膨体聚四氟乙烯防水透气材料提高电子零部件的可靠性

徐志梁，胡群义

（浙江赛迅环保科技有限公司，浙江 湖州 313099）

近年来，中国电子工业持续高速增长，带动电子元器件产业强劲发展。中国许多门类的电子元器件产量已稳居全球第一位，电子元器件行业在国际市场上占据重要的地位。国内外电子信息产业的迅猛发展给上游电子元器件产业带来了广阔的市场应用前景。汽车电子、掌上电脑（PDA）、互联网和物联网应用产品、机顶盒等产品的迅速启动及飞速发展，极大地带动中国电子元器件市场的发展。在通讯类产品中，移动通信、光通信网络、普通电话等都需要大量的元器件。另外，计算机及相关产品、消费电子产品等领域的需求依然强劲，这些都将成为中国电子元器件市场发展的动力。

3.构建资金计划管理责任体系。通过年度资金和月度资金计划，明晰相关部门和相关工作人员在资金管理上的工作态度和工作方向，规定工作目标和工作时间，建立考核方案，并将考核结果融入到年度考核结果中。

随着科学技术的发展以及电子产品使用环境的多样化，电子元器件的密封可靠性面临着越来越大的挑战，也对电子元器件的防护提出了越来越高的要求。膨体聚四氟乙烯防水透气材料在传感器、气体探测器、新能源电池、汽车电子零部件、风电和太阳能电子零部件、水下设备和测试仪器等领域的广泛应用，保障了电子零部件的有效运行和可靠性。

浙江赛迅环保科技有限公司研发的膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）材料防水透气材料已投放市场，产品已广泛应用于环保、电力、电子等行业。为更好掌握这类材料的性能，本文根据电子零部件对防水透气材料的要求、应用场景和实际使用需求，以及e-PTFE 材料的特性，对e-PTFE 防水透气材料在电子元器件中的应用前景进行分析，为这类材料在相关领域科学、合理的应用提供参考。

1 电子元器件运行可靠性的影响因素

所有电子零部件（如电动机、控制单元、传感器、压缩机或泵中的电子零部件)和日益普及的主动安全系统传感器都会受应用场景和功能要求的双重挑战。多数电器设备安装在可能损害电子零部件性能的恶劣环境中，如恶劣天气、潮湿环境、密集粉尘和其他污染物、凝露、高压喷射水、冲击和振动等。有的电子器件还受电子设备内部温度和压力变化的影响，巨大的温差或压差可能会严重损坏保护敏感电子设备的密封圈和密封组件，从而导致污染颗粒和液体侵入，对电子零部件产生腐蚀并缩短其使用寿命。

浙江赛迅环保科技有限公司e-PTFE 防水透气产品目前主要为汽车车灯防水透气膜和小家电防水防尘膜等，已广泛应用于汽车、电子等行业。相关产品性能参数见表1。

鉴于PE闪烁液已经推广应用且效果良好，选择PE闪烁液所用的试剂进行自主配制，并进行一系列试验，以期求得能够代替PE闪烁液的最佳配方。

混合动力或纯电动汽车从海拔570 m 到海拔1370 m 的30 min 车程中，其高压蓄电池(容积约150 L)会形成9 kPa 的正压，而下山过程高压蓄电池会形成9 kPa 的负压，其外壳长时间承受这样的高载荷，致使外壳无法密封，对高压蓄电池造成损坏。

此外，电动车中高性能电子设备和电池的温度管理也是一个重大的挑战。这些部件在一定的温度范围内工作才能达到最佳性能，而运行时产生的热量使这些部件的温度变得非常高，需要通过移走热量进行温度管理，以保障相关设备的安全运行。

因此只需测得主固结完成后的剪切模量GPrimary，土层形成的时间tc和该土层深度的围压P，就能得到现场不同深度剪切模量GField的值。将公式(16)所得到的值代入公式(10)即可得到不同深度下桩周负摩阻力的值。

