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M6米乐app官方入口科技新锐 费传军:用环保膜守卫蓝天
发布者:admin浏览次数:发布时间:2022-09-22

  近年来,建材行业涌现出许多杰出的科技工作者,他们为了行业进步攻坚克难,在科技攀登的路上挥洒热情与汗水;他们的成果涉及到行业内各细分领域,为推动行业各领域节能降耗、绿色低碳发展、安全高质量发展起到了推动作用,为建材行业向着“宜业尚品、造福人类”目标迈进作出了贡献。

  本刊特开设《科技新锐》栏目,报道、展示他们在科技工作中的风采,欢迎读者朋友共同关注。本期,我们来认识一位来自南京玻纤院、在膜材料领域扎根13年的科研团队领头人——费传军。

  工业粉尘造成的大气污染早已成为我国雾霾形成的最大“元凶”,然而用于治理工业粉尘的高端覆膜过滤材料制备技术长期被美国几家公司垄断,我国工业袋式除尘用高端滤料只能依靠进口。

  创造国内环保膜过滤材料领域多项第一的南京玻璃纤维研究设计院有限公司(简称“南玻院”),早在上世纪60年代,便展开了过滤材料研发和系列化产品的开拓。2000年,公司开始对高端覆膜过滤材料展开研究,但由于各种原因,到2008年研究一直未取得突破性进展。

  高端覆膜过滤材料其技术的核心是膨化聚四氟乙烯(ePTFE)膜的开发。2009年初,南玻院领导决定采用“机制”成立两个研发组,并聘请业内专家,专门针对ePTFE膜进行攻关。

  费传军,1998年从安徽理工大学机械设计及制造专业毕业后,来到南玻院兴亚玻璃钢有限公司任研发工程师。6年后,调南玻院复合材料事业部,从事热塑性复合材料开发,先后参与了江苏省成果转化项目和自然科技基金项目。在此期间,他利用业余时间就读南京工业大学并获得工程硕士学位。

  2008年9月,正值市场上热卖复合针刺毡滤料,费传军调到过滤材料事业部制毡小组任负责人。“那时,研发遇到了困难。产品质量差,成品率低,产量低。”接到任务,他第一时间先带领团队调研产品不稳定成因,结果发现生产过程中温湿度控制不当和选用的针不对是造成针刺毡成品率不高问题的关键原因。

  “解决这些问题,设备必须改造。从制定方案、找厂家定制设备,再到实现连续化生产,仅用了3个月。设备改造后,由原来一天只能生产600平方米,提高到年产80万平方米。之后,该产品成为公司覆膜滤料的主打产品,在水泥、钢铁、炭黑行业应用至今。”正是有了这些成绩,费传军被调至其中一个ePTFE膜研发组任组长。

  “前辈们用8年时间探索,积累了大量数据。但在此基础上,还要解决ePTFE膜稳定制备、ePTFE膜与基材界面有效结合以及面对不同行业工况仍需要保持稳定性等难题。”费传军认为,身为科研团队领头人,在研发方向上一定不能错,且要遵循科研规律,不能走“”,科学研究来不得半点马虎。

  他查阅国内外资料,向专家请教,不断掌握制膜的理论知识,同时深入车间,了解一手资料。一次,在和一线工人交流时,他得知工人有次误操作将原有的低温低速改为高温高速,膜的性能质量竟然提升了,便想:“对于一般的高分子膜制备,温度高有利于膜的拉伸。都是高分子膜,我们能否借鉴一下呢?”于是,费传军带领团队重新制定了技术方案,经过一次次试验,终于开发出可以满足市场需求的ePTFE膜。

  ePTFE膜研发成功了,但如何实现袋除尘产品生产的稳定性,还要从各个细节入手。膜透气的均匀性是模具设计的关键。费传军团队用3个月时间做了500次以上的试验,终于找到了解决此难题的关键,解开了前辈们8年没解开的难题,成品率从最初的5%提升至50%,实现了质的飞跃。半年后,成品率又提高至90%。

  2009年以来,费传军带领团队在覆膜滤料技术上做到了从跟跑、并跑到领跑,不仅为公司创造了价值,还为国家的工业烟尘治理提供了技术支撑,推动了行业进步及环保事业的发展。经水泥、火电、钢铁等行业应用,排放浓度低于10mg/Nm³,实现趋零排放。经鉴定,总体技术达到国际先进水平。

  费传军还带领团队打M6米乐app官方网站破国外技术垄断,成功开发玻璃纤维覆膜滤料及国内独有复合毡覆膜滤料、化纤毡覆膜滤料等,获得了具有完全自主知识产权的工业烟尘超低排放治理用系列覆膜滤料产品和产业化技术,其过滤效率、过滤阻力、清灰周期等性能均优于国外产品。其主导开发的玻璃纤维覆膜滤料及复合针刺毡覆膜滤料获国家重点新产品,国内市场占有率第一,并出口到美国、欧洲、日本等国家与地区,具有国际市场竞争优势。

