膨體聚四氟乙烯and全氟磺酸質子交換膜

膨體聚四氟乙烯&全氟磺酸質子交換膜4全氟磺酸質子交換膜3ePTFE的應用2ePTFE的加工

1膨體聚四氟乙烯簡介4增強型全氟磺酸質子交換膜1膨體聚四氟乙烯簡介膨體聚四氟乙烯簡介膨體聚四氟乙烯（ePTFE）是一類具有微觀多孔結構的聚四氟乙烯材料的統(tǒng)稱。根據(jù)微觀多孔結構的形成方式，可以簡單地根據(jù)制備工藝將膨體聚四氟乙烯分成以下幾類：化學發(fā)泡物理發(fā)泡化學發(fā)泡劑：加熱發(fā)泡劑使之分解釋放出氣體而發(fā)泡成孔劑發(fā)泡拉伸發(fā)泡填料摻雜制孔單向拉伸雙向拉伸使用拉伸發(fā)泡工藝，以PTFE粉末（多為分散樹脂）作為原料制備ePTFE減壓釋放溶于塑料熔體中的氣體物理發(fā)泡劑：空氣、氮氣、二氧化碳、碳氫化合物等蒸發(fā)溶入聚合物中的低沸點液體……expandedPTFE

與聚乙烯相比，PTFE的所有外層原子均由氫變成了氟氟原子的電負性遠高于氫原子，因此C-F鍵比C-H鍵極性更強，C-F鍵更加穩(wěn)定，更難斷裂；氟原子遠大于氫原子，C-F鍵比C-H鍵更長、更強。結構決定性能，PTFE具有較高的熔點、分解溫度和化學穩(wěn)定性元素電負性在CX4中的鍵能,kcal/mol在CX4中的鍵長，?氫H2.199.51.091氟F4.01161.317膨體聚四氟乙烯簡介原料PTFE聚四氟乙烯（PTFE）是一種僅由碳和氟兩種元素聚合而成的高分子材料，結構簡單、高度對稱，樹脂和制品均具有很高的結晶度。兩個重要的結晶轉變點跨越19℃：晶型轉變，三斜晶系→六方晶，螺旋180°所需的-CF2-數(shù)由13個增加到15個跨越30℃：結構松弛，六方晶→不規(guī)則纏繞晶型轉變導致PTFE的體積變化率出現(xiàn)差別，因此需格外注意PTFE儲存和操作過程中的溫度變化。原料PTFET＜19℃三斜晶系19℃<T＜30℃六方晶系膨體聚四氟乙烯簡介聚四氟乙烯（PTFE）是一種僅由碳和氟兩種元素聚合而成的高分子材料，結構簡單、高度對稱，樹脂和制品均具有很高的結晶度。T>30℃不規(guī)則纏繞結構松弛

膨體聚四氟乙烯（ePTFE）是一種由聚四氟乙烯制成的多孔材料，其在二十世紀七十年代年由美國W.L.Gore公司發(fā)明。W.L.Gore公司在針對PTFE材料的實驗中發(fā)現(xiàn)，在特定條件下，PTFE材料會在拉伸過程中產生微小孔洞，并形成一種多孔材料。這種材料具有許多優(yōu)異的特性，如高滲透性、高過濾效率、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和生物相容性等。膨體聚四氟乙烯簡介膨體PTFE拉伸成孔后，ePTFE結構由節(jié)點和節(jié)點間的纖維構成。ePTFE繼承了PTFE原料耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，大量孔洞的存在改善了PTFE較差的耐蠕變性能，且其特殊的孔洞結構還為其提供了應用于過濾、生物醫(yī)用材料等更多方向的可能。膨體聚四氟乙烯簡介膨體PTFE2ePTFE的加工柱塞柱塞方向擠出機機筒柱塞潤滑油口模微纖密實粉末機械纏結晶體被拉開微觀：PTFE分子鏈緊密排列，其結構對稱導致極性弱，分子間作用力弱，從而在外力作用下容易發(fā)生晶片間、乃至分子鏈間的滑移。宏觀：PTFE聚合形成的初級粒子結晶度極高（96-98%），導致材料在宏觀上容易在快速拉伸條件下由晶相形成大量孔洞。