近年来，LED 路灯[2]、5G 通信技术、光伏发电等迅速发展，要求户外电子设备在严苛工作环境下稳定可靠地运行。户外昼夜温差、四季温差都比较大（-40 ℃～50 ℃），特别一些沿海地区的空气湿度较高，相对湿度室外最大为95%(25 ℃)。LED 路灯在白天开启，尤其在夏天酷热的情况下，温度的快速上升会在光源腔壳体内形成至少10 kPa 的正压，壳体内空气膨胀。当夜间温度降低，特别是冬季温度快速下降会引起壳体内至少7.5 kPa 的负压，形成吸水效应，尤其空气中相对湿度比较大时，易发生冷凝现象，造成光源腔壳体内出现积水现象，进而造成线路故障、零件锈蚀等问题。

2 电子零部件防水透气防护方案

e-PTFE 防水透气材料主要通过有效阻隔水汽、油污、灰尘等污染物质和平衡电子零部件的温度和压力变化，保证电子零部件的密封性，从而保障其有效运行和可靠性。由于电子产品使用环境的多样化和应用领域的不同，要求也不一样，故需要根据应用场景和防护等级，选择最佳的透气性能组合和防护方案。

2.1 新能源汽车电子零部件防水透气解决方案

汽车电子零部件易受恶劣环境条件影响。新能源汽车运行过程中产生的热量对这些敏感的高性能电子元器件造成的影响要超过对传统内燃机车辆电子设备造成的影响。较高的工作温度和电子设备外壳的超大尺寸使得汽车制造商和供应商更难以平衡温度和压力。动力系统的敏感电子元器件，例如电动机、高性能电子设备、充电器、启动和停车发电机等，必须要耐受较大的温差和压差。

新能源汽车动力电池配置防水透气阀可以提升电池使用的安全性并延长使用寿命。如果采用高能量密度的三元体系电芯，从安全性方面考虑，通常会选用具有定向快速泄压功能的防爆阀；如果采用磷酸铁锂电芯，由于其自身热稳定性高，加上成本因素制约，多选用普通防水透气阀。在防护等级上，汽车用防水透气阀通常选择IP67 及以上防护等级产品，如防护等级IP67、IP68。若考虑洗车时高压水枪误作用的影响，可再增加防护等级IP6K、9K 要求[3]。

研究组在此基础上，当患者生命体征稳定后应用高压氧治疗，方法：应用高压氧舱，压力控制在0.2 MPa，戴面罩吸纯氧，吸入60 min后，休息10 min，之后再吸入30 min，减压20 min，每日治疗1次。1个疗程为10次，共治疗2～3个疗程。

2.2 智能设备传感器防水透气解决方案

避雨拱棚搭建方法：在原葡萄架水泥立柱顶端加固1根长0.8 m的支柱，使其高度达到2.5 m，水泥立柱顶端加固1根1.5～1.7 m的横梁，横梁两端和立柱顶端各拉1道10#铁丝，用竹片做拱，跨度1.6 m，竹拱两端固定在铁丝上，竹拱间距0.6～1.2 m。竹拱与竹拱间用铁丝连接并扶正，每亩需碗口粗的竹竿10根，用于地两头水泥柱的固定。两头用地锚拉紧固定。薄膜用竹片加压以及拉绳固定在搭架的竹拱上，膜的两侧卷细竹竿捆在拉紧的铁丝上。每间隔7 m，用布条将棚膜固定在葡萄老藤蔓上，防止风大揭棚。搭建完成后，行与行的空隙为30 cm，这样可保证东西向的阳光照到葡萄树。

而通过“学习任务群”，则能将割裂的学习内容和教学有机联系起来，将琐碎的日常教学聚焦于任务群的大目标下，实现教学内容和任务之间的打通。变单一的文本讲解和知识传授为立足学生核心素养培养的多元角度。如强化教材每个板块总结中的综合学习活动，重视选修教材对必修内容的拓展补充作用，甚至教材每一板块学习前的导语等。

