聚四氟乙烯耐腐蚀过滤材料结构特征及发展趋势

徐玉康， 朱 尚， 靳向煜

(东华大学 产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620)

聚四氟乙烯耐腐蚀过滤材料结构特征及发展趋势

徐玉康， 朱 尚， 靳向煜

(东华大学 产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620)

为考察工业对聚四氟乙烯(PTFE)滤材的需求量，综述了PTFE耐腐蚀滤料在工业烟尘净化领域的应用特性、滤料的结构及组分特征以及其在工业除尘领域的发展趋势，重点分析了“十三五”期间其在垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥行业除尘领域的发展趋势。同时，根据PTFE滤料的组成结构，分析了PTFE膜裂纤维、基布、缝纫线和微孔膜在未来5 a的需求规模。结果表明：至2020年末，垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥行业的烟尘过滤系统对PTFE滤料的累计需求量分别为880、18 855.5、5 660和7 905 t，年复合增长率均超过10%；PTFE滤料在“十三五”期间需求量的分析可为我国工业烟尘净化材料产业的发展提供参考依据。

聚四氟乙烯； 耐腐蚀； 滤料； 工业烟尘

由于滞后的环保措施，高能耗为主的第二产业(工业)高速发展，大量工业微细烟尘(主要来源于燃煤发电、钢铁和水泥行业)被排放至空中而造成大气污染。此外，随垃圾焚烧工业的发展，城市生活垃圾焚烧产生的微细烟尘具有强腐蚀性、强氧化性、强酸性等特征并含有微量重金属元素[1-2]，垃圾焚烧烟尘排放的有效控制需要高度关注。本文中工业微细烟尘是指来源于工业燃料的燃烧且空气动力学当量直径小于2.5 μm的尘粒，其能悬浮于空气中且表面附有大量有机化学物质(如氮氧化物、硫化物、铬、镍等)，并能通过呼吸系统进入体内而危害人类健康[3-4]。早期，工业烟尘过滤装置大部分为静电除尘系统，其烟尘排放浓度可降低至50 mg/m3。然而，“十二五”期间，国家制定一系列工业烟尘排放的新标准，标准要求垃圾焚烧、煤电、钢铁、水泥行业烟尘排放浓度的最大限值为30 mg/m3，重点地区为20 mg/m3，这对工业烟尘过滤系统提出更高的要求。传统电除尘系统无法满足烟尘排放新标准，工业烟尘净化材料因具有较高的过滤效率(≥98%)、良好的化学和热稳定性等特点而使其在工业烟尘过滤领域的使用量快速增加。目前，工业烟尘净化系统类型主要有3种：电-袋复合除尘系统、袋除尘系统和电除尘系统，前2种除尘系统能有效净化工业烟尘并使烟尘排放浓度降低至30 mg/m3，甚至20、10 mg/m3以下，而这一性能是传统电除尘系统无法实现的，因此，“十二五”期间，电-袋/袋除尘系统在工业烟尘过滤领域的应用获得快速发展，同时，2种除尘系统的核心部分：由滤料经聚四氟乙烯(PTFE)缝合线缝合而成的滤袋，也获得高速发展。

工业除尘滤料主要由针刺或水刺非织造材料、PTFE基布和PTFE微孔膜复合而成。其中，用于制备非织造材料的纤维原料主要有PTFE、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(P84)和玻璃纤维。然而，由于工业烟尘具有腐蚀性强、氧化性强、温度高且不稳定、含湿量高等特点[5-6]，PPS、P84和玻璃纤维滤料因氧化、水解等问题而造成滤料失效、滤料使用寿命大大降低；PTFE纤维滤料因具有极好的化学和热稳定性、良好的自润滑性等优异性能而成为制备工业烟尘滤料的理想原料。早期，PTFE(膜裂)纤维制备技术被国外垄断，高效的耐腐蚀滤料完全依赖进口的PTFE纤维，高昂的价格限制了PTFE纤维在工业烟尘过滤领域的进一步应用。2010年，PTFE纤维制备技术取得重大突破，我国PTFE膜裂纤维进入工业化生产阶段，PTFE纤维在工业烟尘过滤领域的应用获得快速增长。

