PTFE 因其化學惰性與防水性而備受重視,但該專利自身的背景說明也承認,在多孔應用——一個需求極大的領域——這種聚合物幾乎沒有立足之地。以顯而易見的方式使其多孔會毀掉它:孔洞意味著脆弱。1973 年,W. L. Gore & Associates 就正是針對這個缺口提出了專利申請。

這項發明說起來簡單得令人吃驚。取糊狀成型、乾燥、未燒結的 PTFE,在特定的溫度與速率條件下進行拉伸。申請專利範圍從約每秒 30% 到約每秒 40,000%。以如此快的速度拉伸,聚合物會形成由節點與極細纖維相互連接的微結構,孔隙率約為 40% 至 97%——而且,正如該專利所述,儘管增加了空隙,強度卻大幅提升,往往超過十倍。加熱至約 345–350°C 以上會提高非晶態含量,並將結構鎖定到位。

其結果是一種薄膜,其微小的連通通道能輕易讓水蒸氣通過——滲透性遠高於傳統 PTFE 薄膜——同時仍保持防水。到了 1979 年,Gore-Tex 層壓材料在《Sen'i Gakkaishi》(纖維學會誌)中已作為一種防水透氣布料本身而受到評述,該文由 Gore 的日本關聯公司 Junkosha 的 Gore-Tex 部門撰寫。由於該專利概括主張了成形物品——薄膜、管材、棒材、連續長絲——一種機制便能催生許多產品線,而非僅只一條。

快速拉伸:孔隙與強度同時到來

速率是缺失的參數。強度提升僅在特定的溫度與拉伸速率條件下出現,因此從每秒 30% 到 40,000% 的申請專利範圍本身就是這項發明。

節點與纖維結構形成微小的連通通道:對氣體的滲透性遠高於傳統 PTFE 薄膜,而材料仍能防水。

在約 345°C 以上進行熱處理會提高非晶態含量並鎖定結構,因此強度提升在製成產品後依然保留。

孔隙率與強度不再此消彼長:高達約 97% 的孔隙率伴隨十倍的強度提升,打破了多孔材料通常面臨的兩難。

當一種材料抗拒某個製程時,要質疑該製程的節奏。速率可以是決定性參數:把同樣的操作推得夠猛烈,通常此消彼長的兩種結果便能同時實現。

該專利於 1976 年 4 月獲准,奠定了 ePTFE 材料系列與 Gore-Tex 防水透氣層壓材料的基礎。日本技術文獻在 1979 年已將該層壓材料評述為一種成熟的布料。快速拉伸原理持續定義著這個領域:2006 年《Journal of Materials Science》的一項研究利用共拉伸來縮小 ePTFE 的孔隙以用於精細過濾,並仍引用 Gore 在 1970 年代的專利作為奠基性參考文獻。一種製程——薄膜、管材、棒材、長絲、層壓材料——催生了從防水服裝到密封材料的各種產品。

追溯依據

參考來源

  1. Process for producing porous products (US Patent 3,953,566) United States Patent Office / FreePatentsOnline · freepatentsonline.com ·
  2. Waterproof-breathable fabric, "Gore-Tex laminate." Sen'i Gakkaishi (Journal of the Society of Fiber Science and Technology, Japan), via J-STAGE · doi.org
  3. A novel process for preparing expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) micro-porous membrane via co-stretching Journal of Materials Science (Springer) · link.springer.com