Микро и нановолокна из фторопласта-4

Ранее уже сообщалось, что на нашем предприятии разработана и внедрена технология получения волокон из фторопласта-4. Получение же микро и нановолокон из политетрафторэтилена (ПТФЭ, фторопласт-4) представляет собой значительно более сложную научную и технологическую задачу. ПТФЭ обладает исключительной химической инертностью, высокой термостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой гидрофобностью. Однако эти же свойства затрудняют его переработку, поскольку ПТФЭ не растворяется в обычных растворителях и не плавится при нагревании, что делает невозможным применение стандартных методов формования нановолокон, таких как традиционное электропрядение. Исследователи разрабатывают альтернативные подходы, такие как электропрядение эмульсий ПТФЭ (фторопласт-4Д), но это даже сложный процесс в лабораторном варианте. Извлечение нановолокон из пленок с фибриллярной структурой, полученных по технологии GORE-TEX методом многоразового одноосного и двухосного растяжения и раскроя с последующим спеканием, не приблизило к решению проблемы из-за диапазона толщин волокон, далеких от нанометрических. Предприняты попытки и получены в лабораторном варианте методом электропрядения нановолокна, близких по свойствам к ПТФЭ, плавким фторполимерам Ф-4МБ и Ф-50. Получены электропрядением и нановолокна из ПВДФ (Ф-2М) и Ф-30. Эти разработки направлены на создание нановолокон, которые хотя бы приближались к свойствам ПТФЭ, но не имеют возможности к масштабированию их производства. На нашем предприятии предпринята попытка решения этой проблемы. Мы разработали технологию получения ультратонких волокон, в которых присутствуют в основном микро и нановолокна из Ф-4, и освоили их производство. Это очень мягкие, почти воздушные волокна длиной 30–50 мм и в диаметре 100–600 нм. Чем же так важны именно тонкие волокна из фторопласта-4:

Свойства

• Сверхэффективная фильтрация (воздуха и жидкостей) — Фильтры для агрессивных химикатов: кислоты, щёлочи, растворители — ПТФЭ не разрушается; HEPA/ULPA-фильтры нового поколения: нановолокна задерживают вирусы, наночастицы, дым, аэрозоли; масло- и водоотталкивающие фильтры: для очистки масел, топлива, сточных вод; фильтрация в чистых комнатах (полупроводники, фармацевтика); преимущество достигается за счет низкого сопротивления потоку и высокой эффективности за счет нано- и микроразмеров волокон.
• Термоизоляция для экстремальных условий — Лёгкая термоизоляция для аэрокосмических аппаратов; защиты электроники в условиях перегрева; теплоизоляции трубопроводов с агрессивными средами; может работать в вакууме или при высоком давлении; вата из этих волокон — почти как аэрогель, но химически стойкая и прочная.
• Биомедицинские имплантаты и покрытия — Искусственные кровеносные сосуды, нервные протезы — нановолокна стимулируют рост тканей, но не вызывают отторжения; покрытия для имплантов (суставы, стенты) — антибактериальные, долговечные; носитель для доставки лекарств — можно "нагрузить" лекарство на большую поверхность нановолокон; биосовместимость и наноструктура — идеальная среда для тканевой инженерии.
• Водо- и грязеотталкивающие покрытия и материалы — Супергидрофобные покрытия: нановата может быть основой для тканей, которые отталкивают воду, масло, грязь; "умная" одежда, военная форма, защитные костюмы; покрытия для солнечных панелей, окон, линз — самоочищающиеся поверхности; эффект “листа из лотоса” — благодаря наношероховатости.
• Электроды и сенсоры — Носитель для катализаторов (например, платина в топливных элементах); газовые сенсоры: большая поверхность = высокая чувствительность; электроды для электрохимии — устойчивы к коррозии; идеальны для работы в агрессивных средах, где обычные материалы разрушаются.
• Акустическая изоляция — Лёгкая, пористая структура отлично поглощает звук; может использоваться в авиации, технике, студиях; дополнительное преимущество — не горит и при нагреве до 300 °C не выделяет токсичных газов (в отличие от многих полимеров).
• Антифрикционные и износостойкие композиты — Активированная химически или коронным разрядом нановата может быть добавлена в смолы, металлы, керамику как наполнитель; уменьшает трение, повышает износостойкость; применение: подшипники, уплотнения, детали в агрессивных средах.
• Космос и экстремальные условия — Работает при низких и высоких температурах, в вакууме, под УФ-излучением; возможное применение: термозащита спутников; фильтрация в системах жизнеобеспечения; защита от космической пыли.
• Микроэлектроника и диэлектрики — Отличный диэлектрик с низкими потерями; можно использовать в высокочастотных платах, конденсаторах, изоляции проводов.

Таким образом, микро и нановолокна из фторопласта-4 — это не просто “легкий тефлон”, а прорывной материал! Он может заменить множество современных материалов.