“十二五”期间国家对垃圾焚烧、煤电、钢铁、水泥行业制定更严格的烟尘排放标准；“十三五”规划指出未来5 a工作核心为改善环境质量[7]，空气污染治理将是环境改善的重要一环。基于工业烟尘排放新标准、工业除尘滤料的发展趋势以及“十三五”规划，本文分析垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥行业的烟尘净化系统在“十三五”期间对PTFE滤料的需求量；同时，根据PTFE滤料的结构特征，该研究对PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜的需求量也进行合理预测，为工业烟尘过滤材料的发展提供参考。

1 PTFE滤料在工业除尘领域应用特性

工业烟尘温度高、波动大(50～250 ℃)且含大量微细尘粒、氮氧化物、硫化物以及微量重金属等有害物质；此外，部分烟尘含湿量高而加剧烟尘的腐蚀性，因此，排放前需对其进行有效净化。由于烟尘过滤环境复杂，滤料需具备耐腐蚀、耐高温、 耐氧化、耐水解等性能。目前，工业滤料用纤维性能存在显著差异。

PTFE纤维具有极好的耐腐蚀性能(不溶于任何常规溶剂)、优异的热稳定性(熔点为327 ℃，长期工作温度范围-196～260 ℃)、良好的自润滑性和阻燃性(极限氧指数为95%)以及拒水性和气候稳定性等性能。PTFE滤料的使用寿命普遍超过3 a，是工业烟尘用滤料选材中综合性能最佳的一种[8-14]。PPS纤维具有较好的耐高温、耐酸碱、耐水解等性能，然而，较差的耐氧化性限制其工业烟尘过滤领域的应用；而且，若烟尘温度超过200 ℃，PPS滤料的机械力学性能大幅度降低而导致滤料失效。P84纤维具有极好的耐热性、耐腐蚀性和耐水解性，然而，P84纤维价格昂贵且依赖进口，短期内无法在工业烟尘过滤领域获得广泛应用。玻璃纤维具有较好的耐高温、耐腐蚀且耐水解性能，但玻璃纤维较差的耐弯曲性和耐磨性导致其可加工性低。

PTFE纤维优异的性能将成为制备工业烟尘过滤材料的首选原料。然而，由于比重大、梳理速度低，100%PTFE滤料的产量无法满足工业烟尘净化领域的需求。目前， PTFE滤料有2类：常规PTFE滤料和100%PTFE滤料。其中，常规PTFE滤料的非织造材料由PTFE纤维与其他纤维(如PPS、P84、玻璃纤维)混合后再经针刺或水刺工艺加工而成，PTFE纤维所占质量比约50%；100%PTFE滤料的非织造材料由PTFE纤维经非织造工艺加工而成。常规PTFE滤料主要用于煤电和钢铁行业烟尘过滤的袋式除尘系统，100%PTFE滤料主要用于垃圾焚烧烟尘过滤的袋式除尘系统和煤电、钢铁、水泥烟尘净化的电-袋复合除尘系统。

2 PTFE滤料结构及组分特征

2.1 PTFE滤料复合结构特征

PTFE滤料由针刺或水刺非织造材料、PTFE基布和PTFE微孔膜复合而成，图1示出常规PTFE滤料截面和3种原材料(非织造材料、基布和微孔膜)的形态特征。PTFE纤维经梳理而获得的双层纤维网与PTFE基布(见图1(c))上下叠合、形成纤维网-基布-纤维网三明治结构，再经针刺或水刺加固后而形成具有高强度的初始PTFE滤料(见图1(d))。初始PTFE滤料与PTFE微孔膜(见图1(b)所示)经热黏合加工而获得过滤效率高(≥98%)、力学性能好的PTFE滤料。目前我国有能力制备PTFE滤料原料的企业主要有上海市凌桥环保设备厂有限公司、上海灵氟隆新材料科技有限公司、常州中澳兴诚高分子材料有限公司、上海金由氟材料有限公司、苏州耐德新材料科技有限公司、辽宁金氟龙环保新材料有限公司、浙江格尔泰斯环保特材有限公司等，这些企业制备的滤料及原料的总量约占全国工业烟尘净化过滤材料使用量的七成。

