膨體聚四氟乙烯防水透氣材料提高電子零部件的可靠性

徐志梁，胡群義

（浙江賽迅環保科技有限公司，浙江 湖州 313099）

近年來，中國電子工業持續高速增長，帶動電子元器件產業強勁發展。中國許多門類的電子元器件產量已穩居全球第一位，電子元器件行業在國際市場上占據重要的地位。國內外電子信息產業的迅猛發展給上游電子元器件產業帶來了廣闊的市場應用前景。汽車電子、掌上電腦（PDA）、互聯網和物聯網應用產品、機頂盒等產品的迅速啟動及飛速發展，極大地帶動中國電子元器件市場的發展。在通訊類產品中，移動通信、光通信網絡、普通電話等都需要大量的元器件。另外，計算機及相關產品、消費電子產品等領域的需求依然強勁，這些都將成為中國電子元器件市場發展的動力。

3.構建資金計劃管理責任體系。通過年度資金和月度資金計劃，明晰相關部門和相關工作人員在資金管理上的工作態度和工作方向，規定工作目標和工作時間，建立考核方案，并將考核結果融入到年度考核結果中。

隨著科學技術的發展以及電子產品使用環境的多樣化，電子元器件的密封可靠性面臨著越來越大的挑戰，也對電子元器件的防護提出了越來越高的要求。膨體聚四氟乙烯防水透氣材料在傳感器、氣體探測器、新能源電池、汽車電子零部件、風電和太陽能電子零部件、水下設備和測試儀器等領域的廣泛應用，保障了電子零部件的有效運行和可靠性。

浙江賽迅環保科技有限公司研發的膨體聚四氟乙烯（e-PTFE）材料防水透氣材料已投放市場，產品已廣泛應用于環保、電力、電子等行業。為更好掌握這類材料的性能，本文根據電子零部件對防水透氣材料的要求、應用場景和實際使用需求，以及e-PTFE 材料的特性，對e-PTFE 防水透氣材料在電子元器件中的應用前景進行分析，為這類材料在相關領域科學、合理的應用提供參考。

1 電子元器件運行可靠性的影響因素

所有電子零部件（如電動機、控制單元、傳感器、壓縮機或泵中的電子零部件)和日益普及的主動安全系統傳感器都會受應用場景和功能要求的雙重挑戰。多數電器設備安裝在可能損害電子零部件性能的惡劣環境中，如惡劣天氣、潮濕環境、密集粉塵和其他污染物、凝露、高壓噴射水、沖擊和振動等。有的電子器件還受電子設備內部溫度和壓力變化的影響，巨大的溫差或壓差可能會嚴重損壞保護敏感電子設備的密封圈和密封組件，從而導致污染顆粒和液體侵入，對電子零部件產生腐蝕并縮短其使用壽命。

浙江賽迅環保科技有限公司e-PTFE 防水透氣產品目前主要為汽車車燈防水透氣膜和小家電防水防塵膜等，已廣泛應用于汽車、電子等行業。相關產品性能參數見表1。

鑒于PE閃爍液已經推廣應用且效果良好，選擇PE閃爍液所用的試劑進行自主配制，并進行一系列試驗，以期求得能夠代替PE閃爍液的最佳配方。

混合動力或純電動汽車從海拔570 m 到海拔1370 m 的30 min 車程中，其高壓蓄電池(容積約150 L)會形成9 kPa 的正壓，而下山過程高壓蓄電池會形成9 kPa 的負壓，其外殼長時間承受這樣的高載荷，致使外殼無法密封，對高壓蓄電池造成損壞。

此外，電動車中高性能電子設備和電池的溫度管理也是一個重大的挑戰。這些部件在一定的溫度范圍內工作才能達到最佳性能，而運行時產生的熱量使這些部件的溫度變得非常高，需要通過移走熱量進行溫度管理，以保障相關設備的安全運行。

因此只需測得主固結完成后的剪切模量GPrimary，土層形成的時間tc和該土層深度的圍壓P，就能得到現場不同深度剪切模量GField的值。將公式(16)所得到的值代入公式(10)即可得到不同深度下樁周負摩阻力的值。

