PTFE：滤材先锋

文/ 本刊记者 伍梦尧

“回顾聚四氟乙烯（PTFE）研究十余年，薄膜研发经历了四代发展，对PM2.5的过滤和滤袋寿命的提升起到了关键作用，从技术材料上真正支持了蓝天工程。”中国人民解放军总后勤部军需装备研究所总工程师郝新敏表示。

由总后勤部军需装备研究所与浙江理工大学、上海金由氟材料股份有限公司、浙江格尔泰斯环保特材科技有限公司、西安工程大学、上海凌桥环保设备厂有限公司共同完成的“膜裂法生产聚四氟乙烯纤维关键技术及应用”项目，弥补了我国在高温除尘应用领域的技术短板，并在国际同行业间位于领先水平。该项目荣获了2014年度中国纺织工业联合会科学技术进步奖一等奖，为我国大力推进蓝天工程做出贡献。

攻关，突破技术壁垒

郝新敏介绍，“聚四氟乙烯由于在耐腐蚀性、抗氧化性、耐辐照性、耐候性等方面的优良表现，在近年来倍受欢迎，成为了火力发电、垃圾焚烧、钢铁锻造等行业进行空气净化的优质之选。”然而，聚四氟乙烯的制作工艺较为繁复，且制备技术相对复杂，在裂膜纤维的细度、均匀性、热伸缩性等方面的性能难以保持稳定，只有美国及少数国外企业能够掌握聚四氟乙烯大规模生产的成熟技术。在国外企业对技术的严密封锁下，受到市场需求及制造企业产品配额等多重因素的影响，我国聚四氟乙烯纤维产品价格日渐攀升。

看到我国在这一领域需求强烈，2006年，郝新敏牵头，联合多所大学及企业的研究团队共同合作，对聚四氟乙烯纤维的制备技术瓶颈发起挑战。在对聚四氟乙烯纤维的生产工艺进行一定了解后，攻关团队制定了采用膜裂法制备聚四氟乙烯纤维的工艺路线——从微孔膜三位拉伸工艺入手，向聚四氟乙烯的长短纤生产技术及核生化防护服制造双方面共同出击。

传统的双向拉伸制作工艺所制得的PTFE膜，薄膜仍存在结点，且孔径很不均匀。为提高聚四氟乙烯膜的均匀性和稳定性，经多次尝试，研究团队终于决定对制备设备进行改造。郝新敏说：“我们对制作工艺进行了改革，将传统制膜工艺中的单道拉伸程序更改为纵向多道拉伸，终于实现了对孔径的更有效控制。”团队开创性地利用温度进行上下拉伸，通过高温松弛消除了混合物的内应力，进而对微孔进行调控，一举攻下PTFE膜生产过程中微孔和厚度均匀性难以控制的难题，为生产高质量PTFE纤维奠定良好基础。

解决了聚四氟乙烯的制备难题，攻关团队又向PTFE长、短纤维的制备技术吹响号角。通过对制备技术进行改造，研发团队有效增强了PTFE树脂的强度和均匀性，提升纤维性能。

同时，研究人员在针辊的针头上镶嵌金刚石，利用金刚石尖锐的棱角及其硬度和耐磨性，达到了很好的分切效果，确保了纤维的细度及其均匀性。经检验，项目生产的长丝细度达到116D，短纤细度达到1.16D，完全符合国际标准。

不仅如此，研究人员还在PTFE膜的后处理环节狠下苦工，大大提升了滤膜的集尘率、过滤效率、疏水性能等功能性，使产品在进行过滤工作时拥有更好表现。

PTFE短纤生产线。

创新，引领换代升级

历经6年的辛勤汗水，“膜裂法生产聚四氟乙烯纤维关键技术及应用”项目终于突破所有关隘。在整个攻关期间，项目组共获得国家专利22项，其中授权发明12项，实用新型10项，同时形成企业标准2项，出版专著1部。

比一张张证书更重要的是，这一项目弥补了我国聚四氟乙烯制备技术领域的空白。验收时，专家一致认为该项目“具有自主知识产权，总体技术达到国际先进水平”。同时，据中科院上海科技查新资讯中心、中国化工信息查新中心等多家国家一级查新单位的检索，“聚四氟乙烯长纤维”项目填补了国内在这一领域的空白。

更为可贵的是，“膜裂法聚四氟乙烯纤维工业化生产技术与应用研究”项目设计的PTFE膜裂法长短纤维生产工艺，研发的梯度控制非等速、变幅宽、多次拉伸等PTFE纤维生产工艺、非等速拉伸机、梯度温控变幅宽拉伸机等生产设备，“聚四氟乙烯短纤维”项目、纯PTFE梯度覆膜滤料及“选择性渗透膜及核生化防护服”项目，更是在国内外皆未见报道，具有绝对创新性。

不仅在技术上达到国际领先水平，该项目产品与国外同类产品相比在多方面均表现出明显优势。与美国Gore及奥地利Lenzing的产品相比，在同样线密度的前提下，由我国自主生产的聚四氟乙烯高性能长纤维在拉伸强度、热收缩率等方面表现优异，同时价格仅为27万元/吨，远远低于Gore的100万元/吨和Lenzing的90万元/吨，堪称“物美价廉”的完美代表。以超细短纤作为迎尘层的过滤材料，集尘率可达99.9958%，生活垃圾焚烧中二噁英排放低于0.1ng-TEQ/m3，烟尘低于4.30mg/m3，燃煤电厂排放烟尘在12mg/m3～15mg/m3之间，所测烟尘和二噁英排放浓度达到国家和欧盟相关标准要求。项目生产的PTFE高性能短纤维、除尘滤料、核生化防护服等产品，均以优秀的性能表现和相对低廉的产品价格席卷国内外聚四氟乙烯市场。

截至2013年12月，PTFE长丝和短纤产品销售已全部覆盖包括必达福、安德鲁、3521、鑫华、龙源等在内的国内大中型耐高温滤料加工企业，并被意大利Testori S.P.A、韩国Komemtec等国外著名滤料加工企业使用，滤料用于燃煤电厂、水泥厂、炼钢厂、垃圾焚烧等行业的高温尾气处理上。

截至2014年10月，项目参与单位已在上海、浙江等地的60多家单位建成PTFE长丝生产线60台（套），超细短纤生产线18台（套），累计销售纤维近万吨，近3年实现产值近2.93亿元，利税5631万元。

曾经，聚四氟乙烯纤维主要依靠进口，且价格相对较高，在我国的市场占有率相对较低。PTFE纤维及其滤料研制应用项目的成功，不仅助力我国形成了聚四氟乙烯长丝和短丝纤维的生产能力，促进高性能纤维在滤料上的应用，更为我国环境综合治污提供新型纤维材料，在成功打破国外对我国的产品垄断和技术封锁的同时，刺激我国环保工艺及材料的升级换代，推动化纤产业的结构调整和优化升级。

郝新敏表示，由我国自主研发的PTFE纤维价格相对低廉，性能表现优异，除工业过滤，未来将继续向香烟烟气过滤等领域扩展，促进我国滤料行业大跨步发展。