折疊晶片被拉伸成纖維、無定型相成為節(jié)點ePTFE加工單向拉伸雙向拉伸PTFE成孔原理PTFE樹脂潤滑油預成型推壓擠出除去助劑縱拉橫拉熱定型ePTFE板材壓延收卷熱復合糊膏擠出拉伸成孔后續(xù)加工ePTFE加工PTFE加工成型工藝糊膏擠出過程中，PTFE粒料受到一定的剪切，初始纖維化，為后續(xù)成孔提供先決條件預成型推壓成型口模擠出混料ePTFE加工壓延PTFE加工成型工藝—糊膏擠出脫油單元+縱向拉伸單元ePTFE加工縱拉階段橫拉階段收卷運行方向正交方向橫拉設備全景擠出棒材壓延成膜后經(jīng)干燥去除助推劑，再經(jīng)拉伸成孔縱拉、橫拉在各自機臺分開進行縱拉橫拉在統(tǒng)一機臺上進行先縱后橫（實際工業(yè)）縱橫同時（實驗室）PTFE加工成型工藝—拉伸成孔ePTFE加工實驗室中常用的雙向拉伸設備，可以更加直觀的觀察到拉伸過程，即通過MD和TD兩個方向的快速拉伸對ePTFE進行成型。PTFE加工成型工藝—拉伸成孔在實際工業(yè)應用中，考慮到生產效率和連貫性，則使用大型連續(xù)雙向拉伸機進行生產。進膜方向縱拉階段加熱區(qū)橫拉階段熱定型區(qū)降溫/穩(wěn)定區(qū)ePTFE加工PTFE加工成型工藝—拉伸成孔設備通過可調夾具夾住經(jīng)縱向拉伸的膜的邊緣，并通過導軌運動快速對膜進行橫向拉伸形變，待其形變量滿足條件后即可對成膜進行燒結成型。熱輥熱輥收卷ePTFE密封件對多層ePTFE膜進行熱復合，可以制備擁有特定規(guī)格的ePTFE板材，從而用作防腐蝕密封帶、隔離板等。溫度場壓力場ePTFE加工PTFE加工成型工藝—后續(xù)加工除雙向拉伸膜以外，還能通過擠出拉伸制備管材，管狀ePTFE在生物醫(yī)用領域有相當廣闊的應用前景拉手擠出端拉伸方向金屬環(huán)帶拉手徑向拉伸軸向拉伸ePTFE加工PTFE加工成型工藝3ePTFE的應用應用領域簡介汽車行業(yè)ePTFE膜應用于汽車電氣設備防護透氣，主要憑借其防水透氣特性，調節(jié)車燈內和汽車電子設備殼體空氣濕度及氣壓平衡，使汽車電氣設備不受外部惡劣環(huán)境影響，保持正常工作新能源ePTFE膜可以廣泛應用于新能源汽車領域在鋰電池汽車中，可用作電池防爆泄壓閥的核心材料；在氫燃料電池汽車中，常用作質子交換膜（MEA）消費電子ePTFE膜在消費電子防水領域有很大市場空間，未來智能手機、智能可穿戴設備等產品防水功能將成為標準配置電纜及其組件ePTFE膜具有較低介電常數(shù)，是電纜的理想絕緣材料其獨特多孔結構使損耗和失真降至很低水平，從而使信號可以近光速進行傳輸醫(yī)療產業(yè)ePTFE膜無毒、無致敏、無致癌等副作用可以廣泛應用于醫(yī)療設備、器械及組織填充材料等方面。目前在整形手術填充、心臟瓣膜手術、小口徑人工血管、創(chuàng)面覆蓋材料方面均取得成果應用航空航天ePTFE膜良好防水透氣性能可為航空航天器控制濕度，使用的高效吸濕材料將空氣中的水蒸氣吸收轉變?yōu)橐后w儲存在多孔材料中水凈化通過等離子體處理、化學處理和濺涂等方法，能有效提高ePTFE膜的表面能，改善其親水性。改性后的ePTFE膜可使水通過，而水中的微粒子懸浮物被分離，從而實現(xiàn)在水凈化領域中的應用除塵濾料ePTFE膜纖維間的孔隙能使空氣透過，使濾料在中等壓降下就可產生很高的過濾效率，目前已廣泛應用于化工廠、發(fā)電廠、水泥廠、噴漆廠等的煙道過濾、熱空氣過濾中包裝ePTFE膜機器組件產品具有化學惰性佳、抗紫外線、不易燃和耐高低溫等有異性能，使其可應用于工業(yè)化學品、農藥、藥品和液體包裝上，能保持壓力平衡，避免在長途運輸過程中因溫度或氣壓變化使包裝膨脹或凹陷而產生產品外觀問題服裝織物ePTFE膜經(jīng)過裂膜、紡紗、織造，與普通織物通過層壓工藝復合后，可制成防水透濕層壓織物，具有強度高、耐久性好、防水透濕、阻燃、抗紫外線、自潔性好等諸多優(yōu)點ePTFE應用ePTFE應用服裝織物*美國戈爾作為ePTFE膜行業(yè)龍頭，2020年其在全球范圍的年銷售收入已經(jīng)達到37億美元。