《聚四氟乙烯雙向拉伸過(guò)濾薄膜》標(biāo)準(zhǔn)解讀

陳觀福壽，朱小云，孫玲玲

1.上海市凌橋環(huán)保設(shè)備廠有限公司，上海200137；2.上海市紡織科學(xué)研究院有限公司，上海200082；3.上海金由氟材料股份有限公司，上海200137

0 引言

聚四氟乙烯雙向拉伸薄膜是國(guó)際上廣泛使用的，以聚四氟乙烯分散樹(shù)脂為原料，經(jīng)橫縱雙向拉伸工藝制成的一種塑料薄膜制品。它具有微孔性、孔徑分布均勻、透氣性好等特性，將此薄膜用特殊工藝覆合在各種基材上，可成為新型過(guò)濾材料，目前主要用于工業(yè)除塵、空氣凈化和液體高級(jí)凈化行業(yè)。最初這種產(chǎn)品完全由國(guó)外公司壟斷，但如今國(guó)內(nèi)企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的潛心研究和開(kāi)發(fā)，最終都實(shí)現(xiàn)了百分百的國(guó)產(chǎn)化，已充分掌握其技術(shù)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)等方面，完全獨(dú)立自主，產(chǎn)品達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平甚至有些指標(biāo)超過(guò)了國(guó)外同類產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和銷售該產(chǎn)品也已形成一個(gè)行業(yè)。盡管如此，各廠家的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，水平不同，且目前無(wú)國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，迫切需要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)需求。

1 標(biāo)準(zhǔn)制定原則

標(biāo)準(zhǔn)制、修訂遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，標(biāo)準(zhǔn)制、修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進(jìn)。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容編排時(shí)依據(jù)GB/T 1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)規(guī)則》進(jìn)行編制和排版。

2 技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)的確定

2.1 產(chǎn)品分類

編制小組在本標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中對(duì)薄膜產(chǎn)品如何分類進(jìn)行了充分的討論與研究。根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)、用戶和行業(yè)專家的意見(jiàn)，薄膜先按應(yīng)用領(lǐng)域分為兩大類，其中Ⅰ類為除塵凈化薄膜，用于工業(yè)除塵和空氣凈化領(lǐng)域，Ⅱ類為精密過(guò)濾薄膜，用于空氣或液體必須高級(jí)凈化且有一定通量和流量的領(lǐng)域，在保持流通的同時(shí)，可過(guò)濾包括細(xì)菌在內(nèi)的塵埃顆粒。Ⅰ類膜再按透氣性能可分為A型、B型、C型和D型；Ⅱ類精密過(guò)濾薄膜按孔徑大小可分為3.00 μm、1.00 μm、0.45 μm、0.22 μm和0.10 μm五個(gè)規(guī)格，按用途又可分為氣體過(guò)濾膜和液體過(guò)濾膜。

2.2 有效幅寬偏差

編制小組在標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中廣泛征求了多家生產(chǎn)企業(yè)和用戶的意見(jiàn)，認(rèn)為有效幅寬是最基本、也是最重要的規(guī)格表征，但通常由用戶選定后報(bào)給生產(chǎn)企業(yè)，各家要求也不一樣，存在規(guī)格較多和范圍較大的現(xiàn)象，因而無(wú)需也沒(méi)必要進(jìn)行統(tǒng)一。考慮到薄膜總有一定的收縮性，所以取正偏差，標(biāo)準(zhǔn)要求有效幅寬偏差應(yīng)不小于20 mm。

2.3 透氣性

透氣性是工業(yè)除塵領(lǐng)域?yàn)V料最常用的性能指標(biāo)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，它的大小與薄膜孔徑相關(guān)聯(lián)。根據(jù)不同類型的薄膜，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)四種薄膜的透氣性進(jìn)行了規(guī)定，要求A型≥15 m3/（m2·min）、B型為10～15 m3/（m2·min）、C型為5～10 m3/（m2·min）、D型＜5 m3/（m2·min）。試驗(yàn)方法按GB/T 5453─1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》的規(guī)定執(zhí)行，試驗(yàn)壓降為200 Pa。