图1 PTFE滤料电镜照片Fig.1 SEM images of PTFE filtration materials. (a) Cross section of PTFE; (b) Micro-pore membrane; (c) Bearing woven textile; (d) Nonwoven materials

2.2 原料对PTFE滤料性能的影响

根据滤料的结构特征，100%PTFE滤料的原料有PTFE膜裂纤维、基布、缝合线和微孔膜。图2示出常规PTFE膜裂纤维聚集状态、表观形态以及纤维直径分布的特点。纤维表面含有较多的枝状纤维(见图2(a))、直径分布广(2～130 μm，见图2(b))且表面含有较多沟槽(见图2(c)、(d))，制备方法为机械膜裂法[14-20]，工艺流程为糊料制备、静置、预成型、推压成型、压延、热牵伸、裂膜成纤和卷绕。相较于常规圆形截面的聚合物纤维，扁平PTFE纤维间的接触面积大、堆砌密度高、孔隙直径小等特征能够有效提高PTFE 滤料对粉尘颗粒的拦截和捕捉能力。此外，扁平PTFE纤维间存在不均匀分布的静电场可进一步提高非织造材料对亚微米颗粒的捕捉能力[21]。

图2 PTFE短纤维表观形貌及直径分布Fig.2 SEM image and diameter distribution of PTFE. (a) PTFE fibers; (b) Diameter distribution; (c) SEM image of morphology of fiber; (d) Magnified morphology of limited part on fiber

PTFE扁平长丝和圆形长丝的表观形态及宽度(扁平长丝)/直径(圆形长丝)分布特点分别如图3、4所示。PTFE扁平长丝由压延膜经裂割和热牵伸加工而获得。压延膜经梳状刀片切割后形成20～40根初生扁平长丝，再经热牵伸制成PTFE扁平长丝[22-23]。PTFE扁平长丝编织成的基布可有效改善滤料的力学性能和尺寸稳定性，延长滤料的使用寿命。同时，由于存在原纤(见图3(b))，PTFE扁平长丝内部包含大量的亚微米孔隙，这些微孔可改善PTFE滤料的过滤性能和气体穿透性能。PTFE圆形长丝可通过糊料挤出法制备获得[24-26]。PTFE糊料经预成型装置获得的预成型体再经挤压后形成直径为1.5 mm的初生PTFE圆形长丝，再对初生长丝进行热牵伸可获得目标直径的PTFE圆形长丝，该长丝表面光滑且无孔隙。PTFE圆形长丝直径较大(约200 μm)，不适合用于制备非织造材料。由于直径分布较均匀(见图4(c))，2～4根圆形长丝合股加捻而成的PTFE缝合线具有较好的条干均匀性，可避免滤料因缝合线条干不匀而导致缝合接口处的粉尘泄漏，保证PTFE滤料的过滤效率。PTFE微孔膜的厚度约10 μm、平均孔径约0.5 μm，常规PTFE微孔膜表观形态如图1(b)所示，其由压延膜经双向拉伸而成[27-28]。PTFE微孔膜可有效拦截工业烟尘中的亚微米颗粒，是PTFE滤料的核心材料。

图3 PTFE扁平长丝表观形貌及宽度分布Fig.3 SEM image of flat filament and width distribution of PTFE. (a) SEM image of PTFE flat filament; (b) Magnified morphology of limited part on flat filament; (c) Width distribution

图4 PTFE圆形长丝表观形貌及直径分布Fig.4 SEM image of round filament and diameter distributions of PTFE. (a) SEM image of round filament; (b) Magnified morphology of limited part on round filament; (c) Diameter distributions

3 工业除尘对PTFE滤料的需求

“十二五”计划末，垃圾焚烧、煤电、钢铁、水泥行业烟尘净化系统类型有3种：电-袋复合除尘系统、袋除尘系统和电除尘系统。电除尘系统利用高压静电使工业微细尘粒改变运动轨迹而捕获尘粒、实现对烟尘的有效过滤，使粉尘含量降低至50 mg/m3；该过滤系统是工业烟尘净化领域早期采用的净化系统且在现有工业烟尘过滤领域仍占有一定的比例。袋除尘系统依靠核心材料(滤料)内紧密且随机排列的纤维拦截和捕获细微尘粒，尤其是对工业烟尘中的PM2.5尘粒具有较高的捕捉能力。电-袋复合除尘系统先用高压静电过滤直径较大的颗粒、再用袋式除尘系统拦截和捕获已过滤烟尘中直径较小的颗粒，从而实现对工业烟尘的高效过滤。电-袋/袋除尘系统都可使工业烟尘中的固体颗粒物排放浓度降低至20 mg/m3，甚至10 mg/m3[29]。