近年來，LED 路燈[2]、5G 通信技術、光伏發電等迅速發展，要求戶外電子設備在嚴苛工作環境下穩定可靠地運行。戶外晝夜溫差、四季溫差都比較大（-40 ℃～50 ℃），特別一些沿海地區的空氣濕度較高，相對濕度室外最大為95%(25 ℃)。LED 路燈在白天開啟，尤其在夏天酷熱的情況下，溫度的快速上升會在光源腔殼體內形成至少10 kPa 的正壓，殼體內空氣膨脹。當夜間溫度降低，特別是冬季溫度快速下降會引起殼體內至少7.5 kPa 的負壓，形成吸水效應，尤其空氣中相對濕度比較大時，易發生冷凝現象，造成光源腔殼體內出現積水現象，進而造成線路故障、零件銹蝕等問題。

2 電子零部件防水透氣防護方案

e-PTFE 防水透氣材料主要通過有效阻隔水汽、油污、灰塵等污染物質和平衡電子零部件的溫度和壓力變化，保證電子零部件的密封性，從而保障其有效運行和可靠性。由于電子產品使用環境的多樣化和應用領域的不同，要求也不一樣，故需要根據應用場景和防護等級，選擇最佳的透氣性能組合和防護方案。

2.1 新能源汽車電子零部件防水透氣解決方案

汽車電子零部件易受惡劣環境條件影響。新能源汽車運行過程中產生的熱量對這些敏感的高性能電子元器件造成的影響要超過對傳統內燃機車輛電子設備造成的影響。較高的工作溫度和電子設備外殼的超大尺寸使得汽車制造商和供應商更難以平衡溫度和壓力。動力系統的敏感電子元器件，例如電動機、高性能電子設備、充電器、啟動和停車發電機等，必須要耐受較大的溫差和壓差。

新能源汽車動力電池配置防水透氣閥可以提升電池使用的安全性并延長使用壽命。如果采用高能量密度的三元體系電芯，從安全性方面考慮，通常會選用具有定向快速泄壓功能的防爆閥；如果采用磷酸鐵鋰電芯，由于其自身熱穩定性高，加上成本因素制約，多選用普通防水透氣閥。在防護等級上，汽車用防水透氣閥通常選擇IP67 及以上防護等級產品，如防護等級IP67、IP68。若考慮洗車時高壓水槍誤作用的影響，可再增加防護等級IP6K、9K 要求[3]。

研究組在此基礎上，當患者生命體征穩定后應用高壓氧治療，方法：應用高壓氧艙，壓力控制在0.2 MPa，戴面罩吸純氧，吸入60 min后，休息10 min，之后再吸入30 min，減壓20 min，每日治療1次。1個療程為10次，共治療2～3個療程。

2.2 智能設備傳感器防水透氣解決方案

避雨拱棚搭建方法：在原葡萄架水泥立柱頂端加固1根長0.8 m的支柱，使其高度達到2.5 m，水泥立柱頂端加固1根1.5～1.7 m的橫梁，橫梁兩端和立柱頂端各拉1道10#鐵絲，用竹片做拱，跨度1.6 m，竹拱兩端固定在鐵絲上，竹拱間距0.6～1.2 m。竹拱與竹拱間用鐵絲連接并扶正，每畝需碗口粗的竹竿10根，用于地兩頭水泥柱的固定。兩頭用地錨拉緊固定。薄膜用竹片加壓以及拉繩固定在搭架的竹拱上，膜的兩側卷細竹竿捆在拉緊的鐵絲上。每間隔7 m，用布條將棚膜固定在葡萄老藤蔓上，防止風大揭棚。搭建完成后，行與行的空隙為30 cm，這樣可保證東西向的陽光照到葡萄樹。

而通過“學習任務群”，則能將割裂的學習內容和教學有機聯系起來，將瑣碎的日常教學聚焦于任務群的大目標下，實現教學內容和任務之間的打通。變單一的文本講解和知識傳授為立足學生核心素養培養的多元角度。如強化教材每個板塊總結中的綜合學習活動，重視選修教材對必修內容的拓展補充作用，甚至教材每一板塊學習前的導語等。

