¿Cómo puede el diseño de estructura microporosa de la cinta de teflón transpirable de alta temperatura equilibrar la permeabilidad al aire con propiedades aislantes y antiadherentes?

El fabricante de telas de alta temperatura de teflón de Jiangsu: JiangsuAokai NewMaterialTechnology Co., Ltd. recuerda que se trata esencialmente de una cuestión de sinergia entre la estructura porosa y las propiedades funcionales de la superficie/volumen.

1. Fuentes del conflicto entre la estructura y las propiedades microporosas La permeabilidad al aire requiere poros abiertos interconectados, con gas que pasa a través de canales tortuosos. La tasa de permeabilidad es proporcional al cuadrado del diámetro de los poros y la porosidad, e inversamente proporcional a la tortuosidad de los canales de los poros.

El aislamiento (fuerza dieléctrica) depende de la densidad del material. La introducción de microporos equivale a mezclar aire (con una intensidad de campo de ruptura baja de ~ 3 kV/mm) en la matriz de PTFE, y los poros abiertos proporcionan vías potenciales para descargas parciales y seguimiento de fuga. Cuanto mayor sea la porosidad y más rectos sean los poros pasantes, más significativa será la caída del voltaje de ruptura.

Permeabilidad al aire frente a propiedad antiadherente: La propiedad antiadherente se origina en la energía superficial extremadamente baja (~18 mN/m) y la superficie lisa del PTFE. Los microporos aumentan la rugosidad de la superficie y el área de contacto real; Trate los microporos, formando 'entrelazados mecánicos' que en su lugar causa adherencia. Por lo tanto, el material debe lograr simultáneamente permeabilidad al aire y resistencia superficial a la humedad y la penetración.

2.Enfoque central del diseño equilibrado: modulación sinérgica de los parámetros estructurales mesoscópicos La clave para el equilibrio no es sacrificar una propiedad por otra, sino ajustar coordinadamente el tamaño de los poros, la porosidad, el gradiente de los poros, la tortuosidad y el tratamiento de la superficie para satisfacer los tres requisitos simultáneamente.

2.1 Controle el diámetro de poro promedio (0,1–2 μm) y la distribución de tamaño de poro estrecho para el aislamiento: Cuando el tamaño de los poros es mucho más pequeño que el camino libre medio de los electrones y el tamaño de iniciación para una descarga parcial, la descomposición de los espacios de aire sigue la ley de Paschen; sin embargo, los microporos extremadamente finos (submicr a escala) puede aumentar significativamente el voltaje de ruptura. Los estudios muestran que cuando el diámetro de poro promedio se mantiene por debajo de 0,5 μm, la resistencia de ruptura de CC de una película de PTFE de 50 μm de espesor aún puede alcanzar más de 40 kV/mm.

Para rendimiento antiadherente: Cuando el tamaño de los poros es menor que el tamaño de penetración crítica determinado por el radio de giro de la cadena molecular o la viscosidad de fusión de los adhesivos termofusibles (por ejemplo, PE, PP), la masa fundida no puede infiltrarse en los microporos. edfibrillas de PTFE en la superficie, lo que da como resultado un área de contacto real extremadamente pequeña, por lo que la propiedad antiadherente no se ve afectada. Generalmente, los poros de la superficie de menos de 0,5 μm pueden prevenir eficazmente la penetración de la mayoría de los adhesivos termofusibles.

2.2Controlar la porosidad en un rango moderado (50%–70%)

Una porosidad baja (<30%) no puede proporcionar una permeabilidad práctica al aire; una porosidad demasiado alta (>80%) reduce excesivamente el contenido sólido, lo que provoca un fuerte deterioro del aislamiento y de las propiedades mecánicas. Con una aporosidad de alrededor del 60 %, la permeabilidad al aire (valor de Gurley) se puede controlar en un plazo de 20 a 100 s/100 cc, mientras que una película de 0,13 mm de espesor puede mantener una resistencia eléctrica de ≥ 2 kV, cumpliendo con la mayoría de los requisitos de aislamiento de sellado térmico.

 2.3 Adoptar una estructura de poros de red 3D de alta tortuosidad (utilizada por el fabricante de telas de alta temperatura de teflón de Jiangsu)

La estructura de 'nodo-fibrilla' del PTFE forma inherentemente una alta tortuosidad (τ≈2.54). Los gases deben pasar a través de caminos tortuosos, lo que extiende el camino de descomposición del aire y suprime efectivamente la formación de canales de descarga directos. La alta tortuosidad también reduce la dependencia de la permeabilidad justa del tamaño de los poros de una relación cuadrada a una más débil, lo que permite utilizar poros ligeramente más grandes a cambio de una mayor confiabilidad del aislamiento.

2.4Construir una estructura de poro de gradiente asimétrico: superficie densa, capa de piel de superficie densa interior porosa (espesor de 1 a 5 μm)

A través del calandrado térmico, el enterrado a altas temperaturas a corto plazo o el recubrimiento con un fluoropolímero ultrafino (p. ej., Teflón AF), la superficie de contacto con el objeto de trabajo adquiere una superficie similar a una película densa. Los microporos se cierran a escala nanométrica o se funden y sellan parcialmente, logrando un rendimiento antiadherente y un mejor aislamiento. El volumen retiene una capa transpirable altamente porosa: debajo de la capa de la piel, el material todavía mantiene una red altamente porosa de microporos interconectados. El gas se puede transmitir lateralmente y longitudinalmente a través de los bordes o a través de poros residuales de tamaño nanométrico en la piel, manteniendo la permeabilidad general al aire.

Efecto: El aislamiento está dominado por la capa densa, el rendimiento antiadherente está garantizado por la energía superficial extremadamente baja y los poros ultrafinos de la capa densa, y la permeabilidad al aire depende de la difusión de la capa intermedia y la convección de los bordes. Cuando se usa en máquinas de sellado térmico, la superficie de la cinta no se pega a la película fundida, mientras que la humedad y los volátiles se pueden expulsar a través de los bordes de la capa microporosa.

2.5Postratamiento de la superficie: modificación súper oleofóbica/hidrofóbica sin bloqueo de poros Mediante el injerto de plasma de monómeros fluorados o la deposición de vapor de una capa perfluorada extremadamente delgada (<50 nm), se puede formar un recubrimiento con energía superficial aún más baja en las paredes internas de los microporos. Esto evita aún más la humectación por sustancias pegajosas sin obstruir los canales de los poros. Este tratamiento dota a la superficie de 'micro/nanofobicidad dual', mejorando la propiedad antiadherente a antisuciedad, sin casi ninguna pérdida de permeabilidad al aire.

3.Indicadores de rendimiento típicos para un diseño equilibrado

Tomando como ejemplo una cinta de PTFE transpirable de diseño óptimo (0,13 mm de espesor):

4.Conclusión

El equilibrio de la estructura microporosa en la cinta de teflón transpirable de alta temperatura se logra esencialmente mediante ingeniería morfológica , distribuyendo las tres propiedades en diferentes niveles estructurales:

El aislamiento y el rendimiento antiadherente son proporcionados por la piel densa cerca de la superficie o por microporos ultrafinos;

La permeabilidad al aire es manejada por una red macroporosa tortuosa y conectada internamente. Siempre que el tamaño de los poros de la superficie se controle en el rango submicrónico, la porosidad interna y la tortuosidad se combinan de manera precisa con una estructura de gradiente, la cinta puede lograr simultáneamente una buena permeabilidad al aire, aislamiento y rendimiento antiadherente en una amplia gama de especificaciones.

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