《C-O-009-多微孔PTFE纤维的研制及应用展望-郭玉海》.pdf

多微孔PTFE 纤维的研制及应用展望 郭玉海，阳建军，马训明 浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州310018 关键词：聚四氟乙烯纤维，微孔结构，糊料挤出，拉伸 聚四氟乙烯（PTFE ）纤维具有耐腐蚀、摩擦系数低、难燃（LOI 为95% ）等 优点，在航天航空领域、工业、医疗和生活上有重要的应用。因PTFE 不溶于溶剂， 不能采用溶液纺丝成型；由于分子刚性大，在熔点(327℃) 以上粘度大，不流动， 仅形成凝胶状物，不能采用熔纺成型。目前一般有三种方法加工PTFE 纤维：乳液 纺丝、糊料挤出和薄膜切割法。目前我国采用乳液纺丝和薄膜切割法少量生产 PTFE 纤维。 随着世界各国现代工业化进程的快速发展，大气污染己成为一个日益严重的 全球性问题，污染物的治理已由单纯的微尘治理向废气方向逐步深化。对微尘的 治理已有包括电除尘、滤袋除尘等在内的多种方法，但对废气的有效治理方法较 少。目前，国内外废气触媒分解技术取得了长足的发展，但缺少适当的触媒载体。 美国GORE公司以PTFE纤维的载体，将触媒植入其中，发展了REMEDIA®催化过 滤器系统，将纤维加工成针刺毡，具有截留微尘（截留效率 99.95% ）和分解废气 （分解效率98.4% ）双重功效。目前，该材料已通过欧洲的一些垃圾焚烧厂的测试 [1] 。 本文采用糊料挤出的方法制备多微孔PTFE 纤维，研究了成型工艺和形态结构 间的关系，并分析了纤维成孔机制，为废气触媒柔性载体的研制奠定基础。 1、实验部分 1.1 多微孔PTFE 纤维的制备 工艺流程如下：PTFE 微粉十润滑剂→混合→过筛→成熟→压坯→推压→糊料 挤出→热牵伸→定型→多微孔PTFE 纤维 1.2 SEM 观察 将样品真空镀金，用Amary-1845FE 电子显微镜观察。 1.2. 平均孔径测试 采用麦克公司的Autopore IV 9500 压汞仪测试纤维孔径。 2、实验结果与讨论 本项目得到浙江省面上科研工业项目（2007C21129 ）和校启动基金（0601290-Y ）的资助 2.1 纤维成孔机制分析 经糊料挤出的纤维称为初生纤维，表面光滑无孔。经过热牵伸后形成“节点 －原纤”的形态结构，在经过热定型后纤维尺寸得以固定。各阶段纤维形态结构 见图1。 （1）firstborn （2 ）stretching （3 ）thermosetting Fig.1 The morphological structure of PTFE fiber 从PTFE 分子结构看，PTFE 是完全对称且无支链的线形高分子，具有规整的 长链结构。碳-碳主链完全由氟原子组成的“外壳”包围着。由于氟原子的电负性大， 整个主链实际上是被密度很大的电子云包围，导致PTFE 分子具有类似棒状的僵硬 构型。氟原子的极化率小，分子间凝聚力低，链段间作用力小。 对于拉伸成型的PTFE而言，结晶度高达98% 以上，内部结晶为带状多晶聚集 [2] 体，不存在节点和原纤。在应力作用下，原纤被牵出。Kitamura等人 采用同时双 向拉伸技术研究PTFE ，发现PTFE 的拉伸活化能仅为11.3kJ/mol，导致PTFE分子间 易于滑动。对于初生纤维，尚不存在足够的应力将原纤牵出，因此观察不到“节 点－原纤”。 在热牵伸阶段，在应力和热的同时作用下，部分晶体受到破坏，分子发生滑 移，出现大量原纤，于是随原纤的伸长出现微孔。 在热定型阶段，固定张力，以保持薄膜形状的稳定，仅仅改变温度。因固化 温度较高，材料中的结晶相逐渐转变为无定形相，结晶区中的无定形部分沿着结 晶轴做较大的滑动而取向，原纤化更明显；由于原纤的取向，原纤和节点的阻碍， [3] 阻止了分子的进一步滑移，纤维不能再拉伸。有人 提出了PTFE 的热定型模型。 未经热定型或在熔点以下较低温度下热定型的PTFE 存在沿拉伸方向的 如图 2 （1）所示的椭圆状微粒，它由若干个大分子链折迭成片晶，在拉伸力作 用下片晶沿受力方向滑移而使分子链展开成微纤维状，拉伸形成的