聚四氟乙烯（PTFE）与膨体聚四氟乙烯（ePTFE）

--意外成就的材料

原创 Jianxing 平衡的MO法 

编辑：天津氟膜新材料有限公司技术中心

防水透气膜，材质为膨体聚四氟乙烯（ePTFE）。一般组装在仪器设备部件的外壳之上，起到防水、防尘、透气、压力平衡的作用。

PTFE与ePTFE，化学成分均为聚四氟乙烯，分子式为(-C2F2-C2F2-)n，两者的差别在于物理结构上。膨体聚四氟乙烯，顾名思义，与聚四氟乙烯相比拥有膨体的结构，由微细的纤维和节点构成。

      聚四氟乙烯（PTFE）是由美国杜邦公司（DuPont）在1938年第一次发现，并被注册为更为熟知的商标-特氟龙（Teflon），PTFE的发现过程实属偶然。 1938年的某个早晨，罗伊·普朗克特（Roy Plunkett），一位年轻化学家，在杜邦公司的一个角落里忙着他的实验。他的任务是：找到一种新的冷媒。  然而，就在罗伊认为只是一次例行公事的时候，事情发生了转变。他将四氟乙烯气体存放在一个钢瓶里，自言自语：“好了，我们明儿见。” 第二天，当他回来准备继续他的实验时，却发现那些气体竟然神秘消失了，只留下一堆白色粉末。这不是他预定的结果。他感到非常迷惑和好奇。在进一步的研究后，他发现这种奇特的白色粉末拥有一些炫酷的超能力：它几乎和所有的化学物质都不亲近，能够在极端温度下保持冷静，而且滑得就像抹了油似的。罗伊意识到，他虽然没有找到新的冷媒，但却意外发现了未来厨房的超级英雄——不粘锅的秘密成分。从此以后，煎蛋再也不是一项挑战，清洗锅具也变得轻而易举。

      尽管PTFE的发现有着偶然性，但其对塑料工业和其他多个领域，如航空航天、汽车、电子和电器等领域有着巨大的革新意义。PTFE因其独特的化学和物理性质--极低的摩擦系数、高耐温性、化学稳定性以及非粘性--而被广泛应用。从厨房用品到航天飞机上的重要部件，PTFE让许多创新的应用变成了可能。

      虽然PTFE（特氟龙®）标志着材料科学领域的一次革命性突破，这仅仅是漫长且艰难的商业化和广泛应用之路的开始。最初的挑战不仅仅是发现了一种新材料，还要弄清楚如何实现规模化生产以及如何应用在不同领域。单体的合成和PTFE的控制聚合这些过程尚未完全发展，使得大量生产PTFE或者以一种可行的方式生产它变得困难。虽然材料的独特属性在最终应用中是有益的，但也在制造过程中带来了很大的挑战。PTFE不像其他典型的塑料，它不溶于溶剂、酸或碱，并且不会融化成可流动的液体。相反，加热时会变成一种硬的、透明的凝胶，不像塑料那样可以融化流动。为了克服这些挑战，科学家和工程师们伤透了脑筋，只能参考其他领域的工艺，例如调整金属和陶瓷加工的技术。为了塑形PTFE，采用了从陶瓷加工借鉴来的一种称为膏体挤出的工艺。尽管传统的模塑和成型技术在PTFE的加工上有一定难度，但还是可以能制造出PTFE部件。到了1947年，大量的研究和尝试有了成果，在新泽西州阿灵顿建立了小规模生产设施。这标志着Teflon®从实验室开始走向市场。1950年，杜邦在西弗吉尼亚州帕克斯堡开设新工厂，大幅扩大了Teflon®的商业生产。同年这项技术跨越大西洋，帝国化学工业公司在英国建立了美国以外的第一家PTFE工厂。     

