《聚四氟乙烯双向拉伸过滤薄膜》标准解读

陈观福寿，朱小云，孙玲玲

1.上海市凌桥环保设备厂有限公司，上海200137；2.上海市纺织科学研究院有限公司，上海200082；3.上海金由氟材料股份有限公司，上海200137

0 引言

聚四氟乙烯双向拉伸薄膜是国际上广泛使用的，以聚四氟乙烯分散树脂为原料，经横纵双向拉伸工艺制成的一种塑料薄膜制品。它具有微孔性、孔径分布均匀、透气性好等特性，将此薄膜用特殊工艺覆合在各种基材上，可成为新型过滤材料，目前主要用于工业除尘、空气净化和液体高级净化行业。最初这种产品完全由国外公司垄断，但如今国内企业经过多年的潜心研究和开发，最终都实现了百分百的国产化，已充分掌握其技术、生产和检验等方面，完全独立自主，产品达到国外先进水平甚至有些指标超过了国外同类产品，国内生产和销售该产品也已形成一个行业。尽管如此，各厂家的生产技术、产品质量良莠不齐，水平不同，且目前无国际和国家标准，迫切需要制定行业标准，规范行业生产，满足市场需求。

1 标准制定原则

标准制、修订遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，标准制、修订与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进。

本标准在结构和内容编排时依据GB/T 1.1—2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则》进行编制和排版。

2 技术参数和指标的确定

2.1 产品分类

编制小组在本标准制定过程中对薄膜产品如何分类进行了充分的讨论与研究。根据生产企业、用户和行业专家的意见，薄膜先按应用领域分为两大类，其中Ⅰ类为除尘净化薄膜，用于工业除尘和空气净化领域，Ⅱ类为精密过滤薄膜，用于空气或液体必须高级净化且有一定通量和流量的领域，在保持流通的同时，可过滤包括细菌在内的尘埃颗粒。Ⅰ类膜再按透气性能可分为A型、B型、C型和D型；Ⅱ类精密过滤薄膜按孔径大小可分为3.00 μm、1.00 μm、0.45 μm、0.22 μm和0.10 μm五个规格，按用途又可分为气体过滤膜和液体过滤膜。

2.2 有效幅宽偏差

编制小组在标准制定过程中广泛征求了多家生产企业和用户的意见，认为有效幅宽是最基本、也是最重要的规格表征，但通常由用户选定后报给生产企业，各家要求也不一样，存在规格较多和范围较大的现象，因而无需也没必要进行统一。考虑到薄膜总有一定的收缩性，所以取正偏差，标准要求有效幅宽偏差应不小于20 mm。

2.3 透气性

透气性是工业除尘领域滤料最常用的性能指标，经过试验验证，它的大小与薄膜孔径相关联。根据不同类型的薄膜，标准对四种薄膜的透气性进行了规定，要求A型≥15 m3/（m2·min）、B型为10～15 m3/（m2·min）、C型为5～10 m3/（m2·min）、D型＜5 m3/（m2·min）。试验方法按GB/T 5453─1997《纺织品织物透气性的测定》的规定执行，试验压降为200 Pa。

2.4 过滤效率

过滤效率是空气净化领域滤料最常用的性能指标，试验方法有多种，但目前得到生产企业、用户和检测机构三方均认同的是采用自动滤料测试仪进行测试。此方法等同于GB/T 6165─2008《高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力》中6.2的规定，只是过程简化，无需钠盐燃烧，可直接使用光度计测量上下游气溶胶浓度。

经试验验证，标准要求对于粒径小于0.3 μm颗粒的过滤效率，四种类型薄膜要求达到：A型≥95.000%、B型≥99.500%、C型≥99.950%、D型≥99.995%。

2.5 拉伸负荷

PTFE薄膜是以聚四氟乙烯分散树脂为原料，经横纵双向拉伸工艺制成的一种塑料薄膜制品。拉伸负荷是反映塑料薄膜制品综合力学性能最常用的指标，原料树脂的品质及制膜的工艺过程都直接影响薄膜的拉伸性能。试验方法按GB/T 1040.3─2006《塑料拉伸性能的测试》规定执行，沿横、纵方向均匀各取50 mm×200 mm试样五只，试验速度为100 mm/min进行测试。经过试验验证，要求A型和B型拉伸薄膜负荷为横向≥2.0 N、纵向≥2.5 N，C型和D型拉伸薄膜负荷均为横向≥2.5 N、纵向≥4.0 N。