2.3 汽車燈具防水透氣解決方案

汽車照明系統作為車輛夜間行駛必不可少的電氣設備，其主要用途是照亮前方的道路及發出安全信號，對汽車夜間或雨霧天行駛安全性起著至關重要的作用。在日常的行駛過程中，車前大燈面臨著不斷變化的環境條件，無論是普通的鹵素大燈，帶LED 燈組的大燈，還是氙氣大燈，均需確保免受灰塵、污物、沉積物和凝露的影響，始終能夠給駕駛員帶來清晰的視野。要使車前大燈得到可靠保護，如何在防止其內部形成凝露并阻止污物和水進入的同時又能均衡燈罩內壓力，是長期困擾汽車制造商和供應商的一個難題。

近年來，癌癥的發病率呈現出不斷上升的趨勢，對患者的身心健康造成嚴重影響[1]。因此若不能給予患者有效的疼痛管理措施，將會引起疼痛加劇，導致患者出現抑郁、焦慮、失眠等癥狀，導致患者的生活質量顯著下降[2]。規范化的疼痛管理晚期癌癥患者康復治療中的重要措施，是對患者實施早期腸內營養的前提，有利于促進患者早期下床活動[3]。本文就規范化疼痛管理在腫瘤晚期疼痛患者中的實施與效果進行深入分析，具體如下。

戶外照明設備通常為工業/商業戶外照明、應急照明、戶外裝飾照明、娛樂照明、船舶照明等，其鎮流器和變壓器等電子設備面臨的問題如下：

筆者主要探討醫藥市場營銷專業課程體系應該如何完善、人才培養模式應該如何改革，參考標桿院校市場營銷專業的人才培養模式與課程體系設置，目的在于引進標桿院校的先進教學管理理念，進一步完善醫藥市場營銷專業的培養方案。

e-PTFE 材料膠黏式防水透氣產品在受到燈具內部溫度變化產生壓差后，可實現迅速換氣，有效保證燈內部空氣的流動性，通過對流或擴散方式除去水分。平衡燈具內部的溫度，減少燈具內部冷、熱氣體的對流，消除溫差引起的凝露。此外，e-PTFE 具有極高的耐溫性、耐化學性，以及相當出色的疏水性和疏油性。阻止灰塵、污物、沉積物、洗滌水、雨水、油、潤滑劑、洗滌劑和其他流體進入燈具內部，保證了燈具的美觀和安全性。車燈用e-PTFE 材料相關性能通常為：防水性能≥100 kPa，透氣量≥10 L/（cm2·h）(@7 kPa)，防油等級為5 級［5-6］。

（2）將這次實驗定位為具有較大開放性的全過程探究實驗，在課內只能完成探究方案的設計，課外實施探究活動，實驗結果不能當堂觀察到，不能及時滿足學生的求知欲和好奇心。

2.4 通信設備防水透氣解決方案

通信行業的發展已經從最初較為單一的通話及短信業務發展到現有的上網、購物、休閑娛樂等多樣化的服務。如今，電信設備遍布于各處，這些戶外設備承受著環境溫度迅速波動的影響，同時還會接觸各種顆粒，并經常遭受溫度變化、大風、暴雨甚至暴風雪侵蝕和太陽輻射，使用環境嚴酷。同時通信設備屬于基礎設施，設備若出現問題則影響范圍非常大，且設備安裝位置分散，后期維護困難且成本高，因此對設備的可靠性要求非常高。

電信設備的功能和應用場景不同，對其防護要求和重點也不一樣。塔頂電子設備須防止雨水導致設備內的電子元器件發生腐蝕和短路；小基站通常采用的塑料外殼更容易受到壓力均衡問題的影響；中繼器和回程設備水份的進入會影響覆蓋設備的信號完整性，包括點到點和微波射頻信號；基站電池單元需防止潛在的爆炸，電池釋放的氫氣必須有一個出口，在建立污染屏障的同時，讓氣流自由進出單元；電調天線馬達暴露于液體和其他污染物時，其機械部件會腐蝕失靈；溫度的快速變化會造成塔頂傳感器內部出現真空，從而導致密封失效，水汽進入并凝結在傳感器罩面上，阻擋陽光，從而影響傳感器的測量精度。為此，選擇e-PTFE 防水透氣材料的主要功能是防水和透氣，其關鍵性能指標是防水能力和透氣量。防水能力主要和閥體生產工藝和透氣膜的防水能力有關，可以達到IP65、IP66、IP67 甚至更高的防護等級。防護等級的選擇和設備的應用環境有關，一般的風吹雨淋環境要求IP65 即可，如有浸水的環境，則需考慮IP67 或更高的防護等級。透氣量的選擇主要與設備殼體體積、最大溫差等密切相關，膜透氣量通常≥10 L/（cm2·h）(@7 kPa[7]。