潮濕蒸汽溢出阻隔外界雨/雪/風外層纖維GORETex膜內襯普通薄款夾克3-4000元運動鞋1-2000元PTFE過濾膜微孔直徑范圍在0.1-0.5微米，在水蒸氣和雨水之間，故為杰出的防水透氣材料，具有優(yōu)異的防水、透濕、防風、保暖、耐腐蝕性能，是制作高級復合面料的理想材料。ePTFE在醫(yī)療領域中有廣泛應用，例如血管移植、心臟瓣膜、血管修補等生物相容性好：PTFE良好的化學惰性和低摩擦系數(shù)使其極難引發(fā)免疫反應；微孔結構可促進細胞和組織生長，使移植體更好地融入周圍組織，更快恢復功能透氣性好：可以促進傷口愈合，預防感染。耐久性強：長期使用不會失效或變形抗污染能力強：表面光滑且不吸附水分，可以有效地防止細菌和其他污染物質的附著ePTFE順應型胸腔支架ePTFE應用醫(yī)療產業(yè)ePTFE心臟隔膜閉塞器ePTFE麻醉心血管貼片ePTFE人造血管ePTFE應用濾料從大量減少工業(yè)排放，到為微電子制造加工超純化學品和水，ePTFE在工業(yè)、生命科學、半導體、微電子等行業(yè)的過濾材料中得到廣泛的應用。除塵濾袋進氣過濾的氣體渦輪機濾膜半導體、微電子過濾器中微濾膜工業(yè)加工液體過濾工業(yè)級過濾半導體級過濾食品級過濾0.2-3μm用于制藥、生物工藝、食品和飲料過濾1.0–10.0μm化工行業(yè)、固體廢物處理、水泥行業(yè)、金屬行業(yè)等ePTFE過濾材料顯著優(yōu)勢：孔隙率和孔徑可以通過加工工藝調控，結構靈活，可以廣泛適應各種工況。表面能低且不吸水，不利于各種污染物的黏附，自清潔性能好。其氣體透過率高，在空氣過濾方面表現(xiàn)尤為突出。同時，在制藥領域、極端工況下及化工行業(yè)中，ePTFE過濾材料由于其低殘留、耐腐蝕的特性，難以被普通過濾材料替代。熔融紡絲溶液紡絲熔噴紡絲雙向拉伸ePTFEePTFE應用濾料/織物將PTFE微孔膜與聚丙烯無紡布等材料復合，生產出PTFE微孔膜復合濾材（PTFE口罩膜）替代熔噴布。ePTFE繼承了PTFE耐腐蝕、疏水的特性，改善了PTFE的蠕變性能，整體柔軟貼合便于施工，壓縮性及密封性好，在特種密封材料領域有非常廣泛的應用。ePTFE應用密封用作航空航天材料，如飛機密封和表面保護，將ePTFE與其它工序相結合，能夠耐受燃料和航空液體的侵蝕，承受極端溫度并在壓合情況下仍保持原位；此外ePTFE密封件可用于化工、紙漿和造紙、采礦、半導體制造、廠務設施、電力和航海等各行各業(yè)，幾乎能夠耐受除熔融的堿金屬和氟素化學品之外的所有介質，可應用于從低溫到高溫的各制程溫度。墊片密封帶纖維編制盤根ePTFE纖維混紡進編織繩索中，通過降低摩擦緩解摩擦升溫，顯著提高疲勞斷裂壽命電池隔離膜門窗密封ePTFE的應用汽車管道密封空氣過濾4全氟磺酸質子交換膜（PFSA）全氟磺酸質子交換膜質子交換膜質子交換膜（PEM）是氯堿工業(yè)以及質子交換膜燃料電池的關鍵材料，在氯堿工業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應用，在燃料電池領域的應用處于起步階段，但發(fā)展勢頭良好。