Comment la conception de la structure microporeuse du ruban en téflon respirant haute température peut-elle équilibrer la perméabilité à l'air avec les propriétés isolantes et antiadhésives ?

JiangsuTeflonHigh-Temperature ClothManufacturer–JiangsuAokaiNew MaterialTechnologyCo., Ltd.rappelle qu'il s'agit essentiellement d'une question de synergie entre la structure poreuse et les propriétés fonctionnelles de surface/en vrac.

1. Sources du conflit entre la structure et les propriétés microporeuses La perméabilité à l'air nécessite des pores ouverts interconnectés, avec des gaz passant à travers des canaux tortueux. Le taux de perméabilité est proportionnel au carré du diamètre des pores et à la porosité, et inversement proportionnel à la tortuosité des canaux des pores.

L'isolation (résistance diélectrique) repose sur la densité du matériau. L'introduction de micropores est équivalente au mélange d'air (avec une faible résistance au champ de claquage d'environ 3 kV/mm) dans la matrice PTFE, et les pores ouverts fournissent des voies potentielles pour une décharge partielle et un suivi des lignes de fuite. Plus la porosité est élevée et plus les pores traversants sont droits, plus la tension de claquage est importante.

Perméabilité à l'air par rapport aux propriétés antiadhésives : La propriété antiadhésive provient de l'énergie de surface extrêmement faible du PTFE (~ 18 mN/m) et de sa surface lisse. Les micropores augmentent la rugosité de la surface et la zone de contact réelle ; des matériaux fondus ou des médias visqueux peuvent apparaître. Etratelesmicropores, formant un « verrouillage mécanique » qui provoque plutôt une adhérence. Par conséquent, le matériau doit simultanément atteindre la perméabilité à l'air et la résistance de surface au mouillage et à la pénétration.

2. Approche principale de la conception équilibrée : modulation synergique des paramètres structurels mésoscopiques . La clé de l'équilibre n'est pas de sacrifier une propriété pour une autre, mais plutôt de régler de manière coordonnée la taille des pores, la porosité, le dégradé des pores, la tortuosité et le traitement de surface pour satisfaire simultanément aux trois exigences.

2.1 Contrôler le diamètre moyen des pores (0,1 à 2 μm) et la répartition étroite de la taille des pores pour l'isolation  : Lorsque la taille des pores est beaucoup plus petite que le libre parcours moyen des électrons et la taille d'initiation pour une décharge partielle, la décomposition des entrefers suit toujours la loi de Paschen ; cependant, des micropores extrêmement fins (submicr sur l'échelle) peut augmenter considérablement la tension de claquage. Des études montrent que lorsque le diamètre moyen des pores est inférieur à 0,5 μm, la résistance à la claquage CC d'un film PTFE de 50 μm d'épaisseur peut encore atteindre au-dessus de 40 kV/mm.

Pour les performances antiadhésives : Lorsque la taille des pores est inférieure à la taille de pénétration critique déterminée par le rayon de giration de la chaîne moléculaire ou la viscosité de fusion des adhésifs thermofusibles (par exemple, PE, PP), la fusion ne peut pas infiltrer les micropores. Elle entre uniquement en contact avec les micropores. Les fibrilles edPTFE sur la surface, ce qui entraîne une zone de contact réelle extrêmement petite, de sorte que les propriétés antiadhésives ne sont pas affectées. En général, les pores de surface inférieurs à 0,5 μm peuvent empêcher efficacement la pénétration de la plupart des adhésifs thermofusibles.

2.2 Contrôle de la porosité dans une plage modérée (50 % à 70 %)

Une faible porosité (<30%) ne peut pas fournir une perméabilité à l'air pratique; une porosité trop élevée (> 80%) réduit excessivement la teneur en solides, provoquant une forte détérioration de l'isolation et des propriétés mécaniques. À une aporosité d'environ 60 %, la perméabilité à l'air (valeur Gurley) peut être contrôlée en 20 à 100 s/100 cc, tandis qu'un film de 0,13 mm d'épaisseur peut maintenir une résistance diélectrique ≥ 2 kV, répondant à la plupart des exigences d'isolation thermique.

 2.3Adopter une structure de pores de réseau 3D à haute tortuosité (telle qu'utilisée par le fabricant de tissus à haute température du Jiangsu en téflon)

La structure « nœud-fibrille » du PTFE forme intrinsèquement une tortuosité élevée (τ≈2,54). Les gaz doivent passer par des chemins tortueux, ce qui prolonge le chemin de décomposition de l'air et supprime efficacement la formation de canaux de décharge directs. Une tortuosité élevée réduit également la dépendance de la perméabilité à l'air sur la taille des pores d'une relation carrée à une relation plus faible, permettant aux pores légèrement plus grands d'être utilisés dans l'échange pour une plus grande fiabilité d'isolation.

2.4 Construire une structure de pores à gradient asymétrique – surface dense, couche cutanée intérieure poreuse à surface dense (épaisseur 1 à 5 μm)

Grâce à un calandrage thermique, un frittage à haute température à court terme ou un revêtement avec un polymère fluoré ultra fin (par exemple, Téflon AF), la surface de contact avec l'objet de travail acquiert une surface semblable à un film dense. Le volume conserve une couche respirante hautement poreuse : sous la couche cutanée, le matériau maintient toujours un réseau hautement poreux de micropores interconnectés. Le gaz peut être transmis latéralement et longitudinalement à travers les bords ou à travers les pores résiduels de taille nanométrique dans la peau, maintenant ainsi la perméabilité globale à l'air.

Effet : l'isolation est dominée par la couche dense, les performances antiadhésives sont assurées par l'énergie de surface extrêmement faible et les pores ultra-fins de la couche dense, et la perméabilité à l'air repose sur la diffusion intercouche et la convection des bords. Lorsqu'elle est utilisée sur des machines de thermoscellage, la surface du ruban ne colle pas au film fondu, tandis que l'humidité et les matières volatiles peuvent être expulsées à travers les bords de la couche microporeuse.

2.5 Post-traitement de surface : modification super-oléophobe/hydrophobe sans blocage des pores Par greffage plasma de monomères fluorés ou dépôt en phase vapeur d'une couche perfluorée extrêmement fine (<50 nm), un revêtement avec une énergie de surface encore plus faible peut être formé sur les parois internes des micropores. Cela empêche en outre le mouillage par des substances collantes sans obstruer les canaux des pores. Ce traitement confère à la surface une 'micro/nanodual-phobie', améliorant la propriété antiadhésive en anti-salissure, avec presque aucune perte de perméabilité à l'air.

3.Indicateurs de performance typiques pour une conception équilibrée

Prenons comme exemple un ruban PTFE respirant de conception optimale (0,13 mm d'épaisseur) :

4.Conclusion

L'équilibre de la structure microporeuse du ruban de téflon respirant à haute température est essentiellement obtenu grâce à l'ingénierie morphologique , en répartissant les trois propriétés sur différents niveaux structurels :

L'isolation et les performances antiadhésives sont fournies par la peau dense près de la surface ou les micropores ultra-fins ;

La perméabilité à l’air est gérée par le réseau macroporeux tortueux et connecté en interne. Tant que la taille des pores de la surface est contrôlée dans la plage submicronique, la porosité interne et la tortuosité sont précisément combinées avec une structure de gradient, le ruban peut simultanément atteindre une bonne perméabilité à l'air, une bonne isolation et des performances antiadhésives dans une large gamme de spécifications.

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