2.3 汽车灯具防水透气解决方案

汽车照明系统作为车辆夜间行驶必不可少的电气设备，其主要用途是照亮前方的道路及发出安全信号，对汽车夜间或雨雾天行驶安全性起着至关重要的作用。在日常的行驶过程中，车前大灯面临着不断变化的环境条件，无论是普通的卤素大灯，带LED 灯组的大灯，还是氙气大灯，均需确保免受灰尘、污物、沉积物和凝露的影响，始终能够给驾驶员带来清晰的视野。要使车前大灯得到可靠保护，如何在防止其内部形成凝露并阻止污物和水进入的同时又能均衡灯罩内压力，是长期困扰汽车制造商和供应商的一个难题。

近年来，癌症的发病率呈现出不断上升的趋势，对患者的身心健康造成严重影响[1]。因此若不能给予患者有效的疼痛管理措施，将会引起疼痛加剧，导致患者出现抑郁、焦虑、失眠等症状，导致患者的生活质量显著下降[2]。规范化的疼痛管理晚期癌症患者康复治疗中的重要措施，是对患者实施早期肠内营养的前提，有利于促进患者早期下床活动[3]。本文就规范化疼痛管理在肿瘤晚期疼痛患者中的实施与效果进行深入分析，具体如下。

户外照明设备通常为工业/商业户外照明、应急照明、户外装饰照明、娱乐照明、船舶照明等，其镇流器和变压器等电子设备面临的问题如下：

笔者主要探讨医药市场营销专业课程体系应该如何完善、人才培养模式应该如何改革，参考标杆院校市场营销专业的人才培养模式与课程体系设置，目的在于引进标杆院校的先进教学管理理念，进一步完善医药市场营销专业的培养方案。

e-PTFE 材料胶黏式防水透气产品在受到灯具内部温度变化产生压差后，可实现迅速换气，有效保证灯内部空气的流动性，通过对流或扩散方式除去水分。平衡灯具内部的温度，减少灯具内部冷、热气体的对流，消除温差引起的凝露。此外，e-PTFE 具有极高的耐温性、耐化学性，以及相当出色的疏水性和疏油性。阻止灰尘、污物、沉积物、洗涤水、雨水、油、润滑剂、洗涤剂和其他流体进入灯具内部，保证了灯具的美观和安全性。车灯用e-PTFE 材料相关性能通常为：防水性能≥100 kPa，透气量≥10 L/（cm2·h）(@7 kPa)，防油等级为5 级［5-6］。

（2）将这次实验定位为具有较大开放性的全过程探究实验，在课内只能完成探究方案的设计，课外实施探究活动，实验结果不能当堂观察到，不能及时满足学生的求知欲和好奇心。

2.4 通信设备防水透气解决方案

通信行业的发展已经从最初较为单一的通话及短信业务发展到现有的上网、购物、休闲娱乐等多样化的服务。如今，电信设备遍布于各处，这些户外设备承受着环境温度迅速波动的影响，同时还会接触各种颗粒，并经常遭受温度变化、大风、暴雨甚至暴风雪侵蚀和太阳辐射，使用环境严酷。同时通信设备属于基础设施，设备若出现问题则影响范围非常大，且设备安装位置分散，后期维护困难且成本高，因此对设备的可靠性要求非常高。

电信设备的功能和应用场景不同，对其防护要求和重点也不一样。塔顶电子设备须防止雨水导致设备内的电子元器件发生腐蚀和短路；小基站通常采用的塑料外壳更容易受到压力均衡问题的影响；中继器和回程设备水份的进入会影响覆盖设备的信号完整性，包括点到点和微波射频信号；基站电池单元需防止潜在的爆炸，电池释放的氢气必须有一个出口，在建立污染屏障的同时，让气流自由进出单元；电调天线马达暴露于液体和其他污染物时，其机械部件会腐蚀失灵；温度的快速变化会造成塔顶传感器内部出现真空，从而导致密封失效，水汽进入并凝结在传感器罩面上，阻挡阳光，从而影响传感器的测量精度。为此，选择e-PTFE 防水透气材料的主要功能是防水和透气，其关键性能指标是防水能力和透气量。防水能力主要和阀体生产工艺和透气膜的防水能力有关，可以达到IP65、IP66、IP67 甚至更高的防护等级。防护等级的选择和设备的应用环境有关，一般的风吹雨淋环境要求IP65 即可，如有浸水的环境，则需考虑IP67 或更高的防护等级。透气量的选择主要与设备壳体体积、最大温差等密切相关，膜透气量通常≥10 L/（cm2·h）(@7 kPa[7]。

