膨体聚四氟乙烯and全氟磺酸质子交换膜

膨体聚四氟乙烯&全氟磺酸质子交换膜4全氟磺酸质子交换膜3ePTFE的应用2ePTFE的加工

1膨体聚四氟乙烯简介4增强型全氟磺酸质子交换膜1膨体聚四氟乙烯简介膨体聚四氟乙烯简介膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是一类具有微观多孔结构的聚四氟乙烯材料的统称。根据微观多孔结构的形成方式，可以简单地根据制备工艺将膨体聚四氟乙烯分成以下几类：化学发泡物理发泡化学发泡剂：加热发泡剂使之分解释放出气体而发泡成孔剂发泡拉伸发泡填料掺杂制孔单向拉伸双向拉伸使用拉伸发泡工艺，以PTFE粉末（多为分散树脂）作为原料制备ePTFE减压释放溶于塑料熔体中的气体物理发泡剂：空气、氮气、二氧化碳、碳氢化合物等蒸发溶入聚合物中的低沸点液体……expandedPTFE

与聚乙烯相比，PTFE的所有外层原子均由氢变成了氟氟原子的电负性远高于氢原子，因此C-F键比C-H键极性更强，C-F键更加稳定，更难断裂；氟原子远大于氢原子，C-F键比C-H键更长、更强。结构决定性能，PTFE具有较高的熔点、分解温度和化学稳定性元素电负性在CX4中的键能,kcal/mol在CX4中的键长，Å氢H2.199.51.091氟F4.01161.317膨体聚四氟乙烯简介原料PTFE聚四氟乙烯（PTFE）是一种仅由碳和氟两种元素聚合而成的高分子材料，结构简单、高度对称，树脂和制品均具有很高的结晶度。两个重要的结晶转变点跨越19℃：晶型转变，三斜晶系→六方晶，螺旋180°所需的-CF2-数由13个增加到15个跨越30℃：结构松弛，六方晶→不规则缠绕晶型转变导致PTFE的体积变化率出现差别，因此需格外注意PTFE储存和操作过程中的温度变化。原料PTFET＜19℃三斜晶系19℃<T＜30℃六方晶系膨体聚四氟乙烯简介聚四氟乙烯（PTFE）是一种仅由碳和氟两种元素聚合而成的高分子材料，结构简单、高度对称，树脂和制品均具有很高的结晶度。T>30℃不规则缠绕结构松弛

膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是一种由聚四氟乙烯制成的多孔材料，其在二十世纪七十年代年由美国W.L.Gore公司发明。W.L.Gore公司在针对PTFE材料的实验中发现，在特定条件下，PTFE材料会在拉伸过程中产生微小孔洞，并形成一种多孔材料。这种材料具有许多优异的特性，如高渗透性、高过滤效率、优异的化学稳定性和生物相容性等。膨体聚四氟乙烯简介膨体PTFE拉伸成孔后，ePTFE结构由节点和节点间的纤维构成。ePTFE继承了PTFE原料耐腐蚀、耐高温等优点，大量孔洞的存在改善了PTFE较差的耐蠕变性能，且其特殊的孔洞结构还为其提供了应用于过滤、生物医用材料等更多方向的可能。膨体聚四氟乙烯简介膨体PTFE2ePTFE的加工柱塞柱塞方向挤出机机筒柱塞润滑油口模微纤密实粉末机械缠结晶体被拉开微观：PTFE分子链紧密排列，其结构对称导致极性弱，分子间作用力弱，从而在外力作用下容易发生晶片间、乃至分子链间的滑移。宏观：PTFE聚合形成的初级粒子结晶度极高（96-98%），导致材料在宏观上容易在快速拉伸条件下由晶相形成大量孔洞。折叠晶片被拉伸成纤维、无定型相成为节点ePTFE加工单向拉伸双向拉伸PTFE成孔原理PTFE树脂润滑油预成型推压挤出除去助剂纵拉横拉热定型ePTFE板材压延收卷热复合糊膏挤出拉伸成孔后续加工ePTFE加工PTFE加工成型工艺糊膏挤出过程中，PTFE粒料受到一定的剪切，初始纤维化，为后续成孔提供先决条件预成型推压成型口模挤出混料ePTFE加工压延PTFE加工成型工艺—糊膏挤出脱油单元+纵向拉伸单元ePTFE加工纵拉阶段横拉阶段收卷运行方向正交方向横拉设备全景挤出棒材压延成膜后经干燥去除助推剂，再经拉伸成孔纵拉、横拉在各自机台分开进行纵拉横拉在统一机台上进行先纵后横（实际工业）纵横同时（实验室）PTFE加工成型工艺—拉伸成孔ePTFE加工实验室中常用的双向拉伸设备，可以更加直观的观察到拉伸过程，即通过MD和TD两个方向的快速拉伸对ePTFE进行成型。