相关数据显示，2015年末，袋除尘系统及电-袋除尘系统在垃圾焚烧、煤电、钢铁、水泥行业应用的比例分别为85%、40%、95%和90%，总过滤面积超过2亿m2[30-32]。然而，由于PTFE纤维工业化生产比较晚，PTFE滤料在工业烟尘过滤领域的应用规模比较小(15%～25%)。“十二五”期间，随着纤维产业发展，PTFE纤维价格已由早期30～50万元/t降至7～10万元/t，价格优势促使PTFE滤料在工业除尘领域的使用量快速增长。据不完全统计，至2015年底，中国PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜的产量分别为4 500～5 000、1 800～2 300、400 t和2×107～2.5×107m2。

基于工业除尘系统的发展趋势，“十三五”期间，我国垃圾焚烧、煤电、钢铁、水泥行业对PTFE滤料的合理需求量可通过工程实例推知。根据工程应用实例，PTFE滤料的面密度范围是500～700 g/m2，本文选取面密度600 g/m2的滤料作为需求量分析的统计标准。其中，PTFE基布的面密度为120 g/m2；滤料与烟尘接触面均覆有一层PTFE微孔膜；滤袋缝合工艺中，PTFE缝合线用量与滤料面积的定量比例为17.0 g/m2。在电-袋除尘系统中，高压静电可使氧气转化为氧化性极强的臭氧，强氧化性的烟尘易使PPS滤料失效，因此，“十三五”期间，电-袋除尘系统中需配置100%PTFE滤料。此外，由于极强的腐蚀性和强酸性，垃圾焚烧烟尘净化系统采用100%PTFE滤料。常规PTFE滤料(PTFE纤维质量比为50%)用于煤电和钢铁行业烟尘净化的袋除尘系统。

3.1 垃圾焚烧行业

社会高速发展加快城市化建设的进程，城市生活垃圾(在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律法规规定视为城市生活垃圾的固体废物[33])量也随之不断增加。统计资料显示，我国城市生活垃圾的年均增长率约9%[34]。垃圾清洁化处理成为我国目前的一个重大挑战。目前，我国城市生活垃圾的处理方法主要为填埋和焚烧。垃圾填埋因易引发一系列潜在危害而逐渐被淘汰[34]。垃圾焚烧已在发达国家被广泛应用[33]，焚烧产生的热量可用于发电，高度符合垃圾处理的“三化”原则，因此，焚烧将逐渐成为我国垃圾处理的主流方法[35-37]。城市生活垃圾大部分为有机物，其含有大量的碳、氢、氧、氮、硫等元素。垃圾焚烧过程中，这些元素与氧气发生反应而形成氧化物和少量氢化物，从而加剧垃圾焚烧烟尘的腐蚀性。此外，垃圾焚烧烟尘还具有温度稳定性差(140～240 ℃)、湿度高等特点而进一步增强烟尘的腐蚀性[38]，因此，严格控制垃圾焚烧烟尘排放浓度是改善大气污染的重要部分，100%PTFE滤料具有优异的耐腐蚀性、耐酸性和良好的热稳定性，是垃圾焚烧烟尘过滤的理想材料。

2001年国家制定的垃圾焚烧排放标准GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》明确规定：垃圾焚烧炉的除尘系统须采用袋式除尘系统，颗粒物排放浓度的限值为80 mg/m3。2014年国家将生活垃圾焚烧烟尘的颗粒物排放浓度限值降低至20 mg/m3。参照GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》，该标准将推动100%PTFE滤料在垃圾焚烧烟尘净化领域用量的进一步增长。