2.5 太陽能系統防水透氣解決方案

光伏發電是當今世界利用太陽能最主要的一種方式。當今全球面臨嚴重的環境危機，光伏發電從資源可持續性和環境友好這兩個角度均具有顯而易見的優勢。作為全球新興行業的一個重要代表，光伏發電長期來看具有廣闊發展前景。隨著新技術的開發和效率的提高，太陽能行業正在經歷飛速的變化，相關電子設備也變得更加復雜。同時，太陽能系統的使用壽命通常超過20 年，勢必要求提升太陽能系統電子設備的可靠性，免受嚴酷環境條件的影響。

從每天日出開始，太陽能電池就會產生源源不斷的能量，同時其內部溫度也會隨之升高。當內部溫度快速變化時，會形成壓差，有時高達20 Pa。壓差變化會導致在外殼密封圈中產生很大的應力，并最終使其失效，水分和其他污物進入外殼。凝露的危害比雨水更大，因為它們會一直留在表面。凝露會造成腐蝕，進而損壞透鏡、太陽能電池和外殼。此外，盡量減少透鏡變形并保持其清晰度是保證設備高效的關鍵。

選擇e-PTFE 防水透氣材料，其防水能力主要與閥體生產工藝和透氣膜的防水能力有關，采用卡扣型、螺紋型防水防塵透氣產品通過均衡壓力，讓流動空氣持續穿過透氣膜以降低IP65 等級（或更高等級）外殼密封圈的應變，保證太陽能系統的穩定可靠運行[8]。

近年來隨著互聯網、物聯網技術和材料技術的不斷發展，2020 年約有250 億～300 億個電子設備以無線連接方式，用于和其他聯網設備或操作者交換數據并執行多重任務。例如，自動灌溉系統轉動太陽能電池板以盡可能多地獲取陽光，為商用和農用灌溉系統測量濕度和土壤水分；主動安全技術通過汽車和重型設備的主輔助系統以提高車輛的安全性；控制生產流程以確保產品質量，甚至還能管理庫存；創建智慧城市網絡以提高交通流量、控制停車和行人區照明、評估能耗以及監測天氣和空氣質量等。同時，戶外智能電子設備和智慧健康等給人們的生活帶來了很多便利。比如智能門鈴，其具有視頻通話、拍照存檔、遠程監控、人臉識別、防拆報警、紅外夜視等功能，可以全天候守衛家庭安全。這些智能設備通常都配備傳感器來實時收集數據——從工業濕度傳感器和氣體泄漏探測器到地震勘測設備內的加速度計，不一而足，而電子設備數據的可靠性則取決于收集數據傳感器的可靠性。

2.6 戶外照明設備防水透氣解決方案

車前大燈中的水分來源主要有：（1）溫差引起的凝露，此過程中產生的水分約占車前大燈水分的80%；（2）滲透，外部水汽長期通過塑料不斷進行擴散，從而進入外殼內部；（3）防水透氣產品本身，水分通過它進出車前大燈。

（1）失效的密封：當密封的殼體暴露于迅速、極端或反復變化的環境條件下，溫度的極端變化（炎熱的晴天突降暴雨）、海拔變化（運輸）或內部熱源的持續加熱和冷卻循環，均會導致密封殼體內產生壓差。隨著時間推移，會使密封失效，導致殼體吸入潮氣以及灰塵、污垢和其他顆粒物等污染物。