PTFE加工成型工艺—拉伸成孔在实际工业应用中，考虑到生产效率和连贯性，则使用大型连续双向拉伸机进行生产。进膜方向纵拉阶段加热区横拉阶段热定型区降温/稳定区ePTFE加工PTFE加工成型工艺—拉伸成孔设备通过可调夹具夹住经纵向拉伸的膜的边缘，并通过导轨运动快速对膜进行横向拉伸形变，待其形变量满足条件后即可对成膜进行烧结成型。热辊热辊收卷ePTFE密封件对多层ePTFE膜进行热复合，可以制备拥有特定规格的ePTFE板材，从而用作防腐蚀密封带、隔离板等。温度场压力场ePTFE加工PTFE加工成型工艺—后续加工除双向拉伸膜以外，还能通过挤出拉伸制备管材，管状ePTFE在生物医用领域有相当广阔的应用前景拉手挤出端拉伸方向金属环带拉手径向拉伸轴向拉伸ePTFE加工PTFE加工成型工艺3ePTFE的应用应用领域简介汽车行业ePTFE膜应用于汽车电气设备防护透气，主要凭借其防水透气特性，调节车灯内和汽车电子设备壳体空气湿度及气压平衡，使汽车电气设备不受外部恶劣环境影响，保持正常工作新能源ePTFE膜可以广泛应用于新能源汽车领域在锂电池汽车中，可用作电池防爆泄压阀的核心材料；在氢燃料电池汽车中，常用作质子交换膜（MEA）消费电子ePTFE膜在消费电子防水领域有很大市场空间，未来智能手机、智能可穿戴设备等产品防水功能将成为标准配置电缆及其组件ePTFE膜具有较低介电常数，是电缆的理想绝缘材料其独特多孔结构使损耗和失真降至很低水平，从而使信号可以近光速进行传输医疗产业ePTFE膜无毒、无致敏、无致癌等副作用可以广泛应用于医疗设备、器械及组织填充材料等方面。目前在整形手术填充、心脏瓣膜手术、小口径人工血管、创面覆盖材料方面均取得成果应用航空航天ePTFE膜良好防水透气性能可为航空航天器控制湿度，使用的高效吸湿材料将空气中的水蒸气吸收转变为液体储存在多孔材料中水净化通过等离子体处理、化学处理和溅涂等方法，能有效提高ePTFE膜的表面能，改善其亲水性。改性后的ePTFE膜可使水通过，而水中的微粒子悬浮物被分离，从而实现在水净化领域中的应用除尘滤料ePTFE膜纤维间的孔隙能使空气透过，使滤料在中等压降下就可产生很高的过滤效率，目前已广泛应用于化工厂、发电厂、水泥厂、喷漆厂等的烟道过滤、热空气过滤中包装ePTFE膜机器组件产品具有化学惰性佳、抗紫外线、不易燃和耐高低温等有异性能，使其可应用于工业化学品、农药、药品和液体包装上，能保持压力平衡，避免在长途运输过程中因温度或气压变化使包装膨胀或凹陷而产生产品外观问题服装织物ePTFE膜经过裂膜、纺纱、织造，与普通织物通过层压工艺复合后，可制成防水透湿层压织物，具有强度高、耐久性好、防水透湿、阻燃、抗紫外线、自洁性好等诸多优点ePTFE应用ePTFE应用服装织物*美国戈尔作为ePTFE膜行业龙头，2020年其在全球范围的年销售收入已经达到37亿美元。潮湿蒸汽溢出阻隔外界雨/雪/风外层纤维GORETex膜内衬普通薄款夹克3-4000元运动鞋1-2000元PTFE过滤膜微孔直径范围在0.1-0.5微米，在水蒸气和雨水之间，故为杰出的防水透气材料，具有优异的防水、透湿、防风、保暖、耐腐蚀性能，是制作高级复合面料的理想材料。ePTFE在医疗领域中有广泛应用，例如血管移植、心脏瓣膜、血管修补等生物相容性好：PTFE良好的化学惰性和低摩擦系数使其极难引发免疫反应；微孔结构可促进细胞和组织生长，使移植体更好地融入周围组织，更快恢复功能透气性好：可以促进伤口愈合，预防感染。耐久性强：长期使用不会失效或变形抗污染能力强：表面光滑且不吸附水分，可以有效地防止细菌和其他污染物质的附着ePTFE顺应型胸腔支架ePTFE应用医疗产业ePTFE心脏隔膜闭塞器ePTFE麻醉心血管贴片ePTFE人造血管ePTFE应用滤料从大量减少工业排放，到为微电子制造加工超纯化学品和水，ePTFE在工业、生命科学、半导体、微电子等行业的过滤材料中得到广泛的应用。