2012年，我国已建成的垃圾焚烧电厂有138座，日处理能力可达12.3万t，全年焚烧量占全年处理垃圾总量的21.0%。“十二五”末，焚烧消耗的垃圾量占全国生活垃圾总量40%左右，与发达国家相比(70%)，还有较大差距[39]。

在国家政策的激励下[40]，2010—2014年，垃圾焚烧电厂数量由70座增加至180座；至2015年底，投产和在建的垃圾焚烧电厂超过300座，年增长率超过20%，因此，“十三五”期间，城市生活垃圾焚烧产业将获得快速发展。

数据显示，2015年和2020年我国城市生活垃圾产量达1.79亿t和2.1亿t[41]。基于垃圾焚烧电厂实际处理规模[42]，本文以垃圾日均焚烧量800 t(滤料过滤面积的需求量为4 200 m2)作为计算标准，预测2020年我国生活垃圾焚烧电厂烟尘过滤系统对PTFE耐腐蚀滤料的需求量。

2015年，我国城市生活垃圾总量约1.79亿t，其中垃圾焚烧的消耗量约为0.716亿t，在其烟尘净化系统中，100%PTFE滤料的使用量约750 t。根据滤料中组分的比例，PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜的使用量分别为600、150、21 t和1.25×106m2，如表1所示。资料显示，2020年全国垃圾焚烧厂的数量可达600～700座[39]，年均增加约70座，因此，“十三五”，若城市生活垃圾全部采用焚烧处理， 我国垃圾焚烧烟尘过滤领域对100%PTFE纤维滤料的需求量为176 t，如表2所示。根据滤料复合结构可知，我国垃圾焚烧行业对PTFE短纤维、基布、缝合线和微孔膜的年均需求量分别为141、35、5 t和2.94×105m2，因此，“十三五”期间，垃圾焚烧烟尘过滤领域对100%PTFE滤料的累计需求量为880 t；对PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜的累计需求量分别为705、175、25 t和1.47×106m2，如表3所示。

表1 2015年PTFE滤料及产品在工业除尘领域的占有量

表2 “十三五”期间PTFE滤料及产品在工业除尘领域的年均需求量

表3 “十三五”期间PTFE滤料及产品在工业除尘领域的累计需求量

3.2 煤电行业

燃煤电厂烟尘主要含二氧化硅和微细尘粒[43]，同时带有少量的微量元素[44]。烟尘中的微细尘粒与二氧化硅、微量元素等气溶胶结合而形成腐蚀性更强的烟尘。在政策和社会关注的驱动下[45]，燃煤电厂对排放未达标的电除尘系统提效技改工程将会提速发展[46]。在燃煤电厂电除尘系统的提效技改工程中，电场装置与过滤效率高且经济的滤料复合的电-袋除尘系统成为电除尘系统的理想替代物。100%PTFE滤料过滤效率高且耐腐蚀性好，其在煤电除尘领域已具有较广泛的应用[32,47-48]。

2013年末，燃煤电厂除尘系统包含3个部分：电除尘系统、袋除尘系统和电-袋复合除尘系统，其占全国机组容量的比例分别为79.9%、8.8%和11.3%[47]。然而，至2015年底时，电除尘系统的比例由79.9%降至60%[32]。由此可知，袋除尘系统和电-袋复合除尘系统在煤电烟尘过滤领域增长速度快且仍具有较大的增长空间。资料显示[49]，2015年我国燃煤电厂机组容量约9×105MW。根据除尘系统改造实际工程，215、320和600 MW机组配置的电-袋除尘系统的正常处理风量分别约为1.5×106、2×106和4×106m3/h[50-52]。近几年，火电行业虽有800、1000 MW等大机组投产发电，但我国煤电机组主要集中在300 MW左右。本文以320 MW 机组容量(相应滤料使用量为37 063 m2)为基数，预测2020年燃煤电厂行业对PTFE滤料的需求量。