（2）水汽通過擴散進入殼體：指水汽通過分子的自然運動穿過聚合物殼體壁的過程。當水汽進入密封殼體又無法逸出時，就會凝結成液態。凝露留在密封殼體內，會影響透鏡功能，腐蝕敏感的電子設備和電池觸點。為此，所有這些都要求針對污染物和冷凝現象提供更加有力的保護。

采用e-PTFE 防水透氣材料解決戶外照明燈具凝露和污染問題：提供迅速的壓力平衡和釋放，從而延長密封壽命；通過更有效的水汽擴散使凝露降至最少；防止灰塵、污垢和碎屑等污染物進入燈具；高效透氣消除了對額外加固部件的需求，降低了重量，節省費用。采用IP66 防護等級的防水透氣膜通過CIE 154 和IEC 60529 的評估，確保60000 h 的使用壽命[9]。

觀察指標：根據對患者的隨訪的記錄，觀察患者的種植修復牙齒是否有松動、脫落以及疼痛和影像學檢測異常的情況，一旦含有以上的一種或者多種都屬于治療失敗的結果。

3 e-PTFE 防水透氣產品及國內外應用研究現狀

e-PTFE 是新一代防水透氣材料，在國際市場有出色表現的企業和產品主要有: 美國戈爾公司的GORE-Text 產品、美國COLUMBIA 公司的OMNI-TECH 產品、美國FBA 國際集團的FIRSTTEX、EVENT 產品和德國JACKWOLFSKIN 公司的TEXPORE 防水透氣材料，相關產品主要應用于紡織面料。國外公司的技術和產品性能在防水透氣材料應用中處于領先地位，尤其美國Gore 公司于20 世紀80 年代發明了拉伸法制備e-PTFE，這是目前制備e-PTFE 的主要方法[10-11]。

GORE?防水透氣產品可有效管理移動和戶外電子設備外殼、包裝和汽車零部件中的內部壓力——延長使用壽命，提高可靠性并防止可能造成部件失效的變形現象。相關產品在傳感器、氣體探測器、新能源電池、汽車電子零部件、風電和太陽能電子零部件、水下設備和測試儀器等領域得到廣泛應用。美國Gore 公司相關產品有[12]：適用于車外照明的GORE?汽車防水透氣產品AVS120、AVS113、AVS2/5、AVS600/601/602、AVS118/119；適用于汽車電子器件的GORE?汽車防水透氣產品AVS14、AVS67、AVS70、AVS200、AVS247S、AVS248S、AVS245S、AVS251S、AVS255S、AVS252S、AVS254S、AVS47、AVS49、AVS50、AVS51、AVS52和AVS26、AVS108、AVS39、AVS28、AVS29；汽車電驅系統AVS41 系列（產品編號VE2048）；汽車聲學透氣產品（AVS700 和AVS701）；適用于氣體傳感器的GORE?高性能膜GPM5600422、GPM450 0274、GPM3000165、GPM2400165、GPM2500169、GPM2200117、GPM0070229；適用于戶外電子設備的GORE?防水透氣產品VE7、VE8、VE9；適用于手持式電子設備防水防塵透氣產品GORE?GAW333、GAW334、GAW337、GAW338、GAW111、GAW112 等。

e-PTFE 防水透氣膜能夠在平衡氣壓的同時無損電子傳感器的性能。根據具體的應用要求（如最大透氣量、防護等級、極限溫度、外殼所需達到的標準以及外殼尺寸等）進行設計制造，并根據相關功能和應用場景，確定防護材料、外殼結構和安裝方式類型（焊接、背膠、螺紋或卡扣式）[4]。以智能門鈴為例，其主要的功能電子器件有高清攝像頭、麥克風、揚聲器和紅外傳感器等，為了保護這些電子器件，智能門鈴的整機必須具備防噴射IPX5 級的防水能力。對于一些易進水且對聲音傳輸有要求的產品（如手機、對講機、汽車喇叭、蜂鳴器、GPS、戶外揚聲器等），通常采用低阻聲學材料減少傳輸損耗（聲音傳輸最大損失小于2～4 dB@1 kHz）。

國內防水透氣產品主要為采購國外的防水透氣膜進行后加工，相關研究也比較滯后，自戈爾相關產品在國內推廣應用，推動了相關研究和應用[1-4，7]。隨著電子、人工智能、新能源汽車的快速發展，加快防水透氣產品的材料和應用場景研究很有意義。