2.5 太阳能系统防水透气解决方案

光伏发电是当今世界利用太阳能最主要的一种方式。当今全球面临严重的环境危机，光伏发电从资源可持续性和环境友好这两个角度均具有显而易见的优势。作为全球新兴行业的一个重要代表，光伏发电长期来看具有广阔发展前景。随着新技术的开发和效率的提高，太阳能行业正在经历飞速的变化，相关电子设备也变得更加复杂。同时，太阳能系统的使用寿命通常超过20 年，势必要求提升太阳能系统电子设备的可靠性，免受严酷环境条件的影响。

从每天日出开始，太阳能电池就会产生源源不断的能量，同时其内部温度也会随之升高。当内部温度快速变化时，会形成压差，有时高达20 Pa。压差变化会导致在外壳密封圈中产生很大的应力，并最终使其失效，水分和其他污物进入外壳。凝露的危害比雨水更大，因为它们会一直留在表面。凝露会造成腐蚀，进而损坏透镜、太阳能电池和外壳。此外，尽量减少透镜变形并保持其清晰度是保证设备高效的关键。

选择e-PTFE 防水透气材料，其防水能力主要与阀体生产工艺和透气膜的防水能力有关，采用卡扣型、螺纹型防水防尘透气产品通过均衡压力，让流动空气持续穿过透气膜以降低IP65 等级（或更高等级）外壳密封圈的应变，保证太阳能系统的稳定可靠运行[8]。

近年来随着互联网、物联网技术和材料技术的不断发展，2020 年约有250 亿～300 亿个电子设备以无线连接方式，用于和其他联网设备或操作者交换数据并执行多重任务。例如，自动灌溉系统转动太阳能电池板以尽可能多地获取阳光，为商用和农用灌溉系统测量湿度和土壤水分；主动安全技术通过汽车和重型设备的主辅助系统以提高车辆的安全性；控制生产流程以确保产品质量，甚至还能管理库存；创建智慧城市网络以提高交通流量、控制停车和行人区照明、评估能耗以及监测天气和空气质量等。同时，户外智能电子设备和智慧健康等给人们的生活带来了很多便利。比如智能门铃，其具有视频通话、拍照存档、远程监控、人脸识别、防拆报警、红外夜视等功能，可以全天候守卫家庭安全。这些智能设备通常都配备传感器来实时收集数据——从工业湿度传感器和气体泄漏探测器到地震勘测设备内的加速度计，不一而足，而电子设备数据的可靠性则取决于收集数据传感器的可靠性。

2.6 户外照明设备防水透气解决方案

车前大灯中的水分来源主要有：（1）温差引起的凝露，此过程中产生的水分约占车前大灯水分的80%；（2）渗透，外部水汽长期通过塑料不断进行扩散，从而进入外壳内部；（3）防水透气产品本身，水分通过它进出车前大灯。

（1）失效的密封：当密封的壳体暴露于迅速、极端或反复变化的环境条件下，温度的极端变化（炎热的晴天突降暴雨）、海拔变化（运输）或内部热源的持续加热和冷却循环，均会导致密封壳体内产生压差。随着时间推移，会使密封失效，导致壳体吸入潮气以及灰尘、污垢和其他颗粒物等污染物。

（2）水汽通过扩散进入壳体：指水汽通过分子的自然运动穿过聚合物壳体壁的过程。当水汽进入密封壳体又无法逸出时，就会凝结成液态。凝露留在密封壳体内，会影响透镜功能，腐蚀敏感的电子设备和电池触点。为此，所有这些都要求针对污染物和冷凝现象提供更加有力的保护。

