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国产PTFE高性能纤维填补国内空白

高性能聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)纤维材料凭借其优异的高低温稳定、化学稳定、电绝缘、非粘附、耐气候、防火、自润滑等性能,已在国民经济的多个领域获得了广泛的应用,成为环保、过滤、建筑、航空航天等领域的优选材料。

由于聚四氟乙烯本身的性质,导致聚四氟乙烯纤维的制造不能简单地采纳一般热塑性高分子材料的成型方法(如挤出成型法),而这一技术瓶颈也是我国长期不能生产聚四氟乙烯纤维的重要原因,该项目研发人员自主研发膜裂法生产聚四氟乙烯纤维,即先通过三维站体拉伸法制备满足肯定条件的膨体聚四氟乙烯薄膜,将聚四氟乙烯膜分切后,再通过肯定的拉伸和热处理工艺,将其制成所需的聚四氟乙烯纤维。

已形成千吨级生产能力

本次鉴定活动的专家鉴定委员会实属阵容强大,鉴定委员会主任、副主任分别由孙晋良、蒋士成、张耀明三位院士担任,来自化学纤维材料、产业用面料品、环保、化工等领域的11位有名专家一致认为,该项目是我国在高性能纤维的整理技术、生产设备、产品开发等方面的重大集成创新,具有示范效应,总体技术达到国际先进水平。

专家们在鉴定意见中认为,该项目创造了聚四氟乙烯均匀站体整理制膜工艺技术,自主研发和集成创新的聚四氟乙烯膜和纤维专用成套生产设备,运行稳定,已形成千吨级生产能力。这项科研成果具有自主学问产权,申请创造专利10项,已授权4项,社会和经济效益显著,市场应用前景广阔。

中国化学纤维工业协会顾问、教授级高级工程师叶永茂告知记者:“国家发改委在今年《产业结构调整指导目录》中明确将聚四氟乙烯纤维及制品的开发和生产列为重点之一,在‘十二五’开局之年,能看到项目完成单位系列化的丰硕成果,令人振奋。”聚四氟乙烯纤维作为性能优异的骨架材料,它的批量生产能够促进Nomex1313、芳砜纶、聚苯硫醚纤维等高性能纤维在滤料上的应用,可以加快转变中国化学纤维业的经济进展方式,推动化学纤维产业结构调整和优化升级,完善和进展现代产业体系。

叶永茂介绍,采纳膜裂法生产聚四氟乙烯纤维及其应用产品,主要包含聚四氟乙烯长纤维和聚四氟乙烯短纤维,聚四氟乙烯长纤维开发的产品包含:长纤维纺纱线、聚四氟乙烯缝纫线、聚四氟乙烯牙线、氯碱工程专用的聚四氟乙烯长纤维增强网,以及采纳聚四氟乙烯纤维生产的聚四氟乙烯基布、聚四氟乙烯覆膜针刺毡滤料等。该项目生产的的聚四氟乙烯长、短纤维产品技术处于国际先进水平,产品价格为国外同类产品的35%左右,大大降低了国内用户的生产成本,为我国环保批量应用高性能聚四氟乙烯纤维奠定了基础。

打破发达国家技术封锁

据参加研发的总后军需装备研究所高级工程师郝新敏博士介绍,由于聚四氟乙烯不溶于任何溶剂,且大分子链呈直线排列,刚性大,在熔点以上粘度大,无法采纳传统的溶液法或者熔融法纺丝,这成为聚四氟乙烯材料深整理领域的一大技术难题,也成为我国聚四氟乙烯材料应用的技术瓶颈。

目前世界上只有少数几家公司把握了聚四氟乙烯纤维的生产技术,其中主要生产工艺有载体纺丝法和糊料挤压法等,但这些公司长期对我国实行技术封锁,且产品价格昂贵,大大增加了聚四氟乙烯纤维的应用成本,从而严峻制约了聚四氟乙烯纤维的进展和应用开发。

