PTFE微孔薄膜防水機(jī)理淺析

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李傳勇

2020-12-19

隨著人們生活場(chǎng)景的不斷豐富，對(duì)應(yīng)用于移動(dòng)智能電子產(chǎn)品透音透氣通道上起防護(hù)作用的聚四氟乙烯（PTFE）膜材的性能要求也越來(lái)越高。材料的晶體結(jié)構(gòu)決定產(chǎn)品的性能，接下來(lái)我們就從微觀角度來(lái)看看PTFE的晶體結(jié)構(gòu)和形貌特征。

PTFE材料在膜材制備過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量微孔。而這些微孔形成的毛細(xì)管中，彎月形曲面的液氣界面張力將附加到毛細(xì)管液柱上，根據(jù)拉普斯斯方程，附加壓力P為：
P=YLG（1/p1+1/p2）

式中：YLG是液體與氣體界面的表面能或液氣界面張力，通常稱為表面張力，20°C水為0.0725N/M;P1、P2是彎曲面兩個(gè)軸向的曲率半經(jīng)。對(duì)于圓柱形毛細(xì)管孔洞，p= P1= P2則有：P=2yLG/ p，由于：p=r/cosθ式中：r為毛細(xì)管當(dāng)量半經(jīng)；θ為毛細(xì)管內(nèi)壁與液體的接觸角，PTFE約為120°。故有：

P =2YLGcosθ/ r

從上式可以發(fā)現(xiàn)，影響聚四氟乙烯微孔薄膜耐水壓的主要因素是微孔孔徑r和接觸角。當(dāng)90°﹤θ﹤180°時(shí)，θ越大耐水壓越高。聚四氟乙烯微孔薄膜微孔內(nèi)壁與水的接觸角為120°，是各種材料中較大的；r越小，耐水壓越高，聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔半經(jīng)非常小，只有零點(diǎn)幾微米，故耐水壓很高。較小水滴的直徑約20um，所以水滴無(wú)法直接透過(guò)。由此得到的是將聚四氟乙烯薄膜中的微孔簡(jiǎn)化為圓柱形毛細(xì)管模型公式，當(dāng)r=1um時(shí)，計(jì)算得到 P約為72.5kPa，即至少需要7.2m水柱的外加壓力能使水通過(guò)毛細(xì)管微孔；也就是說(shuō)，對(duì)于孔經(jīng)1um的聚四氟乙烯微孔薄膜，理論上其耐壓值為72.5kPa。

此外，聚四氟乙烯薄膜本身具有一定機(jī)械強(qiáng)度，受到壓力時(shí)微孔不易被擠破，這些都有利于耐水壓提高。理論上耐水壓與薄膜厚度無(wú)關(guān)，而實(shí)際上，薄膜厚度越薄，機(jī)械強(qiáng)度越低，可以引起防水性下降。

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