PTFE微孔薄膜防水机理浅析
时间：
李传勇
2020-12-19
随着人们生活场景的不断丰富，对应用于移动智能电子产品透音透气通道上起防护作用的聚四氟乙烯（PTFE）膜材的性能要求也越来越高。材料的晶体结构决定产品的性能，接下来我们就从微观角度来看看PTFE的晶体结构和形貌特征。
PTFE材料在膜材制备过程中，会产生大量微孔。而这些微孔形成的毛细管中，弯月形曲面的液气界面张力将附加到毛细管液柱上，根据拉普斯斯方程，附加压力P为：
P=YLG（1/p1+1/p2）
式中：YLG是液体与气体界面的表面能或液气界面张力，通常称为表面张力，20°C水为0.0725N/M;P1、P2是弯曲面两个轴向的曲率半经。对于圆柱形毛细管孔洞，p= P1= P2则有：P=2yLG/ p，由于：p=r/cosθ式中：r为毛细管当量半经；θ为毛细管内壁与液体的接触角，PTFE约为120°。故有：
P =2YLGcosθ/ r
从上式可以发现，影响聚四氟乙烯微孔薄膜耐水压的主要因素是微孔孔径r和接触角 。当90°﹤θ﹤180°时，θ越大耐水压越高。聚四氟乙烯微孔薄膜微孔内壁与水的接触角为120°，是各种材料中较大的；r越小，耐水压越高，聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔半经非常小，只有零点几微米，故耐水压很高。较小水滴的直径约20um，所以水滴无法直接透过。由此得到的是将聚四氟乙烯薄膜中的微孔简化为圆柱形毛细管模型公式，当r=1um时，计算得到 P约为72.5kPa，即至少需要7.2m水柱的外加压力能使水通过毛细管微孔；也就是说，对于孔经1um的聚四氟乙烯微孔薄膜，理论上其耐压值为72.5kPa。
此外，聚四氟乙烯薄膜本身具有一定机械强度，受到压力时微孔不易被挤破，这些都有利于耐水压提高。理论上耐水压与薄膜厚度无关，而实际上，薄膜厚度越薄，机械强度越低，可以引起防水性下降。
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