此外，PEM膜在釩電池（VFB）、污水處理、化學催化、光催化、氣體分離、功能復合材料、滲透汽化、氣體分離、海水淡化以及光催化等方面也具有其它材料無可比擬的優(yōu)勢，其應用己延伸至基礎產業(yè)及高新技術產業(yè)的許多方面。氯堿工業(yè)用質子交換膜氯堿工業(yè)是工業(yè)上用電解飽和氯化鈉溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品釩電池（VFB）主要利用釩離子的價態(tài)的變化來實現(xiàn)電能的儲存和釋放，導電離子主要為不同價態(tài)的釩離子。釩電池原理全氟磺酸質子交換膜全氟磺酸質子交換膜質子交換膜（PEM）中，全氟磺酸型質子交換膜（PFSA）商業(yè)化應用最廣泛杜邦公司于20世紀90年代率先開發(fā)出全氟磺酸質子交換膜商業(yè)化產品，即Nafion系列膜；其他公司以Nafion系列膜為基礎也相繼跟進開發(fā)出產品。該類膜具有機械強度穩(wěn)定、化學穩(wěn)定性強、高濕度下導電率高的優(yōu)勢，且低溫時電流密度大，有利于質子傳導。美國杜邦公司(DuPont)為阿波羅計劃所用燃料電池而成功開發(fā)全氟磺酸樹脂，其商用名為Nafion?；1975年，日本旭硝子(AsahiGlass)公司開發(fā)出新的商品名為Flemioff“的全氟羧酸離子交換樹脂和膜，全氟離子交換膜又被成功應用于氯堿工業(yè)；七十年代，通用汽車公司將該膜應用到PEMFC當中并使燃料電池的壽命超過57000小時；20世紀80年代初，加拿大巴拉德動力公司(BallardPowersystemsInc．)將全氟磺酸離子交換膜用于聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)中，使其在清潔能源方面的應用取得了突破性進展。全氟磺酸型質子交換膜（PFSA）的發(fā)展廢棄燃料H+e-e-H2O外接電路催化劑陽極陰極

電解質燃料H2H+H+H+H22H++2e-H2O1/2O2+2H++2e-H2H2H2H2e-e-e-e-H2H2H2H2H2H2H2H+H+H+e-e-e-e-O2O2O2O2O2O2O2H2OH2OH2Oe-e-e-e-e-e-e-e-e-e-O2H2O全氟磺酸質子交換膜PFSA燃料電池工作原理質子交換膜燃料電池PEMFC由電解質、電催化劑、燃料、氧化劑、雙極板組成電解質：全氟磺酸離子交換膜電催化劑：貴金屬Pt催化劑載體：C燃料：氫氣或甲醇等燃料氣體氧化劑：氧氣雙極板：由金屬板或石墨組成全氟磺酸質子交換膜PFSA用于燃料電池燃料電池按電解質不同分為：堿性燃料電池：氫氧化鉀磷酸燃料電池（PAFC）：濃磷酸質子交換膜燃料電池（PEMFC）：氟化磺酸離子交換膜熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）：熔融鋰、鉀碳酸鹽類固體氧化物燃料電池（SOFC）：固體電解質主要包括氧化鋯和氧化銥鋰電池VS燃料電池燃料電池通過電化學反應將燃料的化學能轉化成電能。采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。鋰電池是一種具有濃度差的電池，Li+從化學電勢較高的電極向電勢較低的電極移動，電荷補償電子只能通過外電路移動，形成電流。鋰電池已經(jīng)落地大規(guī)模工業(yè)化生產，燃料電池還處于工業(yè)試制品階段。全氟磺酸質子交換膜全氟磺酸質子膜樹脂全氟磺酸質子交換膜原材料為全氟磺酸樹脂（PFAR），PFAR以氟碳鏈段為骨架，側鏈是末端帶有磺酸根的全氟聚合物。