除尘滤袋进气过滤的气体涡轮机滤膜半导体、微电子过滤器中微滤膜工业加工液体过滤工业级过滤半导体级过滤食品级过滤0.2-3μm用于制药、生物工艺、食品和饮料过滤1.0–10.0μm化工行业、固体废物处理、水泥行业、金属行业等ePTFE过滤材料显著优势：孔隙率和孔径可以通过加工工艺调控，结构灵活，可以广泛适应各种工况。表面能低且不吸水，不利于各种污染物的黏附，自清洁性能好。其气体透过率高，在空气过滤方面表现尤为突出。同时，在制药领域、极端工况下及化工行业中，ePTFE过滤材料由于其低残留、耐腐蚀的特性，难以被普通过滤材料替代。熔融纺丝溶液纺丝熔喷纺丝双向拉伸ePTFEePTFE应用滤料/织物将PTFE微孔膜与聚丙烯无纺布等材料复合，生产出PTFE微孔膜复合滤材（PTFE口罩膜）替代熔喷布。ePTFE继承了PTFE耐腐蚀、疏水的特性，改善了PTFE的蠕变性能，整体柔软贴合便于施工，压缩性及密封性好，在特种密封材料领域有非常广泛的应用。ePTFE应用密封用作航空航天材料，如飞机密封和表面保护，将ePTFE与其它工序相结合，能够耐受燃料和航空液体的侵蚀，承受极端温度并在压合情况下仍保持原位；此外ePTFE密封件可用于化工、纸浆和造纸、采矿、半导体制造、厂务设施、电力和航海等各行各业，几乎能够耐受除熔融的碱金属和氟素化学品之外的所有介质，可应用于从低温到高温的各制程温度。垫片密封带纤维编制盘根ePTFE纤维混纺进编织绳索中，通过降低摩擦缓解摩擦升温，显著提高疲劳断裂寿命电池隔离膜门窗密封ePTFE的应用汽车管道密封空气过滤4全氟磺酸质子交换膜（PFSA）全氟磺酸质子交换膜质子交换膜质子交换膜（PEM）是氯碱工业以及质子交换膜燃料电池的关键材料，在氯碱工业中已经得到广泛应用，在燃料电池领域的应用处于起步阶段，但发展势头良好。此外，PEM膜在钒电池（VFB）、污水处理、化学催化、光催化、气体分离、功能复合材料、渗透汽化、气体分离、海水淡化以及光催化等方面也具有其它材料无可比拟的优势，其应用己延伸至基础产业及高新技术产业的许多方面。氯碱工业用质子交换膜氯碱工业是工业上用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品钒电池（VFB）主要利用钒离子的价态的变化来实现电能的储存和释放，导电离子主要为不同价态的钒离子。钒电池原理全氟磺酸质子交换膜全氟磺酸质子交换膜质子交换膜（PEM）中，全氟磺酸型质子交换膜（PFSA）商业化应用最广泛杜邦公司于20世纪90年代率先开发出全氟磺酸质子交换膜商业化产品，即Nafion系列膜；其他公司以Nafion系列膜为基础也相继跟进开发出产品。该类膜具有机械强度稳定、化学稳定性强、高湿度下导电率高的优势，且低温时电流密度大，有利于质子传导。美国杜邦公司(DuPont)为阿波罗计划所用燃料电池而成功开发全氟磺酸树脂，其商用名为Nafion®；1975年，日本旭硝子(AsahiGlass)公司开发出新的商品名为Flemioff“的全氟羧酸离子交换树脂和膜，全氟离子交换膜又被成功应用于氯碱工业；七十年代，通用汽车公司将该膜应用到PEMFC当中并使燃料电池的寿命超过57000小时；20世纪80年代初，加拿大巴拉德动力公司(BallardPowersystemsInc．)将全氟磺酸离子交换膜用于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中，使其在清洁能源方面的应用取得了突破性进展。全氟磺酸型质子交换膜（PFSA）的发展废弃燃料H+e-e-H2O外接电路催化剂阳极阴极

电解质燃料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全氟磺酸质子交换膜PFSA燃料电池工作原理质子交换膜燃料电池PEMFC由电解质、电催化剂、燃料、氧化剂、双极板组成电解质：全氟磺酸离子交换膜电催化剂：贵金属Pt催化剂载体：C燃料：氢气或甲醇等燃料气体氧化剂：氧气双极板：由金属板或石墨组成全氟磺酸质子交换膜PFSA用于燃料电池燃料电池按电解质不同分为：碱性燃料电池：氢氧化钾磷酸燃料电池（PAFC）：浓磷酸质子交换膜燃料电池（PEMFC）：氟化磺酸离子交换膜熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）：熔融锂、钾碳酸盐类固体氧化物燃料电池（SOFC）：固体电解质主要包括氧化锆和氧化铱锂电池VS燃料电池燃料电池通过电化学反应将燃料的化学能转化成电能。