2.4 過(guò)濾效率

過(guò)濾效率是空氣凈化領(lǐng)域?yàn)V料最常用的性能指標(biāo)，試驗(yàn)方法有多種，但目前得到生產(chǎn)企業(yè)、用戶和檢測(cè)機(jī)構(gòu)三方均認(rèn)同的是采用自動(dòng)濾料測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。此方法等同于GB/T 6165─2008《高效空氣過(guò)濾器性能試驗(yàn)方法效率和阻力》中6.2的規(guī)定，只是過(guò)程簡(jiǎn)化，無(wú)需鈉鹽燃燒，可直接使用光度計(jì)測(cè)量上下游氣溶膠濃度。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)于粒徑小于0.3 μm顆粒的過(guò)濾效率，四種類型薄膜要求達(dá)到：A型≥95.000%、B型≥99.500%、C型≥99.950%、D型≥99.995%。

2.5 拉伸負(fù)荷

PTFE薄膜是以聚四氟乙烯分散樹(shù)脂為原料，經(jīng)橫縱雙向拉伸工藝制成的一種塑料薄膜制品。拉伸負(fù)荷是反映塑料薄膜制品綜合力學(xué)性能最常用的指標(biāo)，原料樹(shù)脂的品質(zhì)及制膜的工藝過(guò)程都直接影響薄膜的拉伸性能。試驗(yàn)方法按GB/T 1040.3─2006《塑料拉伸性能的測(cè)試》規(guī)定執(zhí)行，沿橫、縱方向均勻各取50 mm×200 mm試樣五只，試驗(yàn)速度為100 mm/min進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，要求A型和B型拉伸薄膜負(fù)荷為橫向≥2.0 N、縱向≥2.5 N，C型和D型拉伸薄膜負(fù)荷均為橫向≥2.5 N、縱向≥4.0 N。

2.6 孔徑特征及孔徑分布

PTFE過(guò)濾薄膜適用于氣固、液固兩相過(guò)濾分離，可截留粒徑以微米計(jì)的超細(xì)粉塵，主要是基于薄膜具有微孔特性。因此孔隙特征應(yīng)納入性能考核范圍，包括最大孔徑和孔徑分布。

試驗(yàn)方法采用已得到生產(chǎn)企業(yè)、用戶和檢測(cè)機(jī)構(gòu)三方認(rèn)同的孔徑分析儀和泡壓法原理進(jìn)行測(cè)試，即對(duì)已被浸潤(rùn)液飽和潤(rùn)濕的薄膜試樣一側(cè)施加氣體壓力，氣體穿過(guò)試樣孔隙時(shí)的壓力與孔徑大小相關(guān)，見(jiàn)公式（1）。通過(guò)測(cè)量氣體穿過(guò)試樣孔隙時(shí)的壓力，可計(jì)算試樣的孔隙特征參數(shù)。

式（1）中：d——試樣孔徑；

σ——浸潤(rùn)液的表面張力/（N·m-1）；

θ——浸潤(rùn)液與試樣的接觸角/（°）；

ΔP——試樣兩側(cè)的壓差/Pa。

根據(jù)不同類型的薄膜，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅰ類薄膜最大孔徑≤5 μm、平均孔徑與最可幾孔徑的相對(duì)偏差＜6%；Ⅱ類薄膜孔徑分布累計(jì)90%孔徑不得大于選定的孔徑規(guī)格。其中Ⅰ類采用平均孔徑與最可幾孔徑的相對(duì)偏差，是因?yàn)樽羁蓭卓讖绞强讖椒植记€上對(duì)應(yīng)于出現(xiàn)百分率最大處的孔徑，與平均孔徑的偏差越小，兩者越接近，則說(shuō)明孔徑均勻度越好。Ⅱ類孔徑分布采用累計(jì)90%孔徑不得大于選定的孔徑規(guī)格，是因?yàn)檫@一類型的薄膜規(guī)格是以孔徑表示的，且是用戶依據(jù)要截留的固體顆粒大小選定的，因此要保證滿意的過(guò)濾效果，薄膜實(shí)際孔徑應(yīng)小于選定的孔徑規(guī)格。

