温烧结:形成晶区 - 非晶区两相结构将冷压素坯送入烧结炉,升温至 370~380℃(高于 PTFE 熔点 327℃)并保温,使 PTFE 颗粒完全熔融,分子链充分舒展;随后缓慢冷 却,熔融的 PTFE 会发生结晶,形成晶区(分子链规整排列的微晶结构) 和非晶区(分子链无序缠绕的区域) 相间的两相结构。这一步是形成微孔的基础 —— 晶区硬度高、韧性差,非晶区韧性好、易变形,两者的力学性能差异是后续拉伸成孔的关键。
预拉伸取向:晶区与非晶区初步分离将烧结冷 却后的 PTFE 素坯加热至 100~120℃(低于 PTFE 结晶熔点,避免晶区熔融),先进行单向拉伸(纵向或横向),拉伸倍率控制在 3~5 倍。在外力作用下,无序的非晶区分子链会沿拉伸方向取向伸长,而刚性的晶区则会被逐渐拉开,晶区与非晶区开始产生微小的间隙,为微孔形成创造条件。
双向拉伸扩孔:微孔形成与贯通保持温度不变,对单向拉伸后的坯料进行垂直方向的二次拉伸(横向或纵向),拉伸倍率提高至 4~8 倍。双向拉伸的外力会使晶区之间的非晶区产生剪切应力,进而出现微裂缝;随着拉伸倍率增 大,微裂缝不断扩展、连通,终形成相互贯穿的微孔网络。此时晶区会被拉伸成细长的纤维状结构,纵横交错构成膜的骨架,微孔则分布在晶区骨架之间,孔径大小由拉伸倍率决定 —— 拉伸倍率越高,孔径越大,孔隙率也越高。
热定型固孔:防止微孔回缩在保持拉伸状态的前提下,将膜材升温至 250~280℃ 保温定型,消 除拉伸过程中产生的内应力,使晶区骨架的排列结构固定。若不进行热定型,冷 却后膜材的弹性回缩会导致微孔收缩、闭合,甚至完全消失。定型后冷 却至室温,即可得到孔径稳定、孔隙率均匀的 PTFE 微孔膜。