采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。锂电池是一种具有浓度差的电池，Li+从化学电势较高的电极向电势较低的电极移动，电荷补偿电子只能通过外电路移动，形成电流。锂电池已经落地大规模工业化生产，燃料电池还处于工业试制品阶段。全氟磺酸质子交换膜全氟磺酸质子膜树脂全氟磺酸质子交换膜原材料为全氟磺酸树脂（PFAR），PFAR以氟碳链段为骨架，侧链是末端带有磺酸根的全氟聚合物。末端磺酸根分子的主链具有聚四氟乙烯结构，碳-氟键键长短、键能高，使分子具有优良的热稳定性、化学稳定性和较高的力学强度，从而确保了聚合物膜的长使用寿命；分子支链上的亲水性磺酸基团能够吸附水分子，具有优良的离子传导特性；不同公司的全氟磺酸膜的区别在于侧链结构和长度不同。全氟磺酸质子交换膜PFSA制备方法制备方法简述优点缺点熔融挤出成膜法在挤出机的加热、塑化、熔融作用下完成膜的成膜1.最成熟，适用于连续生产，可实现大规模工业化2.厚度均匀、性能优异3.属干法成膜，过程无溶剂，环境友好1.成膜后需要转型才可使用；2.转化过程中保持平整度较难，膜强度较低3.对设备要求高，机器造价高，成本较高溶液浇铸成膜法制备成膜溶液，将成膜溶液涂在平面或曲面上成膜间歇生产，不能大规模连续化生产，应用较少溶液钢带流延成膜法制备成膜溶液，将成膜溶液流延至钢带上，通过干燥设备将溶剂除去后成膜1.无需转型直接得到离子型制品2.平整度好，强度较高，可加工制品种类较多2.步骤较多、工艺流程复杂3.流延过程中变量较多，实现厚度均匀的难度较大4.需回收溶剂，以免对环境造成危害/p-831459137.html、/p-1369189652.html、全氟磺酸质子交换膜制备方法——熔融挤出全氟磺酸树脂是热塑性的，熔融温度160-230℃，起始分解温度310℃，两者相差较大，给挤出加工一定操作空间。根据成膜工艺不同，又有三种制备方法。全氟磺酸树脂增塑剂混料机混合凝胶体烘箱干燥去除水分单螺杆挤出机流延模头流延辊热烘道1、凝胶挤出流延法干燥的、未经转型的全氟磺酸树脂薄片型模头立式三辊压光机PTFE无纺布等基材收卷干燥的、未经转型的全氟磺酸树脂挤出机立水平三辊压光机挤出机3、熔融挤出流延法2、熔融挤出压延法三种熔融挤出制备膜都需要经过水解转型才可得到具有离子交换功能的成品膜熔融挤出法制备全氟磺酸离子膜2007年北京化工大学实验室挤出*三层共挤出全氟磺酸离子膜实验线北京化工大学实验室2008年全氟磺酸质子交换膜制备方法——溶液钢带流延法成膜具有离子交换功能的碱金属型树脂干燥树脂全氟磺酸树脂全氟磺酸树脂溶液+碱金属氢氧化物溶液NaOH/KOH浸泡、恒温+离子水充分水洗至PH中性烘干+异丙醇水溶液250℃恒温恒压搅拌+高沸点溶剂共沸真空除泡制膜液流延收卷恒温热处理转型制膜液制溶液去除有机杂质后的质子交换膜+双氧水溶液800℃恒温水浴去离子水清洗预处理全氟磺酸质子交换膜洁净质子交换膜+H2SO4溶液800℃恒温水浴去离子水清洗预处理浓盐酸浸泡24h去离子水洗至中性转型全氟磺酸离子膜钢带流延薄膜常熟研究基地（2010-2012）全氟磺酸离子膜钢带流延薄膜生产线钢带宽度：1000mm流延薄膜规格：300、500、800mm幅宽；长度10米、20米、或连续成卷厚度：25、40、175μm可调国内外主流氢燃料电池质子交换膜企业主要生产及研发企业代表产品性能特点国外美国戈尔GORE-SELECT®质子交换膜美国杜邦Nafion美国3M全氟磺酸质子交换膜通过浇铸工艺制备的全氟磺酸型质子交换膜具有比Nafion膜更高的玻璃态转化温度，且有更高的稳定性德国FuMafumapem®全氟磺酸/聚四氟乙烯共聚物加拿大BallardBAM膜价格比全氟类型膜低很多比利时SolvayHyflon®质子交换膜国内山东东岳DF260全氟磺酸质子交换膜深圳市通用