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高性能聚四氟乙烯（PTFE）纖維材料憑借其優(yōu)異的高低溫穩定、化學(xué)穩定、電絕緣、非粘附、耐氣候、阻燃、自潤滑等性能，已在國民經(jīng)濟的多個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，成為環(huán)保、過(guò)濾、建筑、航空航天等領(lǐng)域的優(yōu)選材料。
由于聚四氟乙烯本身的性質(zhì)，導致PTFE纖維的制造不能簡(jiǎn)單地采用一般熱塑性高分子材料的成型方法（如擠出成型法），而這一技術(shù)瓶頸也是我國長(cháng)期不能生產(chǎn)PTFE纖維的重要原因，該項目研發(fā)人員自主研發(fā)膜裂法生產(chǎn)聚四氟乙烯纖維，即先通過(guò)三維立體拉伸法制備滿(mǎn)足一定條件的膨體PTFE薄膜，將PTFE膜分切后，再通過(guò)一定的拉伸和熱處理工藝，將其制成所需的PTFE纖維。
打破發(fā)達國家技術(shù)封鎖
據參加研發(fā)的總后軍需裝備研究所高級工程師郝新敏博士介紹，由于PTFE不溶于任何溶劑，且大分子鏈呈直線(xiàn)排列，剛性大，在熔點(diǎn)以上粘度大，無(wú)法采用傳統的溶液法或者熔融法紡絲，這成為PTFE材料深加工領(lǐng)域的一大技術(shù)難題，也成為我國PTFE材料應用的技術(shù)瓶頸。
目前世界上只有少數幾家公司掌握了PTFE纖維的生產(chǎn)技術(shù)，其中主要生產(chǎn)工藝有載體紡絲法和糊料擠壓法等，但這些公司長(cháng)期對我國實(shí)行技術(shù)封鎖，且產(chǎn)品價(jià)格昂貴，大大增加了PTFE纖維的應用成本，從而嚴重制約了PTFE纖維的發(fā)展和應用開(kāi)發(fā)。
從對僅有一點(diǎn)兒國外生產(chǎn)樣品的分析開(kāi)始，一個(gè)長(cháng)達數年的艱難摸索和艱苦創(chuàng )業(yè)過(guò)程就此拉開(kāi)序幕。據悉，由企業(yè)、科研單位和用戶(hù)組成的課題組研究設計了PTFE膜裂法長(cháng)短纖維生產(chǎn)工藝流程，研發(fā)了溫度梯度控制的非等速、變幅寬、多次拉伸PTFE纖維的生產(chǎn)工藝，研制了高強異型PTFE長(cháng)纖維和短纖維，解決了PTFE短纖維“併絲”問(wèn)題；研制了多棱角型膜裂長(cháng)纖維切刀、耐磨金剛石短纖維分切針輥、牙線(xiàn)膜裂切片成型等關(guān)鍵裝置，設計加工了螺旋式擠壓機、二輥壓延機、非等速拉伸機、梯度溫控變幅寬拉伸機、膜裂長(cháng)纖維分切機、短纖維分切機、纖維擠壓牽伸機、卷曲機等系列成套生產(chǎn)設備，并建立了規?；a(chǎn)線(xiàn)；研發(fā)生產(chǎn)了“ひ”形PTFE牙線(xiàn)、高強純PTFE梯度覆膜過(guò)濾材料，所有這些工藝技術(shù)、系列產(chǎn)品及生產(chǎn)設備，在國內外未見(jiàn)相似或相同文獻報道，具有新穎性和創(chuàng )新性。產(chǎn)品查新進(jìn)一步證明，所生產(chǎn)的PTFE纖維填補了國內空白，PTFE纖維性能處于國際領(lǐng)先水平，PTFE纖維應用產(chǎn)品均處于國際先進(jìn)、國內領(lǐng)先的水平。
已形成千噸級生產(chǎn)能力
本次鑒定活動(dòng)的專(zhuān)家鑒定委員會(huì )實(shí)屬陣容強大，鑒定委員會(huì )主任、副主任分別由孫晉良、蔣士成、張耀明三位院士擔任，來(lái)自化纖材料、產(chǎn)業(yè)用紡織品、環(huán)保、化工等領(lǐng)域的11位著(zhù)名專(zhuān)家一致認為，該項目是我國在高性能纖維的加工技術(shù)、生產(chǎn)設備、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面的重大集成創(chuàng )新，具有示范效應，總體技術(shù)達到國際先進(jìn)水平。
專(zhuān)家們在鑒定意見(jiàn)中認為，該項目發(fā)明了PTFE均勻立體加工制膜工藝技術(shù)，自主研發(fā)和集成創(chuàng )新的PTFE膜和纖維專(zhuān)用成套生產(chǎn)設備，運行穩定，已形成千噸級生產(chǎn)能力。這項科研成果具有自主知識產(chǎn)權，申請發(fā)明專(zhuān)利10項，已授權4項，社會(huì )和經(jīng)濟效益顯著(zhù)，市場(chǎng)應用前景廣闊。