2.7 孔隙率

聚四氟乙烯雙向拉伸過(guò)濾薄膜在過(guò)濾行業(yè)得到廣泛應(yīng)用的主要原因是其具有微孔特性，孔的大小決定了薄膜的過(guò)濾精度，孔的多少間接決定了薄膜的過(guò)濾速率以及能量損耗，因此在保證過(guò)濾精度的前提下，充分減少薄膜的能量損耗，膜的孔隙率指標(biāo)的考核就顯得尤為重要。但目前孔隙率尚未有儀器可以直接測(cè)試，只能通過(guò)間接方法計(jì)算得到，計(jì)算時(shí)按公式（2）執(zhí)行。

式（2）中：ε——孔隙率/%；

ρ——試樣密度/（g·cm-3）；

ρ0——聚四氟乙烯樹(shù)脂設(shè)定的計(jì)算密度2.18 g/cm3。

之所以要設(shè)定樹(shù)脂密度ρ0，是由于同一批次的原料樹(shù)脂每桶的密度值也存在差別，且在實(shí)際生產(chǎn)中每個(gè)批次的薄膜坯料通常是由多種不同密度值的樹(shù)脂制備而成。目前國(guó)內(nèi)行業(yè)內(nèi)能夠制成雙向拉伸薄膜的樹(shù)脂密度值約為2.18 g/cm3。因此為了數(shù)據(jù)的可比性，設(shè)定了一個(gè)統(tǒng)一的密度值2.18 g/cm3進(jìn)行計(jì)算。在本標(biāo)準(zhǔn)中薄膜的孔隙率要求≥70%。

2.8 泡點(diǎn)壓力

在產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程中，孔徑分布檢測(cè)對(duì)檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)條件的要求比較高，對(duì)檢測(cè)造成一定的不便。根據(jù)公式（1）可以看出，孔徑與泡點(diǎn)壓力之間存在一定的關(guān)系，因此泡點(diǎn)壓力在一定程度上能夠有效的反應(yīng)該產(chǎn)品的孔徑分布。泡點(diǎn)壓力檢測(cè)對(duì)檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)條件的要求不高，且簡(jiǎn)便快捷。因此將泡點(diǎn)壓力納入Ⅱ類性能考核范圍。

根據(jù)不同規(guī)格的薄膜，標(biāo)準(zhǔn)要求3 μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力≥0.02 MPa，1μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力≥0.06 MPa，0.45 μm 孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力≥0.10 MPa，0.22 μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力≥0.14 MPa，0.1 μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力≥0.18 MPa。

2.9 通量

通量是凈化過(guò)濾領(lǐng)域最常見(jiàn)的性能指標(biāo)。在過(guò)濾過(guò)程中，通量越大過(guò)濾速率越高，能量消耗越少。為了達(dá)到提高速率和節(jié)約能源的目的，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通量進(jìn)行了規(guī)定。根據(jù)Ⅱ類薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域可以分為空氣過(guò)濾用膜和液體過(guò)濾用膜。空氣過(guò)濾用膜主要考察空氣通量，液體過(guò)濾用膜考察液體流量。

根據(jù)不同規(guī)格的薄膜，標(biāo)準(zhǔn)要求：3 μm孔徑薄膜空氣通量≥1 800 m3/（m2·h），液體流量≥15.0 m3/（m2·h）；1 μ m 孔徑薄膜空氣通量≥1 200 m3/（m2·h），液體流量≥10.0 m3/（m2·h）；0.45 μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力空氣通量≥1000m3/（m2·h），液體流量≥8.0 m3/（m2·h）；0.22 μm孔徑薄膜泡點(diǎn)壓力空氣通量≥800 m3/（m2·h），液體流量≥6.0 m3/（m2·h）；0.1 μm 孔 徑薄膜空氣通量≥500 m3/（m2·h），液體流量≥3.0 m3/（m2·h）。

3 制定意義

標(biāo)準(zhǔn)的制定規(guī)范了聚四氟乙烯薄膜產(chǎn)品的要求、檢驗(yàn)方法等內(nèi)容，既保護(hù)了使用者的利益，也促進(jìn)國(guó)內(nèi)企業(yè)不斷提高自己的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，從而進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)內(nèi)微孔過(guò)濾技術(shù)的進(jìn)步，提高關(guān)鍵高端產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率，降低成本，更好促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)健康良性發(fā)展。