科賽新材：聚四氟乙烯材料在氫能行業的運用

“聚四氟乙烯材料屬于環保型新材料，能廣泛應用于新能源、電子半導體、汽車等高尖端行業。” 科賽新材氫能項目負責人趙鈺鋒在2022高工氫電年會上表示，聚四氟乙烯材料在耐高低溫、耐腐蝕、耐老化等方面都有優異的表現。

在本屆年會的電堆與核心材料專場，科賽新材氫能項目負責人趙鈺鋒發表了“聚四氟乙烯材料在氫能行業中的運用”的主題演講。趙鈺鋒分析了聚四氟乙烯材料在氫能領域應用前景，并介紹了科賽新材的聚四氟乙烯材料制備工藝情況。

什么是聚四氟乙烯材料？

聚四氟乙烯材料（PTFE）不同于普通的工程塑料，它的原料不是源自石油和天然氣，而是礦產資源——螢石，螢石在中國古代也被稱為夜明珠，在中國有著廣泛的分布。中國也是世界上螢石礦含量比較豐富的國家之一，礦產含量位居世界第三。

聚四氟乙烯材料在生產流程中，首先會將螢石礦與硫酸發生反應生成無水氫氟酸，無水氫氟酸加入氣體、制冷劑再反應后，就會轉化為四氟乙烯（TFE)、六氟丙烯（HFP)、偏氟乙烯（VDF)、三氟氯乙烯（CTFE)、PVE（Per-fluoro Vinyl ether)等主要氟單體，最后通過聚合主要生成氟樹脂、氟涂料以及氟橡膠等三類物質。

四氟乙烯通過不同的制備工藝，能生成特色不同的聚四氟乙烯樹脂，目前市場上常見的有兩種制備工藝，分別是懸浮聚合和分散聚合。

懸浮聚合法是將四氟乙烯在水介質中，以過硫酸鹽為引發劑，進行懸浮聚合后，經搗碎、研磨、洗滌、干燥，制成懸浮聚合樹脂，這類材料可制成板、棒、管、薄膜等型材。懸浮聚合法發展得比較成熟，是工業上合成聚四氟乙烯的主要方法。

分散聚合法是將四氟乙烯在水介質中，以全氟羧酸鹽為分散劑，氟碳化合物為穩定劑，在過硫酸鹽或其氧化還原體系的引發作用下進行分散聚合得到分散液，分散液經凝聚、洗滌、干燥制成分散聚合樹脂，這類材料可制成質子交換基材膜、纖維管、纖維編織絲等。

PTFE屬于環保型新材料，廣泛應用于新能源行業、電子半導體行業、汽車行業、石油化工行業、醫療器械行業、航空航天行業、船舶運輸行業等。

PTFE也被稱為氟聚物中的“塑料王”，具有多種優異的特性。如優異的耐高低溫性，PTFE可以在零下180度到260度長期使用，保持基本性能不變；極強的耐絕緣性，PTFE介電強度可達10KV/MM；稀缺的不燃性，PTFE的限氧指數在90%以下，阻燃等級UL V-0。

此外，PTFE屬于耐腐蝕性材料，具有卓越的耐腐蝕性，除了熔融的堿金屬之外，基本不會與任何化學試劑發生反應，優異的耐老化性也讓PTFE可以長期暴露在大氣中，其表面及性能都能保持不變。同時， PTFE表面的摩擦系數最低可以達到0.04，具備固體材料中最低的表面能。

憑借如此優異的特性，也讓科賽新材對PTFE在氫能領域的運用有了更大的想象空間。

聚四氟乙烯在氫能行業的應用

浙江科賽新材料科技有限公司（簡稱：科賽新材）是沃特股份（002886)）的子公司，位于湖州莫干山高新技術開發區?？瀑愋虏氖菄鴥茸钤玳_展含氟高分子材料及其應用研究和產業化的企業之一，具備年產3000多噸PTFE及各類特種工程材料生產能力的企業。

質子膜在生產過程中主要有兩種工藝，一種是轉印，一種是涂布。科賽新材基于在5G通訊液晶半導體芯中積累的薄膜研發技術以及成熟的生產工藝，將PTFE運用到氫能領域，研發出獨有的膜電極轉印工藝以及專用轉印薄膜。

科賽新材的轉印工藝，首先會將催化劑的漿料進行配置，然后再將配置好的催化劑涂布到轉印離心膜上進行烘干，接下來將烘干固化的催化劑轉印到質子交換膜上，再去除轉印薄膜進行密封邊框的加工，最后形成膜電極。

“在研發早期，我們的轉印薄膜碰到了一系列的問題，比如在轉印之后，由于轉印薄膜的表面棱比較高，轉印時會殘留下一些催化劑，又或者轉印薄膜的耐溫性能不夠，導致薄膜在高溫下的收縮率比較大、薄膜表面的平整度不夠等一系列問題。”趙鈺鋒表示，針對這些問題，科賽新材也進行了一系列改進。

科賽新材與客戶進行了深入的交流，經過多年的研究及開發，將聚四氟乙烯樹脂原料經模壓、燒結工藝后，通過超高精度車削設備制作成薄膜，提高了其在高溫下的尺寸穩定性以及表面平整度。

從而推出了CSFM-800H氫能轉印薄膜，其具有高溫環境下薄膜收縮率低、邊緣翹曲度小、耐高溫以及可定制化生產的特點，受到了市場的廣泛好評。

除了轉印薄膜之外，科賽新材也將PTFE運用到攪拌槳中。在催化劑的配置過程中需要用到攪拌槳，普通的金屬攪拌槳會與催化劑發生反應，導致品質發生問題，但科賽新材將PTFE與不銹鋼結合，在前者發揮獨特的防腐性能的同時又能利用不銹鋼材料高的強度，使兩者進行互補，滿足客戶需求。

“之前我們會用石棉橡膠板制作堿性水電解水槽的墊片，但由于石棉被認定為一級致癌物以及其他的一些因素，我們決定改用PTFE制作的填充改性板。”趙鈺鋒還表示，PTFE墊片的制作也不是一帆風順，在生產過程中也遇到許多問題。

其一是PTFE本身的蠕變性比較差，會導致墊片出現了氫氣泄漏的密封性問題；其二由于PTFE在高溫下熱穩定性不足，墊片的尺寸也會出現偏差；其三，生產工藝的不足也讓墊片的厚度均勻性、圓滑度出現了較大的差異。

針對以上的問題，科賽新材在PTFE樹脂中添加一定量填充劑，如玻璃纖維、青銅粉、二硫化鉬、石墨、碳纖維等，經高速混合均勻后用模具壓制成型，再經高溫燒結制成墊片從而改善了PTFE的某些特性，特別是耐磨耗、硬度、抗蠕變、自潤滑等方面比純聚四氟乙烯制品有了較明顯的改善。此外，科賽新材也會根據客戶需求的不同，采用不同的制備工藝，從而對墊片進行定制化的生產。

展望未來，科賽新材計劃啟動年產8000噸高性能新材料及新能源、半導體高端裝備項目，該項目總投資5.5億元，規劃用地面積100畝，項目建筑主體包括生產車間、研發中心、倉儲中心、綜合辦公樓和職工之家等，并配置智能化先進生產設備和高精密檢測儀器。

科賽新材將繼續深耕于高端工程材料領域，打破國外壟斷，為中國高端基礎材料解決“卡脖子”問題，實現關鍵設備國產化，并致力打造成為國內最高端的5G、新能源、半導體、軍工、醫療健康、節能環保等領域核心關鍵材料制造基地。