4 e-PTFE 防水透氣膜的研制

有資料表明[1]，在車輛運行過程中，新能源汽車逆變器外殼(容積約16 L)的溫度可達到70 ℃。洗車時溫度為8 ℃～10 ℃的冷水會噴射到汽車底部，使逆變器在5 min 內冷卻至40 ℃，這種溫差會造成約9 kPa 的真空度。真空會對密封圈產生極大的應力，經過一段時間后，密封圈將發生泄漏。其后果是清潔劑、油、化學品和水等物質進入逆變器外殼，對敏感的電子設備造成損壞。

4.1 生產工藝

防水透氣膜制備工藝主要為：物料在制坯機上壓制成圓柱形初坯，擠出，經過推擠、壓延、脫油、單向拉伸和防油處理等。具體流程見圖1。

圖1 防水透氣膜生產工藝流程

4.2 技術關鍵

4.2.1 樹脂的選擇

聚四氟乙烯（PTFE）樹脂有懸浮樹脂和分散樹脂，分散樹脂具有成纖性，在剪切力的作用下細粉顆粒之間能夠形成一定強度的絲網結構。分子呈電中性，粒子間的凝聚力低，分子鏈受到很小的剪切作用就會沿粒子長軸方向排列，形成線形結晶，而且燒結成型后的分散聚四氟乙烯較懸浮聚四氟乙烯的結晶度大，在稍高于熔點溫度如340 ℃～360 ℃燒結就可得到較好的強度[13]。另外，由于懸浮聚四氟乙烯顆粒之間的黏合性和成型性差，難以滿足加工成片材的要求。

在相同的加工工藝條件下，隨著分子量和分子鏈長度增加，分子間的纏繞越厲害，分子間的作用力增加，分子鏈被拉開成纖維的結構也越多，其微觀結構和力學性能更加優異。為此，采用巨化集團公司生產的超高分子量聚四氟乙烯分散樹脂，使產品具有優良的物理化學性能和力學性能。PTFE 微孔膜樹脂應選用分子量分布均勻、結晶度高的PTFE 樹脂，一般結晶度最好在98%以上，分子量在（800～1000）萬，采用此種規格的PTFE 原料制備的膜及其制品具有優良的物理和化學性能。

4.2.2 拉伸工藝控制

在恒溫恒濕環境下進行混合、熟化和特殊前處理，使產品的力學性能、纖維的微觀結構穩定均勻。對模頭進行重新設計，改進擠出過程中的模頭，改變PTFE 薄膜的厚度以及橫縱長度，進而調節PTFE 雙向拉伸工藝以改變PTFE 多孔膜的孔形狀，結合熟化PTFE 的非線性流變特性，優化拉伸過程中的工藝參數，制備可控孔隙率和高力學強度的PTFE 多孔膜材料。縱向拉伸倍數為2.0～4.0 時，PTFE 多孔膜產品的微觀結構和力學性能優異。

4.2.3 防油處理

在電子元器件中，e-PTFE 防水透氣材料的防油等級在6 級以上，選擇合適的表面活性劑和相關工藝是關鍵。采用含氟表面活性劑對PTFE 膜進行防油處理，同時還要關注歐盟有關全氟和多氟烷基物質（PFASs)限制提案的進展。

5 結語

e-PTFE 防水透氣材料具有極高的耐候性、耐化學性、結構穩定性、疏水性和疏油性等。使用該材料的防水透氣閥具備良好的防水透氣性能，還能有效阻隔油污、灰塵等污染物質，同時通過平衡電子零部件的溫度和壓力變化，保證電子零部件密封性，保障電子零部件的有效運行和可靠性。

隨著我國電子行業的飛速發展，對電子零部件的需求和性能要求提升，必將為e-PTFE 防水透氣產品提供更廣闊的前景。在選擇防護方案時要根據應用場景和防護等級進行設計制造，并根據相關功能和應用場景，確定防護材料、外殼結構和安裝方式類型（焊接、背膠、螺紋或卡扣式），選擇最佳的透氣膜性能組合和防護方案。