从对仅有一点儿国外生产样品的分析开始,一个长达数年的困难摸索和艰难创业过程就此拉开序幕。据悉,由企业、科研单位和用户组成的课题组研究设计了聚四氟乙烯膜裂法长短纤维生产工艺流程,研发了温度梯度操纵的非等速、变有效宽度、多次拉伸聚四氟乙烯纤维的生产工艺,研制了高强异型聚四氟乙烯长纤维和短纤维,解决了聚四氟乙烯短纤维“併丝”问题;研制了多棱角型膜裂长纤维切刀、耐磨金刚石短纤维分切针辊、牙线膜裂切片成型等关键装置,设计整理了螺旋式挤压机、二辊压延机、非等速拉伸机、梯度温控变有效宽度拉伸机、膜裂长纤维分切机、短纤维分切机、纤维挤压牵伸机、卷曲机等系列成套生产设备,并建站了规模化生产线;研发生产了“ひ”形聚四氟乙烯牙线、高强纯聚四氟乙烯梯度覆膜过滤材料,全部这些工艺技术、系列产品及生产设备,在国内外未见相似或相同文献报道,具有新颖性和创新性。产品查新进一步证明,所生产的聚四氟乙烯纤维填补了国内空白,聚四氟乙烯纤维性能处于国际领先水平,聚四氟乙烯纤维应用产品均处于国际先进、国内领先的水平。

除尘滤料的理想材质

国电环境爱护研究院除尘除灰研究所所长、教授级高级工程师方爱民说:“国产聚四氟乙烯纤维生产技术的重大突破,成功打破了多年来国外对我们的产品垄断和技术封锁,将引发环保工艺及材料的升级换代,在‘十二五’国家推进‘蓝天工程’的关键阶段,具有重大的社会意义、取得了重要的经济效益。”

据方爱民介绍,该项目产品聚四氟乙烯纤维的重要应用是制备高温腐蚀性烟气除尘用的聚四氟乙烯滤料。现在,国产聚四氟乙烯滤料已在垃圾焚烧、燃煤电厂、钢铁业等行业中广泛使用,是我国得以实现节能减排的关键材料之一;同时,聚四氟乙烯滤料还可用于腐蚀性高温环境下的气固两相分别领域,作为过滤分别材料。

目前,我国约有40多套城市生活垃圾焚烧炉和危险固体废弃物焚烧炉,全部采纳以本项目研制的聚四氟乙烯长、短纤维产品为原材料生产的聚四氟乙烯除尘滤料,总过滤面积达到70多万平方米以上,使用的聚四氟乙烯纤维总量约为595.31吨。例如2009年全年,用于生产垃圾焚烧炉的袋式除尘器滤料中所使用的聚四氟乙烯长纤维为40吨,短纤维的用量则达到240吨,占整个垃圾焚烧行业用量的91%以上。

在电力行业,已有9家电厂使用本项目生产的聚四氟乙烯长纤维制成的滤袋基布,总面积达24。5万平方米,使用聚四氟乙烯纤维总重约为36.75吨。聚四氟乙烯基布为中国电力行业30000小时滤料使用寿命提供关键支持,目前市场占有率超过50%。纯聚四氟乙烯纤维覆膜滤料连续使用温度高达250℃,刹那工作温度达到280℃,耐酸耐碱,不被水解,不被氧化。使用寿命长达4年,远超过一般的覆膜滤料。

据介绍,PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物,对空气质量和能见度等有重要的影响。和较粗的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

在中国大部分地区,非常是工业集中的华北地区,PM2.5占到了整个空气悬浮颗粒物重量的大半。PM2.5也是形成灰霾气候的主因,而过去我国的空气环境质量标准中没有PM2.5。

环保部近期公布了《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》,首次对悬浮在空气中,直径小于等于2.5微米的颗粒物PM2.5的测定进行了规范。使用聚四氟乙烯基布及其覆膜滤料的除尘产品对PM2.5的过滤效率高达99.99%。

以上这些都为我国实施节能减排的方针政策作出了庞大贡献,使我国在聚四氟乙烯滤料这一关键领域不再受制于人,并且为国家节约了环保投资成本。

 

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