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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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).

7. 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.
8. 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.
9. 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.