       膨体聚四氟乙烯(ePTFE)也是在非常偶然的情况下于1969年被发现，它的发现者是戈尔公司（Gore）。鲍勃·戈尔（Bob Gore），ePTFE的发现者，美国戈尔公司创始人威尔伯特（"比尔"）L. 戈尔(Wilbert L. (Bill) Gore)的儿子。老戈尔于1912年出生于爱达荷州的默里迪安。他的年少时光大部分是在犹他州的盐湖城度过的，分别于1933年和1935年从盐湖城的犹他大学获得了化学工程学士学位和化学硕士学位。1935年，他与吉纳维芙·沃尔顿（Genevieve Walton）结婚，吉纳维芙也成为了老戈尔一生的商业伙伴。这两口子对户外活动都有着很深厚的热爱。 

     1941年，比尔·戈尔受雇于杜邦公司，他被分派到公司的聚合物、树脂和塑料研发工作中。二战期间，由于PTFE被列入保密令，杜邦被禁止开发商业化的PTFE产品。1946年保密令解除，比尔·戈尔在接下来的12年里一直致力于PTFE的开发，以寻找Teflon® PTFE的应用，工作的重点包括解决四氟乙烯聚合物聚合和加工的基本问题，以及寻找产品的最终用途和新的市场。

      20世纪50年代的杜邦只是一家基础材料供应商，并没有现在这样生产很多成品，没有向产业链的下游延伸。作为成立超过150年的公司，杜邦的文化很传统，缺少了创新的环境。比尔·戈尔觉得有必要换一换环境了。因此在1958年他离开了杜邦，和老婆一块创办了自己的企业--W.L. Gore and Associates，也就是现在的戈尔公司。

      戈尔公司的第一个商业上成功的产品是PTFE绝缘线缆，在公司的前10年里，该产品是戈尔公司销售的核心，因其在国防工业和新兴的计算机领域的高性能而得到广泛认可，在阿波罗太空计划的登月任务中也得到应用。在20世纪60年代末，W.L. 戈尔已经是一家成功的电线电缆供应商。

戈尔公司的第一款产品-PTFE绝缘线缆

鲍勃·戈尔（小戈尔），于1959年获得特拉华大学化学工程学士学位，随后又在明尼苏达大学获得了硕士和博士学位，于1961年加入公司董事会，并于1963年开始全职工作。

随着竞争的增加和其他公司开始生产类似的电缆，老戈尔决定寻找降低成本和开发新产品的方法。老戈尔认为，如果能找到一种拉伸PTFE材料的方法，或许能够削减成本，他的想法是将空气引入聚合物结构中，创建一种PTFE发泡形态，就可以相同体积下使用更少的材料，电缆的成本就会降低。PTFE是一种热塑性塑料，不可熔融加工，所以拉伸很困难。小戈尔尝试将PTFE棒材放入烤箱中，并手工拉伸加热后的棒材。但无论小戈尔使用什么温度或以何种速率拉伸，棒材都会断裂，好沮丧......

在1969年的一个深夜，小戈尔依旧沉浸在沮丧情绪中。在高温下实验过程中，拉伸越仔细，它断裂得就越容易，这简直了，反直觉！瞬间就上头了，使出全身力气猛地一拉以发泄情绪，没想到却发现没有断，反而拉伸了十几倍！喜出望外啊！被拉伸后的PTFE不仅具有原来的化学惰性和高温稳定性，而且由于其独特的微孔结构，还有极佳的透气性和耐水性--膨体聚四氟乙烯（ePTFE）诞生了！至此，戈尔公司的命运被改写了，被注册为Gore-Tex商标的膨体聚四氟乙烯 （ePTFE）彻底改变了W.L. Gore & Associates的发展轨迹，催生了数百种产品，将产品线扩展到了高性能户外装备、医疗器械、过滤系统、电子电器和工业应用等领域，使其在材料科学领域成为一家真正的创新者和领导者。此外，Bob Gore对户外活动的热爱也使得他特别满足于ePTFE在户外装备中的使用。ePTFE可以满足户外活动对耐久性、保护性和舒适性的高要求，这与他和家人的户外生活爱好不谋而合，也成就了戈尔公司最为知名的品牌。

科学探索中的“意外”有时候可能会开启全新的世界，有时候，最伟大的发现往往来自于最不被期待的地方！