PTFE：濾材先鋒

文/ 本刊記者 伍夢(mèng)堯

“回顧聚四氟乙烯（PTFE）研究十余年，薄膜研發(fā)經(jīng)歷了四代發(fā)展，對(duì)PM2.5的過濾和濾袋壽命的提升起到了關(guān)鍵作用，從技術(shù)材料上真正支持了藍(lán)天工程。”中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所總工程師郝新敏表示。

由總后勤部軍需裝備研究所與浙江理工大學(xué)、上海金由氟材料股份有限公司、浙江格爾泰斯環(huán)保特材科技有限公司、西安工程大學(xué)、上海凌橋環(huán)保設(shè)備廠有限公司共同完成的“膜裂法生產(chǎn)聚四氟乙烯纖維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，彌補(bǔ)了我國在高溫除塵應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)短板，并在國際同行業(yè)間位于領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目榮獲了2014年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，為我國大力推進(jìn)藍(lán)天工程做出貢獻(xiàn)。

攻關(guān)，突破技術(shù)壁壘

郝新敏介紹，“聚四氟乙烯由于在耐腐蝕性、抗氧化性、耐輻照性、耐候性等方面的優(yōu)良表現(xiàn)，在近年來倍受歡迎，成為了火力發(fā)電、垃圾焚燒、鋼鐵鍛造等行業(yè)進(jìn)行空氣凈化的優(yōu)質(zhì)之選?！比欢?，聚四氟乙烯的制作工藝較為繁復(fù)，且制備技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，在裂膜纖維的細(xì)度、均勻性、熱伸縮性等方面的性能難以保持穩(wěn)定，只有美國及少數(shù)國外企業(yè)能夠掌握聚四氟乙烯大規(guī)模生產(chǎn)的成熟技術(shù)。在國外企業(yè)對(duì)技術(shù)的嚴(yán)密封鎖下，受到市場(chǎng)需求及制造企業(yè)產(chǎn)品配額等多重因素的影響，我國聚四氟乙烯纖維產(chǎn)品價(jià)格日漸攀升。

看到我國在這一領(lǐng)域需求強(qiáng)烈，2006年，郝新敏牽頭，聯(lián)合多所大學(xué)及企業(yè)的研究團(tuán)隊(duì)共同合作，對(duì)聚四氟乙烯纖維的制備技術(shù)瓶頸發(fā)起挑戰(zhàn)。在對(duì)聚四氟乙烯纖維的生產(chǎn)工藝進(jìn)行一定了解后，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)制定了采用膜裂法制備聚四氟乙烯纖維的工藝路線——從微孔膜三位拉伸工藝入手，向聚四氟乙烯的長短纖生產(chǎn)技術(shù)及核生化防護(hù)服制造雙方面共同出擊。

傳統(tǒng)的雙向拉伸制作工藝所制得的PTFE膜，薄膜仍存在結(jié)點(diǎn)，且孔徑很不均勻。為提高聚四氟乙烯膜的均勻性和穩(wěn)定性，經(jīng)多次嘗試，研究團(tuán)隊(duì)終于決定對(duì)制備設(shè)備進(jìn)行改造。郝新敏說：“我們對(duì)制作工藝進(jìn)行了改革，將傳統(tǒng)制膜工藝中的單道拉伸程序更改為縱向多道拉伸，終于實(shí)現(xiàn)了對(duì)孔徑的更有效控制?！眻F(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地利用溫度進(jìn)行上下拉伸，通過高溫松弛消除了混合物的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而對(duì)微孔進(jìn)行調(diào)控，一舉攻下PTFE膜生產(chǎn)過程中微孔和厚度均勻性難以控制的難題，為生產(chǎn)高質(zhì)量PTFE纖維奠定良好基礎(chǔ)。

解決了聚四氟乙烯的制備難題，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)又向PTFE長、短纖維的制備技術(shù)吹響號(hào)角。通過對(duì)制備技術(shù)進(jìn)行改造，研發(fā)團(tuán)隊(duì)有效增強(qiáng)了PTFE樹脂的強(qiáng)度和均勻性，提升纖維性能。

同時(shí)，研究人員在針輥的針頭上鑲嵌金剛石，利用金剛石尖銳的棱角及其硬度和耐磨性，達(dá)到了很好的分切效果，確保了纖維的細(xì)度及其均勻性。經(jīng)檢驗(yàn)，項(xiàng)目生產(chǎn)的長絲細(xì)度達(dá)到116D，短纖細(xì)度達(dá)到1.16D，完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

不僅如此，研究人員還在PTFE膜的后處理環(huán)節(jié)狠下苦工，大大提升了濾膜的集塵率、過濾效率、疏水性能等功能性，使產(chǎn)品在進(jìn)行過濾工作時(shí)擁有更好表現(xiàn)。

