自20世纪30年代美国杜邦公司发现聚四氟乙烯开始，人类打开了应用化学领域一个最重要的 大门——氟聚合物工业，它在后续的70多年内极大地影响了整个世界。聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroethylene，PTFE）由于其特殊的分子结构而具有高度的化学稳定性、极强的耐高低温性能、良好的不粘性、润滑性以及优异的电绝缘性、耐老化性，使得其在被发现后的相当长一段时间内，科学家们采用了各种不同的方法来加工聚四氟乙烯材料，它可被加工成各种所需形状应用于几乎所有领域，包括航空航天、石油化工、机械、电子、建筑、轻纺、医药等工业部门，用量约占整个氟塑料的85％以上，应用前景广阔。
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气，而是矿产资源——萤石，萤石在中国古代也被称为夜明珠，在中国有着广泛的分布。中国也是世界上萤石矿含量比较丰富的国家之一，矿产含量位居世界第三。聚四氟乙烯材料在生产流程中，首先会将萤石矿与硫酸发生反应生成无水氢氟酸，无水氢氟酸加入气体、制冷剂再反应后，就会转化为四氟乙烯（TFE)、六氟丙烯（HFP)、偏氟乙烯（VDF)、三氟氯乙烯（CTFE)、等主要氟单体，最后通过聚合主要生成氟树脂、氟涂料以及氟橡胶等三类物质。四氟乙烯通过不同的制备工艺，能生成特色不同的聚四氟乙烯树脂。聚四氟乙烯微孔膜材料作为其应用体系中的重要分支之一，一直以来都是技术改进与应用开发的重点领域。单向拉伸成膜法的首次应用，始于20世纪60年代美国杜邦公司制备的密封带。20世纪60年代末，美国开始采用机械拉伸方式开发出膨体聚四氟乙烯薄膜，它具有结点和纤维组成的网状结构，结点由许多PTFE 颗粒粘结在一起构成，纤维是从 PTFE 颗粒中延伸出来。20世纪70年代中期，双向拉伸技术可制造出PTFE双向拉伸微孔膜，并成功应用于服装面料、空气过滤等行业。20世纪80年代，我国也对膨胀聚四氟乙烯的制造和应用进行了积极探索，并取得了一定成就。目前，PTFE类产品的原料一般采用颗粒状聚四氟乙烯树脂，工业上采用悬浮聚合法或乳液聚合法生产，因此PTFE 树脂可分为悬浮树脂、分散树脂和树脂分散液。其中，悬浮料树脂的主要成型方法为模压法，即白色粉未加一点助剂，然后模压成形，在高于其熔点的温度下烧结成形，再经适当的机械加工就成制品了，代表性的制品为板、棒、管、膜四类；分散树脂分子呈电中性，粒子间作用力低，分子链在很小的剪切力下会沿粒子长轴方向排列，并进行线结晶，成纤性优异，一般适于生产料带、微孔带、薄膜以及纤维等方面。PTFE分散树脂的分子量和结晶度一般较悬浮树脂更高，而且烧结成型后的分散树脂结晶度更大，在稍高于熔点温度下烧结就可得到较高的强度，而且分散树脂的耐弯曲疲劳寿命是悬浮树脂的2300倍。所以，PTFE微孔膜原料一般选用分散树脂，再结合相应工艺制得。目前PTFE微孔膜的制备工艺主要有：双向拉伸成膜法、改进的双向拉伸成膜法以及其他创新方法，如载体成膜法和静电纺丝成膜法。（1）双向拉伸成膜法是目前制备PTFE微孔膜的主要方法，采用该方法制备的微孔膜具备孔径小且分布均匀以及孔率高等优点。PTFE膨体膜的基本工艺流程主要包括混合、预压成型、挤出、压延、双向拉伸和热定型处理。经过双向拉伸后，PTFE树脂形成纤维丝状，然后交错排列，纤维之间有微孔结构；（2）载体成膜法的常规工序通常包括混合纺丝和高温烧结。混合纺丝主要是将PTFE分散液与载体基质混合进行纺丝，高温烧结的目的是去除载体，从而造孔制得微孔膜聚合物。烧结温度通常控制在PTFE的熔点（327℃）和分解点（425℃）之间，一方面可以使载体充分分解；另一方面可以使 PTFE 颗粒充分熔融、粘结。根据载体基质的不同，载体成膜法主要包括无机载体成膜法和聚合物载体成膜法；（3）静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺。静电纺丝成膜法主要利用高压静电，对各类聚合物溶液进行纺丝，制备出直径在几十至几百纳米的纤维，再通过纤维堆积而形成微孔膜孔隙。聚四氟乙烯静纺纤维膜是以聚四氟乙烯分散液与基质聚合物混合，通过静电纺丝工艺制备成前体膜，再经烧结处理，去除基质后得到，具备纤维直径可控，工艺简单，成本低等优点。PTFE属于环保型新材料，广泛应用于新能源行业、电子半导体行业、汽车行业、石油化工行业、医疗器械行业、航空航天行业、船舶运输行业等。PTFE也被称为氟聚物中的“塑料王”，具有多种优异的特性。如优异的耐高低温性，PTFE可以在零下180度到260度长期使用，保持基本性能不变；极强的耐绝缘性，PTFE介电强度可达10KV/MM；稀缺的不燃性，PTFE的限氧指数在90%以下，阻燃等级UL V-0。此外，PTFE属于耐腐蚀性材料，具有卓越的耐腐蚀性，除了熔融的碱金属之外，基本不会与任何化学试剂发生反应，优异的耐老化性也让PTFE可以长期暴露在大气中，其表面及性能都能保持不变。同时， PTFE表面的摩擦系数最低可以达到0.04，具备固体材料中最低的表面能。凭借如此优异的特性，PTFE在各个领域的运用具有巨大的想象空间。近年来随着工艺技术进步以及改性技术创新，使微孔膜技术在人们生活、工作和科学研究中得到广泛应用。膨体聚四氟乙烯微孔膜材料可应用到以下领域：氢燃料电池的原理是利用电化学反应将氢气的化学能转换为电能，这对燃料电池的核心零部件——质子交换膜提出了更高要求。PTFE薄膜因其独有的性能特点，在新能源发展中也具有很大发展前景，它可以作为驻极体材料，也可以作为质子交换膜燃料电池中的质子交换膜材料等使用。目前，氢燃料电池汽车是质子交换膜的重要应用场景，然而随着技术的进步，氢能两轮车作为全新的应用场景，正逐渐兴起。近年，行业涌现出不少参与氢能两轮车研发、生产和运营的新锐力量，市场正蓄势待发。为助力氢能应用新“蓝海”，北京国化新材料技术研究院有限公司拟于2023年12月14日在杭州市组织召开“2023储氢与氢两轮车耦合发展沙龙”，重点讨论储氢环节技术前沿、氢能两轮车市场培育、产业链耦合发展等议题，邀请行业内专家学者、头部企业代表等，共同探讨我国氢能产业初期发展的前进之路。 返回
