膨体聚四氟乙烯（ePTFE）— 特种氟材料

 

诞生于二战时期的PTFE，最初是用于生产特殊军用品，战后才解密并用于民用工业。解密后很长一段时间，PTFE的价格依然非常昂贵。为了保留PTFE的优异品质且减少原料用量，美国戈尔公司尝试将PTFE拉伸，增加其中的空气量，最终得到了一种更轻盈、更柔韧的材料——膨体聚四氟乙烯（ePTFE）。

 

（ePTFE微观结构：由节点连接起来的细微纤维）

 

目前常见的ePTFE制造工艺是将PTFE的分散树脂经过混合、挤压成型、压延、拉伸、固化烧结、冷却等步骤，得到特定形状的成品。ePTFE不仅具有PTFE的优良性能，还具有更高的强度-重量比、更高热阻、更高的比表面积、多孔性、透气性以及极好的柔韧性等特征，在医疗、航空航天、环保、纺织服装、化工、新能源等领域得到广泛的应用。

 

医疗领域

 

PTFE是纯惰性的，具有非常强的生物适应性，对人体无不良反应，且可用任何方法消毒，因此被用于多种康复解决方案。而ePTFE的微细纤维结构当中有无数细孔，因而韧性更好，可以任意弯曲超过360°，且透气性能更佳。因此，ePTFE主要用于制造人工血管、心脏补片、人工气管、内窥镜钳导管管体等。

 

ePTFE制成的医疗制品克服了裁剪时易产生毛边、植入人体前需要预凝血处理等难题，在临床取得了良好的效果，挽救了许多人的生命。而随着整形技术的发展，ePTFE已经成为整形外科中重要的填充物，是目前生物组织替代品最理想的材料之一。

 

在鼻部整形手术中，ePTFE被制作成所需形状，用于构建鼻部假体支架，从而改善鼻部形态。由于人体自身组织细胞可以长入ePTFE微孔内部，因此材料不会移动、破溃或排异，同时还可防止对光的反射作用，整形后面部形态更自然，更逼真。

 

航空航天领域

 

受经济效益影响的推动，现代飞行器在研发时对重量指标的要求愈加严苛，对维护时间与维护便利性的需求也越来越高。

 

在航空航天设备中，常常需要用到特定的密封剂或密封垫片，而传统的材料如：各类橡胶、聚碳酸酯、硫化胶等自身性能存在诸多不足，比如重量大、适温区间窄、易老化、耐油性差、阻燃性差、机械性能差等等。

 

ePTFE特有的微型定向纤维结构能显著提升抗拉强度和耐高温性能，且其无需固化或硫化，预成形体能直接用于一些形状奇异的口盖或面板，大大缩短了安装周期。此外，ePTFE具有宽阔的适温区间，良好的耐老化性能，优异的耐腐蚀性等优点，最重要的是，它的密度比较低，极大节省了重量，降低了成本。这一特性使得其在航空航天领域非常受欢迎，尤其是竞争日益激烈的民用飞机领域。

 

值得注意的是：目前国内对ePTFE的研究落后于国外，一些产品难以满足航空航天的要求；而这类产品又涉及军事用途，西方国家对我国出口设限，因此这类产品在国内存在缺口，属于市场中的蓝海。

 

环保领域

 

近年我国的雾霾来势汹汹，严重影响了民众的正常生产生活和身体健康，而不规范的工业粉尘排放会产生大量PM2.5，从而加重雾霾。

 

作为治理粉尘污染的主要设备，袋式除尘器是一种传统的过滤式除尘设备，而将ePTFE应用于袋式除尘器是近年来发展起来的一种新型、高效的空气过滤除尘技术，在防治烟尘和超细粉尘方面效果显著。含有ePTFE的新型滤料与传统滤料相比微孔孔径更加均匀、稳定性更好、运行阻力更低、过滤效率更高，即使对于亚微米级粉尘，过滤效率仍超过99.9%。

 

ePTFE滤料能在高湿条件下长期工作，清灰处理也很容易，在建材水泥行业炉窑、电站燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、除尘净化、空气过滤等的烟气除尘，特别是需要过滤PM2.5的领域具有广泛的应用前景。

 

此外，改性后的ePTFE微孔膜可用于过滤水中的微粒子悬浮物等，在水处理方面亦有不俗表现。

 

纺织服装领域

 

ePTFE在纺织服装方面，有一个非常著名的产品——Gore Tex（戳此复习），该产品集防水、防风、透气等优异性能于一体，在全球户外服装品牌中颇受欢迎。

 

而ePTFE由于具有强度高、耐久性好、防火难燃、不受紫外线影响、自洁性好等特点，在功能性服装中同样运用广泛。

 

2003年我国非典病毒爆发，国家紧急出台了“GB19082-2003医用一次性防护服技术要求”等标准，加强了对医用防护服的质量监管问题。ePTFE层压织物作为防护服材料中的佼佼者，被广泛运用于国内医用多功能防护服的开发中。

 

对于核环境工作人员来讲，放射性尘埃防护服为他们的身体健康提供了一层保护。ePTFE由于具有良好的透湿舒适性、良好的阻隔性，而常被制成多层复合膜，用于制作放射性尘埃防护服，保护核环境工作人员尽量不受放射性尘埃或气溶胶的伤害。

 

此外，ePTFE制成的功能性服装还包括消防服、宇航员的太空服等等，为特殊环境的工作人员提供保护。

 

ePTFE的制作原理看似简单，实则工艺非常复杂，但它带来性能优化也极具诱惑力，应用前景十分广阔。本文列举的只是其中的一小部分应用案例，但这其中的每一种产品，附加值都非常高。目前我国的ePTFE生产和研发都还相对落后，工艺单一、设备较简陋、孔径尺寸不够均匀等问题还普遍存在，而进口产品的成本很高，并且特殊领域进口还受限制。综合来看，我国ePTFE的生产和应用还有非常广阔的发展空间。