末端磺酸根分子的主鏈具有聚四氟乙烯結構，碳-氟鍵鍵長短、鍵能高，使分子具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和較高的力學強度，從而確保了聚合物膜的長使用壽命；分子支鏈上的親水性磺酸基團能夠吸附水分子，具有優(yōu)良的離子傳導特性；不同公司的全氟磺酸膜的區(qū)別在于側鏈結構和長度不同。全氟磺酸質子交換膜PFSA制備方法制備方法簡述優(yōu)點缺點熔融擠出成膜法在擠出機的加熱、塑化、熔融作用下完成膜的成膜1.最成熟，適用于連續(xù)生產，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化2.厚度均勻、性能優(yōu)異3.屬干法成膜，過程無溶劑，環(huán)境友好1.成膜后需要轉型才可使用；2.轉化過程中保持平整度較難，膜強度較低3.對設備要求高，機器造價高，成本較高溶液澆鑄成膜法制備成膜溶液，將成膜溶液涂在平面或曲面上成膜間歇生產，不能大規(guī)模連續(xù)化生產，應用較少溶液鋼帶流延成膜法制備成膜溶液，將成膜溶液流延至鋼帶上，通過干燥設備將溶劑除去后成膜1.無需轉型直接得到離子型制品2.平整度好，強度較高，可加工制品種類較多2.步驟較多、工藝流程復雜3.流延過程中變量較多，實現(xiàn)厚度均勻的難度較大4.需回收溶劑，以免對環(huán)境造成危害/p-831459137.html、/p-1369189652.html、全氟磺酸質子交換膜制備方法——熔融擠出全氟磺酸樹脂是熱塑性的，熔融溫度160-230℃，起始分解溫度310℃，兩者相差較大，給擠出加工一定操作空間。根據(jù)成膜工藝不同，又有三種制備方法。全氟磺酸樹脂增塑劑混料機混合凝膠體烘箱干燥去除水分單螺桿擠出機流延模頭流延輥熱烘道1、凝膠擠出流延法干燥的、未經(jīng)轉型的全氟磺酸樹脂薄片型模頭立式三輥壓光機PTFE無紡布等基材收卷干燥的、未經(jīng)轉型的全氟磺酸樹脂擠出機立水平三輥壓光機擠出機3、熔融擠出流延法2、熔融擠出壓延法三種熔融擠出制備膜都需要經(jīng)過水解轉型才可得到具有離子交換功能的成品膜熔融擠出法制備全氟磺酸離子膜2007年北京化工大學實驗室擠出*三層共擠出全氟磺酸離子膜實驗線北京化工大學實驗室2008年全氟磺酸質子交換膜制備方法——溶液鋼帶流延法成膜具有離子交換功能的堿金屬型樹脂干燥樹脂全氟磺酸樹脂全氟磺酸樹脂溶液+堿金屬氫氧化物溶液NaOH/KOH浸泡、恒溫+離子水充分水洗至PH中性烘干+異丙醇水溶液250℃恒溫恒壓攪拌+高沸點溶劑共沸真空除泡制膜液流延收卷恒溫熱處理轉型制膜液制溶液去除有機雜質后的質子交換膜+雙氧水溶液800℃恒溫水浴去離子水清洗預處理全氟磺酸質子交換膜潔凈質子交換膜+H2SO4溶液800℃恒溫水浴去離子水清洗預處理濃鹽酸浸泡24h去離子水洗至中性轉型全氟磺酸離子膜鋼帶流延薄膜常熟研究基地（2010-2012）全氟磺酸離子膜鋼帶流延薄膜生產線鋼帶寬度：1000mm流延薄膜規(guī)格：300、500、800mm幅寬；長度10米、20米、或連續(xù)成卷厚度：25、40、175μm可調國內外主流氫燃料電池質子交換膜企業(yè)主要生產及研發(fā)企業(yè)代表產品性能特點國外美國戈爾GORE-SELECT?質子交換膜美國杜邦Nafion美國3M全氟磺酸質子交換膜通過澆鑄工藝制備的全氟磺酸型質子交換膜具有比Nafion膜更高的玻璃態(tài)轉化溫度，且有更高的穩(wěn)定性德國FuMafumapem?全氟磺酸/聚四氟乙烯共聚物加拿大BallardBAM膜價格比全氟類型膜低很多比利時SolvayHyflon?質子交換膜國內山東東岳DF260全氟磺酸質子交換膜深圳市通用