Нановолокна из политетрафторэтилена (фторопласта-4)

Ранее уже сообщалось, что на нашем предприятии разработана и внедрена технология получения микроволокон из фторопласта-4. Получение же нановолокон из политетрафторэтилена (ПТФЭ, фторопласт-4) представляет собой значительно более сложную научную и технологическую задачу из-за уникальных свойств этого полимера. 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 сложный процесс даже в лабораторном варианте. Извлечение нановолокон из плёнок 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, далёких от нанометрических.

Предприняты попытки и получены в лабораторном варианте методом электропрядения нановолокна, близкие по свойствам к ПТФЭ, из плавких фторполимеров 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 масштабирования их производства.

На нашем предприятии решена и эта проблема. Мы получили нановолокна из Ф-4 и освоили их производство в серьёзных масштабах. Это очень мягкие, почти воздушные волокна длиной 30–50 мм и диаметром 30–100 нм.

Почему так важны нановолокна из фторопласта-4

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 счёт низкого сопротивления потоку + высокой эффективности благодаря наноразмерам волокон.
Термоизоляция для экстремальных условий
- Лёгкая термоизоляция для аэрокосмических аппаратов;
- Защиты электроники в условиях перегрева;
- Теплоизоляции трубопроводов с агрессивными средами;
- Работа в вакууме или при высоком давлении.
Нановата — 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 + 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 лотоса» достигается 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, нановата из фторопласта-4 — это не просто «лёгкий тефлон», а прорывной материал! Он может заменить множество современных материалов.