  2017年,费传军参加了由清华大学牵头的国家重点研发计划“建材行业烟气多污染物协同高效控制技术研发”项目,开展超低排放过滤材料及脱硝除尘一体化滤料的研究工作。

  氢燃料电池是以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池。它像是一个“工厂”将燃料输送进来,同时将产生的电能输送出去。而质子交换膜就是这燃料电池膜电极的心脏。

  质子交换膜燃料电池技术中的质子交换膜制备技术只有美国、日本等国家的少数公司掌握,为打破这一垄断,南玻院联合学、南京理工大学等高校进行了PTFE复合质子交换膜的研究,2018年费传军作为项目负责人承担了江苏省科技厅“高性能长寿命Polyphenol/PTFE/PFSI复合质子交换膜研制”项目。

  复合质子交换膜主要是由ePTFE膜和全氟磺酸树脂组成,其中ePTFE膜主要起支撑作用,全氟磺酸树脂起质子传导作用。“该项目中,ePTFE膜的厚度要尽可能小、孔隙率高且强力要高。但从微观上,ePTFE膜是类似立体的蜘蛛网结构,需要把蜘蛛网的网眼变大,纤维量变少,这意味着强力降低。平衡点如何找到,是摆在当前的难关。”费传军团队经过1年努力,终于通过原料配方调整使“蜘蛛网”的纵横向纤维的长度及网孔基本一致,最终研制出厚度在5~9微米,且强力满足复合工艺的ePTFE膜。

  膜的问题攻克了,随之而来的是ePTFE膜和全氟磺酸树脂复合难题。市场上现有的设备无法满足ePTFE膜和全氟磺酸树脂复合要求。费传军带领团队根据工艺要求开始设计小试设备,并多次邀请专家进行评审确定设备制作方案。1年后,小试设备完成。“设备加工调试时,却发现原来理论上的想法与实际使用存在偏差,由于ePTFE膜厚度太小,张力稍大就会造成变形及断裂,项目组经过多次研讨,终于将收放卷的位置及张力调节到最佳。”费传军介绍。

  之后,费传军从ePTFE膜生产用的原材料质量稳定性把关,到生产设备状态控制,细化每个制造环节工艺与质量管控。他说:“虽然一些问题暴露在工程化阶段,但根源的科学与技术问题有待于深入探索。”

  为此,他通过多年的努力,在国家多个项目支持下,组织建立了ePTFE膜研发与中试平台建设,基于此成立了江苏省有机膜工程技术研究中心,自主开发了高均匀性小孔径、高强度ePTFE滤膜的制备技术。揭示配方与滤膜成孔的相关性,通过数学模拟设计预成型关键设备部件,优化双向拉伸工艺参数,攻克了滤膜微观网状结构的控制技术等工程实际问题为研究目标,开展高水平的基础与应用基础研究工作,同时培养年轻骨干,为膜材料持续发展储备人才和技术。

  在成功开发覆膜滤料产品后,费传军针对ePTFE膜开发出相关服装膜、口罩膜及水处理膜等新产品进行了研究,2019年年底,新型冠状病毒疫情暴发,为防止交叉感染,医疗系统对口罩防护及医院空气净化提出了新要求。

  N95口罩一般采用熔喷无纺布,而熔喷无纺布本身的过滤性能只有70%以下。驻极处理(熔喷无纺布)是口罩品质的核心,但湿度对其易影响较大,不能达到长时间高过滤效率的效果。“如果能利用ePTFE膜高效的物理过滤性能,便能实现N95口罩持续高效地保持过滤效果。”费传军介绍,一般ePTFE膜的过滤效率高,但做成口罩后的阻力却是普通口罩的3倍以上,如何解决在保持高效过滤的同时降低阻力成为了一大难题。

  有了工业除尘用ePTFE膜积累的经验后,费传军团队又开始攻克这一难题。经过3年的努力,他们通过增加膜孔径及孔隙率,使新型ePTFE膜口罩既能达到N95的过滤效率,又能使阻力能与普通N95口罩持平。该产品获得4项发明专利。之后,费传军团队开发出的玻璃纤维空气滤材在新冠疫情期间,紧急制备出近10万平方米过滤效率高达99.97%(0.3μm颗粒)玻璃纤维空气滤材,分别应用于火神山医院、雷神山医院无菌室及其配套用风淋室和传递窗、空调机组及排风系统、救护车改装过滤器等工程,大大降低了病毒传播风险,对疫情防控起到重要作用。之后,该产品还在北京“小汤山”医院、上海肺科医院、上海瑞金医院和肿瘤医院等医疗系统的空气净化中得到应用。

  目前,费传军团队正在开展高精度过滤材料、低介电膜材料的研究。未来,他们还将在功能性膜材料上进行更多创新,让“膜”守卫蓝天。

  《中国建材》杂志始创于1957年,是由中国建筑材料联合会主管主办的、建材行业唯一国内外公开发行的综合性月刊,中文核心期刊、中国期刊方阵双效期刊,大16开本,彩色精印,每月初出版。

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