聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)（PTFE）：為(wei)什(shen)麽密封(feng)性(xing)好？

分(fen)別(bie)采(cai)用物理吸附(fu)（Autosorb iQ）和原子力顯微(wei)鏡(jing)（Tosca 400 AFM）兩種(zhong)不同(tong)的(de)測(ce)量(liang)技術對聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)進(jin)行(xing)表征(zheng)，分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)其(qi)比(bi)表面(mian)積和表面(mian)形(xing)貌(mao)。用聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)粉末進(jin)行(xing)比表(biao)面(mian)積測(ce)試，用白色聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)膠(jiao)帶進(jin)行(xing)表面(mian)形(xing)貌(mao)測(ce)試。測(ce)試結(jie)果(guo)如表1所(suo)示。

表(biao)1：PTFE測(ce)量(liang)結果(guo)

使用Autosorb iQ儀器(qi)，稱樣(yang)量(liang)約(yue)2 g，樣(yang)品管(guan)為9mm大(da)球(qiu)泡樣(yang)品管(guan)，測(ce)試氣(qi)體(ti)N₂ ，測(ce)試溫度(du)77K，用氦(hai)氣測(ce)量(liang)樣(yang)品管(guan)的(de)自(zi)由體積進(jin)行(xing)物理吸附(fu)測(ce)試。樣(yang)品脫氣處(chu)理條件(jian)為(wei)343K脫氣3小時。在(zai)相(xiang)對壓(ya)力（P/P₀）為(wei)0.1-0.25範(fan)圍內(nei)取(qu)值進(jin)行(xing)比表(biao)面(mian)積計(ji)算(suan)。

切割壹(yi)塊1cm×1cm大(da)小的(de)聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)膠(jiao)帶用於(yu)AFM測(ce)量(liang)。Tosca AFM儀器(qi)在輕(qing)敲模式(shi)下(xia)操(cao)作(zuo)，以捕捉(zhuo)特征高度和特征相(xiang)位(wei)對比(bi)。輕敲(qiao)模式(shi)使用的(de)懸(xuan)臂(bi)為(wei)安東(dong)帕公司(si)的(de)Arrow-NCR10矽(gui)傳感(gan)器，標(biao)稱共振(zhen)頻率(lv)為285 kHz，力常數為42 N/m。懸臂(bi)長度(du)為(wei)160 µm，寬(kuan)度為(wei)45 µm。掃描(miao)分(fen)辨(bian)率(lv)設(she)置(zhi)為(wei)400時的(de)圖(tu)像掃描(miao)速率(lv)為~0.5 Hz。AFM所有的(de)測(ce)量(liang)都是(shi)在(zai)室(shi)溫環(huan)境(jing)下(xia)進(jin)行(xing)。

3結果討論

物(wu)理吸附(fu)（Autosorb iQ）
通常在恒定溫度(du)下(xia)，使用氮氣(qi)分(fen)子作(zuo)為(wei)分(fen)子探針(zhen)，吸(xi)附(fu)在材(cai)料的(de)內(nei)外表(biao)面(mian)（即N2 77K）。在(zai)吸(xi)附等(deng)溫線的(de)發(fa)生單(dan)層吸(xi)附(fu)的(de)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)取(qu)值計(ji)算(suan)比(bi)表(biao)面(mian)積值(zhi)。BET理論的(de)詳細解(jie)釋可(ke)以在其(qi)他(ta)相(xiang)關(guan)文獻(xian)中(zhong)找到(dao)[3]。具(ju)有(you)良好密封(feng)性(xing)能的(de)材(cai)料通常具(ju)有(you)較低的(de)比(bi)表面(mian)積值(zhi)（＜10 m2/g）。兩(liang)個(ge)PTFE粉末比表(biao)面(mian)積測(ce)試結(jie)果(guo)圖(tu)如圖(tu)3所示，平均(jun)值為(wei)2.59 m2/g。如此小的(de)比(bi)表面(mian)積值(zhi)通(tong)常代(dai)表(biao)材(cai)料是(shi)非(fei)多(duo)孔(kong)材(cai)料，例如PTFE。

圖(tu)3：PTFE比表面(mian)積圖(tu)

原子力顯微(wei)鏡(jing)（AFM）
AFM可(ke)以表征材料的(de)表(biao)面(mian)形(xing)貌(mao)和粗(cu)糙度，並可(ke)以在納米尺(chi)度上檢(jian)查(zha)材(cai)料是(shi)否有(you)雜質(zhi)或不均(jun)勻的(de)存(cun)在。PTFE三維表面(mian)形(xing)貌(mao)如圖(tu)4所示。PTFE膠(jiao)帶的(de)RMS粗(cu)糙度為170 nm。圖(tu)中顯示(shi)出(chu)聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)膠(jiao)帶的(de)纖(xian)維結構(gou)。表(biao)面(mian)形(xing)貌(mao)對於(yu)了(le)解(jie)膠(jiao)帶的(de)某(mou)些(xie)性能很重(zhong)要，例如手感(gan)、平滑度、是(shi)否含有(you)纖(xian)維結構(gou)或(huo)雜質(zhi)等(deng)。

圖(tu)4：10 µm×10 µm的(de)AFM三(san)維形(xing)貌(mao)（正向(xiang)追(zhui)蹤(zong)），顯(xian)示出纖維結構(gou)

根據AFM圖(tu)，從(cong)垂(chui)直於(yu)纖(xian)維的(de)二維表面(mian)輪廓(kuo)測(ce)得纖維的(de)平均(jun)寬(kuan)度和平均(jun)高度分(fen)別(bie)為(wei)330 µm和480 µm。
結合(he)兩(liang)種表征(zheng)技術，闡明了為什麽聚四氟(fu)乙(yi)烯(xi)具(ju)有(you)良好的(de)密封(feng)性(xing)能。低比(bi)表面(mian)積（低孔(kong)隙率(lv)）阻(zu)礙了氣(qi)體或(huo)液(ye)體(ti)的(de)侵(qin)入。這種特性與(yu)膠(jiao)帶具(ju)有(you)的(de)纖(xian)維特性結(jie)合(he)，使膠(jiao)帶能夠(gou)拉伸緊(jin)密的(de)包(bao)裹縫(feng)隙。PTFE的(de)高熔點和低導熱(re)系(xi)數也(ye)使它適(shi)用於(yu)高溫密封(feng)。

4結(jie)論(lun)

本文展(zhan)示(shi)了(le)如何結合兩(liang)種(zhong)不同(tong)的(de)材(cai)料表征(zheng)技術（物理吸附(fu)和AFM），以得到(dao)完整(zheng)的(de)PTFE膠(jiao)帶的(de)結(jie)構(gou)信(xin)息。這種組合的(de)表(biao)征方法可(ke)以擴(kuo)展到(dao)其(qi)他(ta)相(xiang)似(si)的(de)材(cai)料，使材料的(de)物(wu)理屬性(xing)與應(ying)用結合(he)起(qi)來(lai)。