2015年底，若袋除尘系统和电-袋复合除尘系统在燃煤电厂除尘领域所占的比例分别为10%和30%，滤料在煤电行业的使用量约为25 018 t，PTFE微孔膜的使用量约4.19×107m2、PTFE缝合线的用量为712 t；其中，含PTFE纤维的滤料的使用量约5 028 t(约20%)，且其在袋除尘系统和电-袋复合除尘系统中的使用量分别为1 251和3 753 t。基于滤料复合结构特征，“十二五”末，煤电烟尘净化系统中，袋除尘系统消耗PTFE纤维和基布分别为629和251 t；电-袋复合除尘系统消耗PTFE纤维和基布分别为3 017和754 t。“十三五”期间，若袋除尘系统和电-袋复合除尘系统在煤电烟尘过滤领域的增长率与目前的增长速度(15%)相同，在煤电除尘领域，袋除尘系统和电-袋复合除尘对含PTFE纤维的滤料的年均需求量分别为943和2 828 t，对PTFE微孔膜的需求量为6.29×106m2、PTFE缝合线的年均需求量为107 t。根据滤料中纤维和基布的质量比关系可知，PTFE短纤维和基布在袋除尘系统与电-袋复合除尘系统中的年均需求量分别为472和189、2 262和566 t(见表2)，因此，“十三五”期间，煤电烟尘过滤领域对常规PTFE滤料和100%PTFE滤料的累计需求量分别为4 715和14 140 t，同理，对PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜的累计需求量分别为13 670、3 775、535 t和3.145×107m2(见表3)。

3.3 钢铁行业

钢铁行业是工业烟尘主要来源之一，其烟尘量占工业烟尘总量的40%。为满足新标准粉尘含量排放的要求，过滤效率高的袋除尘系统在钢铁烟尘过滤领域得到快速发展，其在整个钢铁行业的占有率达95%[53-54]。传统电除尘系统由于无法满足国家烟尘排放的新限值，其在钢铁除尘领域的占有率大幅度下降，仅占约5%。

资料[55-56]显示，2015年中国粗钢和生铁的总量分别为9.1亿t和7.3亿t。我国虽已建成3 200、4 500以及大于等于5 000 m3等大容积高炉，但目前钢铁高炉容积主要集中于1 000～2 000 m3。结合全国钢铁产能，本文选取2 500 m3容积高炉作为计算标准。根据钢铁除尘系统实际改造工程可知，2 500 m3钢铁熔炉产能为200万t/a，烟尘净化需配置14 328 m2滤料。基于中国钢铁产量和高炉配置，2015年钢铁行业需配置的滤料总面积约1.11×107m2，相应的滤料使用量为6 276 t、PTFE微孔膜的使用量为1.110×107m2、PTFE缝合线的使用量为189 t；其中，常规PTFE滤料的规模约1 332 t。根据滤料结构特点可知，PTFE纤维和基布的使用量为1 066和266 t(见表1)。

在袋除尘系统中，其核心部件(滤料)的使用寿命约1.5～3 a，不同的燃煤品质及工况条件使烟尘的理化性质差异性大、对耐高温滤料的损毁程度也不同，因此，根据燃煤品质和工况条件，袋除尘系统内的耐高温滤料需定期更换，PTFE滤料在钢铁烟尘净化领域的需求量将快速增加。“十三五”期间，若采用常规PTFE滤料替换袋除尘系统中配置的耐高温滤料且更换滤料的比例为17%，钢铁除尘系统对常规PTFE滤料的年均需求量为1 132 t、累计需求量为5 660 t。其中，PTFE纤维、基布、缝合线和微孔膜年均需求量分别为566、226、32 t和1.89×106m2，累计需求量分别为2 830、1 130 t、160 t和9.45×106m2(见表2、3)。

3.4 水泥行业

水泥烟尘的特点：温度高且变化范围大(60～260 ℃)、湿度高、微细尘粒浓度高、含重金属等有害元素。早期，水泥粉尘过滤采用电除尘系统、粉尘排放浓度为50 mg/m3。然而，随着新标准的出台，水泥行业烟尘的颗粒物浓度排放限值由100 mg/m3降低至30 mg/m3，电除尘系统无法满足新排放标准，电除尘系统面临提效技改。利用静电发生装置和壳体，电除尘系统与袋除尘系统复合而成的电-袋除尘系统可有效降低颗粒物排放浓度，且长期使用经济效益显著，此为水泥行业电-袋复合除尘系统得以迅速发展的原因[29]。至2014年末，电-袋式除尘系统在水泥行业的使用率超过80%[30]。