2.6 孔径特征及孔径分布

PTFE过滤薄膜适用于气固、液固两相过滤分离，可截留粒径以微米计的超细粉尘，主要是基于薄膜具有微孔特性。因此孔隙特征应纳入性能考核范围，包括最大孔径和孔径分布。

试验方法采用已得到生产企业、用户和检测机构三方认同的孔径分析仪和泡压法原理进行测试，即对已被浸润液饱和润湿的薄膜试样一侧施加气体压力，气体穿过试样孔隙时的压力与孔径大小相关，见公式（1）。通过测量气体穿过试样孔隙时的压力，可计算试样的孔隙特征参数。

式（1）中：d——试样孔径；

σ——浸润液的表面张力/（N·m-1）；

θ——浸润液与试样的接触角/（°）；

ΔP——试样两侧的压差/Pa。

根据不同类型的薄膜，标准规定Ⅰ类薄膜最大孔径≤5 μm、平均孔径与最可几孔径的相对偏差＜6%；Ⅱ类薄膜孔径分布累计90%孔径不得大于选定的孔径规格。其中Ⅰ类采用平均孔径与最可几孔径的相对偏差，是因为最可几孔径是孔径分布曲线上对应于出现百分率最大处的孔径，与平均孔径的偏差越小，两者越接近，则说明孔径均匀度越好。Ⅱ类孔径分布采用累计90%孔径不得大于选定的孔径规格，是因为这一类型的薄膜规格是以孔径表示的，且是用户依据要截留的固体颗粒大小选定的，因此要保证满意的过滤效果，薄膜实际孔径应小于选定的孔径规格。

2.7 孔隙率

聚四氟乙烯双向拉伸过滤薄膜在过滤行业得到广泛应用的主要原因是其具有微孔特性，孔的大小决定了薄膜的过滤精度，孔的多少间接决定了薄膜的过滤速率以及能量损耗，因此在保证过滤精度的前提下，充分减少薄膜的能量损耗，膜的孔隙率指标的考核就显得尤为重要。但目前孔隙率尚未有仪器可以直接测试，只能通过间接方法计算得到，计算时按公式（2）执行。

式（2）中：ε——孔隙率/%；

ρ——试样密度/（g·cm-3）；

ρ0——聚四氟乙烯树脂设定的计算密度2.18 g/cm3。

之所以要设定树脂密度ρ0，是由于同一批次的原料树脂每桶的密度值也存在差别，且在实际生产中每个批次的薄膜坯料通常是由多种不同密度值的树脂制备而成。目前国内行业内能够制成双向拉伸薄膜的树脂密度值约为2.18 g/cm3。因此为了数据的可比性，设定了一个统一的密度值2.18 g/cm3进行计算。在本标准中薄膜的孔隙率要求≥70%。

2.8 泡点压力

在产品检测过程中，孔径分布检测对检测设备和检测条件的要求比较高，对检测造成一定的不便。根据公式（1）可以看出，孔径与泡点压力之间存在一定的关系，因此泡点压力在一定程度上能够有效的反应该产品的孔径分布。泡点压力检测对检测设备及检测条件的要求不高，且简便快捷。因此将泡点压力纳入Ⅱ类性能考核范围。

根据不同规格的薄膜，标准要求3 μm孔径薄膜泡点压力≥0.02 MPa，1μm孔径薄膜泡点压力≥0.06 MPa，0.45 μm 孔径薄膜泡点压力≥0.10 MPa，0.22 μm孔径薄膜泡点压力≥0.14 MPa，0.1 μm孔径薄膜泡点压力≥0.18 MPa。

2.9 通量

通量是净化过滤领域最常见的性能指标。在过滤过程中，通量越大过滤速率越高，能量消耗越少。为了达到提高速率和节约能源的目的，标准对通量进行了规定。根据Ⅱ类薄膜的应用领域可以分为空气过滤用膜和液体过滤用膜。空气过滤用膜主要考察空气通量，液体过滤用膜考察液体流量。

根据不同规格的薄膜，标准要求：3 μm孔径薄膜空气通量≥1 800 m3/（m2·h），液体流量≥15.0 m3/（m2·h）；1 μ m 孔径薄膜空气通量≥1 200 m3/（m2·h），液体流量≥10.0 m3/（m2·h）；0.45 μm孔径薄膜泡点压力空气通量≥1000m3/（m2·h），液体流量≥8.0 m3/（m2·h）；0.22 μm孔径薄膜泡点压力空气通量≥800 m3/（m2·h），液体流量≥6.0 m3/（m2·h）；0.1 μm 孔 径薄膜空气通量≥500 m3/（m2·h），液体流量≥3.0 m3/（m2·h）。

3 制定意义

标准的制定规范了聚四氟乙烯薄膜产品的要求、检验方法等内容，既保护了使用者的利益，也促进国内企业不断提高自己的技术水平和产品质量，从而进一步推动国内微孔过滤技术的进步，提高关键高端产品的国产化率，降低成本，更好促进其产业健康良性发展。