PTFE短纖生產(chǎn)線。

創(chuàng)新，引領(lǐng)換代升級(jí)

歷經(jīng)6年的辛勤汗水，“膜裂法生產(chǎn)聚四氟乙烯纖維關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目終于突破所有關(guān)隘。在整個(gè)攻關(guān)期間，項(xiàng)目組共獲得國家專利22項(xiàng)，其中授權(quán)發(fā)明12項(xiàng)，實(shí)用新型10項(xiàng)，同時(shí)形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，出版專著1部。

比一張張證書更重要的是，這一項(xiàng)目彌補(bǔ)了我國聚四氟乙烯制備技術(shù)領(lǐng)域的空白。驗(yàn)收時(shí)，專家一致認(rèn)為該項(xiàng)目“具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平”。同時(shí)，據(jù)中科院上?？萍疾樾沦Y訊中心、中國化工信息查新中心等多家國家一級(jí)查新單位的檢索，“聚四氟乙烯長纖維”項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白。

更為可貴的是，“膜裂法聚四氟乙烯纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用研究”項(xiàng)目設(shè)計(jì)的PTFE膜裂法長短纖維生產(chǎn)工藝，研發(fā)的梯度控制非等速、變幅寬、多次拉伸等PTFE纖維生產(chǎn)工藝、非等速拉伸機(jī)、梯度溫控變幅寬拉伸機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，“聚四氟乙烯短纖維”項(xiàng)目、純PTFE梯度覆膜濾料及“選擇性滲透膜及核生化防護(hù)服”項(xiàng)目，更是在國內(nèi)外皆未見報(bào)道，具有絕對(duì)創(chuàng)新性。

不僅在技術(shù)上達(dá)到國際領(lǐng)先水平，該項(xiàng)目產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品相比在多方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。與美國Gore及奧地利Lenzing的產(chǎn)品相比，在同樣線密度的前提下，由我國自主生產(chǎn)的聚四氟乙烯高性能長纖維在拉伸強(qiáng)度、熱收縮率等方面表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)價(jià)格僅為27萬元/噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Gore的100萬元/噸和Lenzing的90萬元/噸，堪稱“物美價(jià)廉”的完美代表。以超細(xì)短纖作為迎塵層的過濾材料，集塵率可達(dá)99.9958%，生活垃圾焚燒中二噁英排放低于0.1ng-TEQ/m3，煙塵低于4.30mg/m3，燃煤電廠排放煙塵在12mg/m3～15mg/m3之間，所測(cè)煙塵和二噁英排放濃度達(dá)到國家和歐盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。項(xiàng)目生產(chǎn)的PTFE高性能短纖維、除塵濾料、核生化防護(hù)服等產(chǎn)品，均以優(yōu)秀的性能表現(xiàn)和相對(duì)低廉的產(chǎn)品價(jià)格席卷國內(nèi)外聚四氟乙烯市場(chǎng)。

截至2013年12月，PTFE長絲和短纖產(chǎn)品銷售已全部覆蓋包括必達(dá)福、安德魯、3521、鑫華、龍?jiān)吹仍趦?nèi)的國內(nèi)大中型耐高溫濾料加工企業(yè)，并被意大利Testori S.P.A、韓國Komemtec等國外著名濾料加工企業(yè)使用，濾料用于燃煤電廠、水泥廠、煉鋼廠、垃圾焚燒等行業(yè)的高溫尾氣處理上。

截至2014年10月，項(xiàng)目參與單位已在上海、浙江等地的60多家單位建成PTFE長絲生產(chǎn)線60臺(tái)（套），超細(xì)短纖生產(chǎn)線18臺(tái)（套），累計(jì)銷售纖維近萬噸，近3年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值近2.93億元，利稅5631萬元。

曾經(jīng)，聚四氟乙烯纖維主要依靠進(jìn)口，且價(jià)格相對(duì)較高，在我國的市場(chǎng)占有率相對(duì)較低。PTFE纖維及其濾料研制應(yīng)用項(xiàng)目的成功，不僅助力我國形成了聚四氟乙烯長絲和短絲纖維的生產(chǎn)能力，促進(jìn)高性能纖維在濾料上的應(yīng)用，更為我國環(huán)境綜合治污提供新型纖維材料，在成功打破國外對(duì)我國的產(chǎn)品壟斷和技術(shù)封鎖的同時(shí)，刺激我國環(huán)保工藝及材料的升級(jí)換代，推動(dòng)化纖產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)。

郝新敏表示，由我國自主研發(fā)的PTFE纖維價(jià)格相對(duì)低廉，性能表現(xiàn)優(yōu)異，除工業(yè)過濾，未來將繼續(xù)向香煙煙氣過濾等領(lǐng)域擴(kuò)展，促進(jìn)我國濾料行業(yè)大跨步發(fā)展。