科赛新材：聚四氟乙烯材料在氢能行业的运用

“聚四氟乙烯材料属于环保型新材料，能广泛应用于新能源、电子半导体、汽车等高尖端行业。” 科赛新材氢能项目负责人赵钰锋在2022高工氢电年会上表示，聚四氟乙烯材料在耐高低温、耐腐蚀、耐老化等方面都有优异的表现。

在本届年会的电堆与核心材料专场，科赛新材氢能项目负责人赵钰锋发表了“聚四氟乙烯材料在氢能行业中的运用”的主题演讲。赵钰锋分析了聚四氟乙烯材料在氢能领域应用前景，并介绍了科赛新材的聚四氟乙烯材料制备工艺情况。

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气，而是矿产资源——萤石，萤石在中国古代也被称为夜明珠，在中国有着广泛的分布。中国也是世界上萤石矿含量比较丰富的国家之一，矿产含量位居世界第三。

聚四氟乙烯材料在生产流程中，首先会将萤石矿与硫酸发生反应生成无水氢氟酸，无水氢氟酸加入气体、制冷剂再反应后，就会转化为四氟乙烯（TFE)、六氟丙烯（HFP)、偏氟乙烯（VDF)、三氟氯乙烯（CTFE)、PVE（Per-fluoro Vinyl ether)等主要氟单体，最后通过聚合主要生成氟树脂、氟涂料以及氟橡胶等三类物质。

四氟乙烯通过不同的制备工艺，能生成特色不同的聚四氟乙烯树脂，目前市场上常见的有两种制备工艺，分别是悬浮聚合和分散聚合。

悬浮聚合法是将四氟乙烯在水介质中，以过硫酸盐为引发剂，进行悬浮聚合后，经捣碎、研磨、洗涤、干燥，制成悬浮聚合树脂，这类材料可制成板、棒、管、薄膜等型材。悬浮聚合法发展得比较成熟，是工业上合成聚四氟乙烯的主要方法。

分散聚合法是将四氟乙烯在水介质中，以全氟羧酸盐为分散剂，氟碳化合物为稳定剂，在过硫酸盐或其氧化还原体系的引发作用下进行分散聚合得到分散液，分散液经凝聚、洗涤、干燥制成分散聚合树脂，这类材料可制成质子交换基材膜、纤维管、纤维编织丝等。

PTFE属于环保型新材料，广泛应用于新能源行业、电子半导体行业、汽车行业、石油化工行业、医疗器械行业、航空航天行业、船舶运输行业等。

PTFE也被称为氟聚物中的“塑料王”，具有多种优异的特性。如优异的耐高低温性，PTFE可以在零下180度到260度长期使用，保持基本性能不变；极强的耐绝缘性，PTFE介电强度可达10KV/MM；稀缺的不燃性，PTFE的限氧指数在90%以下，阻燃等级UL V-0。

此外，PTFE属于耐腐蚀性材料，具有卓越的耐腐蚀性，除了熔融的碱金属之外，基本不会与任何化学试剂发生反应，优异的耐老化性也让PTFE可以长期暴露在大气中，其表面及性能都能保持不变。同时， PTFE表面的摩擦系数最低可以达到0.04，具备固体材料中最低的表面能。

凭借如此优异的特性，也让科赛新材对PTFE在氢能领域的运用有了更大的想象空间。

聚四氟乙烯在氢能行业的应用

浙江科赛新材料科技有限公司（简称：科赛新材）是沃特股份（002886)）的子公司，位于湖州莫干山高新技术开发区。科赛新材是国内最早开展含氟高分子材料及其应用研究和产业化的企业之一，具备年产3000多吨PTFE及各类特种工程材料生产能力的企业。

质子膜在生产过程中主要有两种工艺，一种是转印，一种是涂布。科赛新材基于在5G通讯液晶半导体芯中积累的薄膜研发技术以及成熟的生产工艺，将PTFE运用到氢能领域，研发出独有的膜电极转印工艺以及专用转印薄膜。

科赛新材的转印工艺，首先会将催化剂的浆料进行配置，然后再将配置好的催化剂涂布到转印离心膜上进行烘干，接下来将烘干固化的催化剂转印到质子交换膜上，再去除转印薄膜进行密封边框的加工，最后形成膜电极。

“在研发早期，我们的转印薄膜碰到了一系列的问题，比如在转印之后，由于转印薄膜的表面棱比较高，转印时会残留下一些催化剂，又或者转印薄膜的耐温性能不够，导致薄膜在高温下的收缩率比较大、薄膜表面的平整度不够等一系列问题。”赵钰锋表示，针对这些问题，科赛新材也进行了一系列改进。

科赛新材与客户进行了深入的交流，经过多年的研究及开发，将聚四氟乙烯树脂原料经模压、烧结工艺后，通过超高精度车削设备制作成薄膜，提高了其在高温下的尺寸稳定性以及表面平整度。

从而推出了CSFM-800H氢能转印薄膜，其具有高温环境下薄膜收缩率低、边缘翘曲度小、耐高温以及可定制化生产的特点，受到了市场的广泛好评。

除了转印薄膜之外，科赛新材也将PTFE运用到搅拌桨中。在催化剂的配置过程中需要用到搅拌桨，普通的金属搅拌桨会与催化剂发生反应，导致品质发生问题，但科赛新材将PTFE与不锈钢结合，在前者发挥独特的防腐性能的同时又能利用不锈钢材料高的强度，使两者进行互补，满足客户需求。

“之前我们会用石棉橡胶板制作碱性水电解水槽的垫片，但由于石棉被认定为一级致癌物以及其他的一些因素，我们决定改用PTFE制作的填充改性板。”赵钰锋还表示，PTFE垫片的制作也不是一帆风顺，在生产过程中也遇到许多问题。

其一是PTFE本身的蠕变性比较差，会导致垫片出现了氢气泄漏的密封性问题；其二由于PTFE在高温下热稳定性不足，垫片的尺寸也会出现偏差；其三，生产工艺的不足也让垫片的厚度均匀性、圆滑度出现了较大的差异。

针对以上的问题，科赛新材在PTFE树脂中添加一定量填充剂，如玻璃纤维、青铜粉、二硫化钼、石墨、碳纤维等，经高速混合均匀后用模具压制成型，再经高温烧结制成垫片从而改善了PTFE的某些特性，特别是耐磨耗、硬度、抗蠕变、自润滑等方面比纯聚四氟乙烯制品有了较明显的改善。此外，科赛新材也会根据客户需求的不同，采用不同的制备工艺，从而对垫片进行定制化的生产。

展望未来，科赛新材计划启动年产8000吨高性能新材料及新能源、半导体高端装备项目，该项目总投资5.5亿元，规划用地面积100亩，项目建筑主体包括生产车间、研发中心、仓储中心、综合办公楼和职工之家等，并配置智能化先进生产设备和高精密检测仪器。

科赛新材将继续深耕于高端工程材料领域，打破国外垄断，为中国高端基础材料解决“卡脖子”问题，实现关键设备国产化，并致力打造成为国内最高端的5G、新能源、半导体、军工、医疗健康、节能环保等领域核心关键材料制造基地。