中國化纖工業(yè)協(xié)會(huì )顧問(wèn)、教授級高級工程師葉永茂告訴記者：“國家發(fā)改委在今年《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄》中明確將PTFE纖維及制品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)列為重點(diǎn)之一，在‘十二五’開(kāi)局之年，能看到項目完成單位系列化的豐碩成果，令人振奮。”PTFE纖維作為性能優(yōu)異的骨架材料，它的批量生產(chǎn)能夠促進(jìn)芳綸1313、芳砜綸、聚苯硫醚纖維等高性能纖維在濾料上的應用，可以加快轉變中國化纖業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展方式，推動(dòng)化纖產(chǎn)業(yè)結構調整和優(yōu)化升級，完善和發(fā)展現代產(chǎn)業(yè)體系。
葉永茂介紹，采用膜裂法生產(chǎn)PTFE纖維及其應用產(chǎn)品，主要包括聚四氟乙烯長(cháng)纖維和聚四氟乙烯短纖維，聚四氟乙烯長(cháng)纖維開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品包括：長(cháng)纖維紗線(xiàn)、聚四氟乙烯縫紉線(xiàn)、聚四氟乙烯牙線(xiàn)、氯堿工程專(zhuān)用的聚四氟乙烯長(cháng)纖維增強網(wǎng)，以及采用PTFE纖維生產(chǎn)的聚四氟乙烯基布、聚四氟乙烯覆膜針刺氈濾料等。該項目生產(chǎn)的的聚四氟乙烯長(cháng)、短纖維產(chǎn)品技術(shù)處于國際先進(jìn)水平，產(chǎn)品價(jià)格為國外同類(lèi)產(chǎn)品的35%左右，大大降低了國內用戶(hù)的生產(chǎn)成本，為我國環(huán)保批量應用高性能PTFE纖維奠定了基礎。
除塵濾料的理想材質(zhì)
國電環(huán)境保護研究院除塵除灰研究所所長(cháng)、教授級高級工程師方愛(ài)民說(shuō)：“國產(chǎn)PTFE纖維生產(chǎn)技術(shù)的重大突破，成功打破了多年來(lái)國外對我們的產(chǎn)品壟斷和技術(shù)封鎖，將引發(fā)環(huán)保工藝及材料的升級換代，在‘十二五’國家推進(jìn)‘藍天工程’的關(guān)鍵階段，具有重大的社會(huì )意義、取得了重要的經(jīng)濟效益。”
據方愛(ài)民介紹，該項目產(chǎn)品PTFE纖維的重要應用是制備高溫腐蝕性煙氣除塵用的PTFE濾料?，F在，國產(chǎn)PTFE濾料已在垃圾焚燒、燃煤電廠(chǎng)、鋼鐵業(yè)等行業(yè)中廣泛使用，是我國得以實(shí)現節能減排的關(guān)鍵材料之一；同時(shí)，PTFE濾料還可用于腐蝕性高溫環(huán)境下的氣固兩相分離領(lǐng)域，作為過(guò)濾分離材料。
目前，我國約有40多套城市生活垃圾焚燒爐和危險固體廢棄物焚燒爐，全部采用以本項目研制的PTFE長(cháng)、短纖維產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的PTFE除塵濾料，總過(guò)濾面積達到70多萬(wàn)平方米以上，使用的PTFE纖維總量約為595.31噸。例如2009年全年，用于生產(chǎn)垃圾焚燒爐的袋式除塵器濾料中所使用的PTFE長(cháng)纖維為40噸，短纖維的用量則達到240噸，占整個(gè)垃圾焚燒行業(yè)用量的91%以上。
在電力行業(yè)，已有9家電廠(chǎng)使用本項目生產(chǎn)的PTFE長(cháng)纖維制成的濾袋基布，總面積達24。5萬(wàn)平方米，使用PTFE纖維總重約為36.75噸。聚四氟乙烯基布為中國電力行業(yè)30000小時(shí)濾料使用壽命提供關(guān)鍵支持，目前市場(chǎng)占有率超過(guò)50%。純PTFE纖維覆膜濾料連續使用溫度高達250℃，瞬間工作溫度達到280℃，耐酸耐堿，不被水解，不被氧化。使用壽命長(cháng)達4年，遠超過(guò)普通的覆膜濾料。
據介紹， PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱(chēng)為可入肺顆粒物，對空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(cháng)、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。
在中國大部分地區，特別是工業(yè)集中的華北地區，PM2.5占到了整個(gè)空氣懸浮顆粒物重量的大半。PM2.5也是形成灰霾天氣的主因，而過(guò)去我國的空氣環(huán)境質(zhì)量標準中沒(méi)有PM2.5。
環(huán)保部近期發(fā)布了《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》，首次對懸浮在空氣中，直徑小于等于2.5微米的顆粒物PM2.5的測定進(jìn)行了規范。使用聚四氟乙烯基布及其覆膜濾料的除塵產(chǎn)品對PM2.5的過(guò)濾效率高達99.99%。
以上這些都為我國實(shí)施節能減排的方針政策作出了巨大貢獻，使我國在PTFE濾料這一關(guān)鍵領(lǐng)域不再受制于人，并且為國家節省了環(huán)保投資成本。
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