采用e-PTFE 防水透气材料解决户外照明灯具凝露和污染问题：提供迅速的压力平衡和释放，从而延长密封寿命；通过更有效的水汽扩散使凝露降至最少；防止灰尘、污垢和碎屑等污染物进入灯具；高效透气消除了对额外加固部件的需求，降低了重量，节省费用。采用IP66 防护等级的防水透气膜通过CIE 154 和IEC 60529 的评估，确保60000 h 的使用寿命[9]。

观察指标：根据对患者的随访的记录，观察患者的种植修复牙齿是否有松动、脱落以及疼痛和影像学检测异常的情况，一旦含有以上的一种或者多种都属于治疗失败的结果。

3 e-PTFE 防水透气产品及国内外应用研究现状

e-PTFE 是新一代防水透气材料，在国际市场有出色表现的企业和产品主要有: 美国戈尔公司的GORE-Text 产品、美国COLUMBIA 公司的OMNI-TECH 产品、美国FBA 国际集团的FIRSTTEX、EVENT 产品和德国JACKWOLFSKIN 公司的TEXPORE 防水透气材料，相关产品主要应用于纺织面料。国外公司的技术和产品性能在防水透气材料应用中处于领先地位，尤其美国Gore 公司于20 世纪80 年代发明了拉伸法制备e-PTFE，这是目前制备e-PTFE 的主要方法[10-11]。

GORE®防水透气产品可有效管理移动和户外电子设备外壳、包装和汽车零部件中的内部压力——延长使用寿命，提高可靠性并防止可能造成部件失效的变形现象。相关产品在传感器、气体探测器、新能源电池、汽车电子零部件、风电和太阳能电子零部件、水下设备和测试仪器等领域得到广泛应用。美国Gore 公司相关产品有[12]：适用于车外照明的GORE®汽车防水透气产品AVS120、AVS113、AVS2/5、AVS600/601/602、AVS118/119；适用于汽车电子器件的GORE®汽车防水透气产品AVS14、AVS67、AVS70、AVS200、AVS247S、AVS248S、AVS245S、AVS251S、AVS255S、AVS252S、AVS254S、AVS47、AVS49、AVS50、AVS51、AVS52和AVS26、AVS108、AVS39、AVS28、AVS29；汽车电驱系统AVS41 系列（产品编号VE2048）；汽车声学透气产品（AVS700 和AVS701）；适用于气体传感器的GORE®高性能膜GPM5600422、GPM450 0274、GPM3000165、GPM2400165、GPM2500169、GPM2200117、GPM0070229；适用于户外电子设备的GORE®防水透气产品VE7、VE8、VE9；适用于手持式电子设备防水防尘透气产品GORE®GAW333、GAW334、GAW337、GAW338、GAW111、GAW112 等。

e-PTFE 防水透气膜能够在平衡气压的同时无损电子传感器的性能。根据具体的应用要求（如最大透气量、防护等级、极限温度、外壳所需达到的标准以及外壳尺寸等）进行设计制造，并根据相关功能和应用场景，确定防护材料、外壳结构和安装方式类型（焊接、背胶、螺纹或卡扣式）[4]。以智能门铃为例，其主要的功能电子器件有高清摄像头、麦克风、扬声器和红外传感器等，为了保护这些电子器件，智能门铃的整机必须具备防喷射IPX5 级的防水能力。对于一些易进水且对声音传输有要求的产品（如手机、对讲机、汽车喇叭、蜂鸣器、GPS、户外扬声器等），通常采用低阻声学材料减少传输损耗（声音传输最大损失小于2～4 dB@1 kHz）。

国内防水透气产品主要为采购国外的防水透气膜进行后加工，相关研究也比较滞后，自戈尔相关产品在国内推广应用，推动了相关研究和应用[1-4，7]。随着电子、人工智能、新能源汽车的快速发展，加快防水透气产品的材料和应用场景研究很有意义。