我国虽有最大产能可达12 000 t/d的水泥生产线，但单条生产线的产能均值约4 500 t/d。2015年，我国水泥总产量为23.5亿t[43]，全国日均总产能7.83×106t/d。根据除尘系统改造工程实例[29]可知，若将产能4 500 t/d单条水泥生产线的电除尘系统改为电-袋除尘系统，滤料的需求量为9 888 m2。基于该改造工程中滤料的用量规格，2015年底，若水泥烟尘净化系统的提效技改工程已完成90%，滤料、PTFE微孔膜和PTFE缝合线在水泥除尘领域的使用量分别为10 327 t、1.55×107m2和264 t；其中，100%PTFE滤料的使用量约1 860 t(见表1)。结合滤料结构特点，“十二五”末，PTFE纤维和基布的使用量分别为1 488 t和372 t。“十三五”期间，在水泥粉尘净化系统中，电-袋除尘系统中配置的滤料每年需更换的比例约17%且全部更换为100%PTFE滤料，因此，水泥除尘领域对100% PTFE滤料的年均需求量约1 581 t、累积需求量为7 905 t；PTFE微孔膜和缝合线的年均需求量约2.11×106m2和50 t，累计需求量约1.055×107m2和180 t。相应地，PTFE纤维和基布的年均需求量为1 265和316 t、累积需求量为6 325和1 580 t。然而，随着电除尘系统提效技改工程的进一步推进，100%PTFE纤维滤料在水泥粉尘过滤领域的需求量将会进一步增加。

4 结 论

由于极好的耐腐蚀性、优异的热稳定性和良好的力学性能，PTFE滤料在工业烟尘净化领域的使用量快速增加，尤其是在垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥行业。基于工业烟尘排放浓度的低限值和“十三五”规划，结合PTFE滤料在“十二五”期间的发展趋势，本文合理分析垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥行业烟尘过滤领域在“十三五”期间对PTFE滤料的需求量。同时，根据PTFE滤料的结构特征，研究进一步分析了PTFE纤维、基布、缝纫线和微孔膜的需求量。研究数据显示，在2016—2020年，垃圾焚烧、煤电、钢铁和水泥除尘系统对PTFE滤料需求量的年复合增长率均超过10%，有的行业甚至超过20%(如垃圾焚烧)。此外，随着行业发展以及烟尘过滤系统的升级，“十三五”期间，工业烟尘净化领域对PTFE滤料的需求量将会进一步增加。

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Structure and development of polytetrafluoroethylene anti-corrosion filtration materials

XU Yukang， ZHU Shang， JIN Xiangyu

(EngineeringResearchCenterofTechnicalTextiles,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to study the market industrial demand for polytetrafluoroethylene (PTFE) filter material, the main aspects (application in the field of filtration of industrial flue dust, structure and component of filters, and development in the purifying industry dust field) of polytetrafluoroethy-lene anti-corrosion filtration materials are reviewed. More importantly, the development of PTFE filters applied in the four main industrial fields (namely, waste incineration, coal-fired power plants, steel and cement) in the time period between 2016 and 2020 is analyzed. Additionally, on the basis of the structural characteristics of anti-corrosion filters, demands of PTFE split-film fiber, bearing cloth, sewing and micro-pore membrane are also predicted reasonably. The analysis indicates that the cumulative demands of PTFE filter materials of the purification system in the four main industrial fields will be 880, 18 855.5, 5 660 and 7 905 tons, respectively, implying that the increase ratio is over 10%. Analysis of demands of PTFE filter materials in next five years could provide the industry-purification system with a significant reference.

polytetrafluoroethylene; anti-corrosive; filter material; industrial dust

10.13475/j.fzxb.20160603911

2016-06-15

2017-02-17

上海市经济和信息化委员会产学研合作项目(沪CXY-2014-025)；国家博士研究生创新基金项目(CUSF-DH-D-2015012)

徐玉康(1989—)，男，博士生。研究方向为高效聚四氟乙烯耐腐蚀过滤材料。靳向煜，通信作者，E-mail：jinxy@ dhu.edu.cn。

TS 151

A