4 e-PTFE 防水透气膜的研制

有资料表明[1]，在车辆运行过程中，新能源汽车逆变器外壳(容积约16 L)的温度可达到70 ℃。洗车时温度为8 ℃～10 ℃的冷水会喷射到汽车底部，使逆变器在5 min 内冷却至40 ℃，这种温差会造成约9 kPa 的真空度。真空会对密封圈产生极大的应力，经过一段时间后，密封圈将发生泄漏。其后果是清洁剂、油、化学品和水等物质进入逆变器外壳，对敏感的电子设备造成损坏。

4.1 生产工艺

防水透气膜制备工艺主要为：物料在制坯机上压制成圆柱形初坯，挤出，经过推挤、压延、脱油、单向拉伸和防油处理等。具体流程见图1。

图1 防水透气膜生产工艺流程

4.2 技术关键

4.2.1 树脂的选择

聚四氟乙烯（PTFE）树脂有悬浮树脂和分散树脂，分散树脂具有成纤性，在剪切力的作用下细粉颗粒之间能够形成一定强度的丝网结构。分子呈电中性，粒子间的凝聚力低，分子链受到很小的剪切作用就会沿粒子长轴方向排列，形成线形结晶，而且烧结成型后的分散聚四氟乙烯较悬浮聚四氟乙烯的结晶度大，在稍高于熔点温度如340 ℃～360 ℃烧结就可得到较好的强度[13]。另外，由于悬浮聚四氟乙烯颗粒之间的黏合性和成型性差，难以满足加工成片材的要求。

在相同的加工工艺条件下，随着分子量和分子链长度增加，分子间的缠绕越厉害，分子间的作用力增加，分子链被拉开成纤维的结构也越多，其微观结构和力学性能更加优异。为此，采用巨化集团公司生产的超高分子量聚四氟乙烯分散树脂，使产品具有优良的物理化学性能和力学性能。PTFE 微孔膜树脂应选用分子量分布均匀、结晶度高的PTFE 树脂，一般结晶度最好在98%以上，分子量在（800～1000）万，采用此种规格的PTFE 原料制备的膜及其制品具有优良的物理和化学性能。

4.2.2 拉伸工艺控制

在恒温恒湿环境下进行混合、熟化和特殊前处理，使产品的力学性能、纤维的微观结构稳定均匀。对模头进行重新设计，改进挤出过程中的模头，改变PTFE 薄膜的厚度以及横纵长度，进而调节PTFE 双向拉伸工艺以改变PTFE 多孔膜的孔形状，结合熟化PTFE 的非线性流变特性，优化拉伸过程中的工艺参数，制备可控孔隙率和高力学强度的PTFE 多孔膜材料。纵向拉伸倍数为2.0～4.0 时，PTFE 多孔膜产品的微观结构和力学性能优异。

4.2.3 防油处理

在电子元器件中，e-PTFE 防水透气材料的防油等级在6 级以上，选择合适的表面活性剂和相关工艺是关键。采用含氟表面活性剂对PTFE 膜进行防油处理，同时还要关注欧盟有关全氟和多氟烷基物质（PFASs)限制提案的进展。

5 结语

e-PTFE 防水透气材料具有极高的耐候性、耐化学性、结构稳定性、疏水性和疏油性等。使用该材料的防水透气阀具备良好的防水透气性能，还能有效阻隔油污、灰尘等污染物质，同时通过平衡电子零部件的温度和压力变化，保证电子零部件密封性，保障电子零部件的有效运行和可靠性。

随着我国电子行业的飞速发展，对电子零部件的需求和性能要求提升，必将为e-PTFE 防水透气产品提供更广阔的前景。在选择防护方案时要根据应用场景和防护等级进行设计制造，并根据相关功能和应用场景，确定防护材料、外壳结构和安装方式类型（焊接、背胶、螺纹或卡扣式），选择最佳的透气膜性能组合和防护方案。