低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法。所述聚四氟乙烯微孔膜具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，其微觀結(jié)構(gòu)由平行排列的帶狀結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的細(xì)纖維組成：1）將聚四氟乙烯樹脂與助劑油混合均勻，并置于恒溫烘箱中熟化后，再通過預(yù)壓、擠出、壓延工序制成基帶；2）將上述基帶干燥脫脂后，進(jìn)行與基帶長度平行方向上的拉伸；3）將上述縱拉膜在熱處理烘箱中以一定的松弛比率進(jìn)行松弛處理；4）將上述燒結(jié)膜在聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度進(jìn)行與基帶長度垂直方向上的拉伸并燒結(jié)定型。本發(fā)明制備的PTFE微孔膜材料具有阻力低，耐磨損性好，穿刺強(qiáng)度高等優(yōu)異性能，可應(yīng)用于工業(yè)除塵、服裝、吸塵器、液相過濾、水處理等多個(gè)領(lǐng)域。
【專利說明】低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]聚四氟乙烯(PTFE)擁有“塑料王”的美譽(yù)，其具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，以及低表面能與非極性，因此通過雙向拉伸制備的PTFE微孔膜具備可耐大部分化學(xué)溶劑及氣體、可耐高溫、表面不粘附性、強(qiáng)疏水性及防濕性等優(yōu)異性能，PTFE膜已作為一種優(yōu)異的過濾材料獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]PTFE微孔膜的阻力和強(qiáng)度是評(píng)價(jià)薄膜性能的重要參數(shù)，是影響薄膜應(yīng)用的關(guān)鍵因素，而阻力和強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)往往是相互矛盾的，阻力的下降會(huì)引起強(qiáng)度的降低，反之，強(qiáng)度的增加會(huì)引起阻力的上升。以往的PTFE微孔膜制品為了獲得更低的阻力，會(huì)犧牲材料的強(qiáng)度為代價(jià)，不僅影響到薄膜的使用壽命，而且在覆膜加工和組件成型過程中會(huì)使薄膜的過濾性能下降，甚至?xí)茡p。因此，為了保證足夠的強(qiáng)度滿足后續(xù)的加工與應(yīng)用，PTFE微孔膜的阻力下降到一定程度就會(huì)有限制，而阻力的提高會(huì)引起組件的運(yùn)行功率增加，能耗上升，從而導(dǎo)致組件的運(yùn)行成本增加。
[0004]本發(fā)明主要通過縱向拉伸基帶的松弛處理與聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度的橫向拉伸制備低阻力耐磨損PTFE微孔膜材料，該P(yáng)TFE微孔膜具有低阻、耐磨損和高刺穿強(qiáng)度等優(yōu)異性能，可應(yīng)用于工業(yè)除塵、服裝、吸塵器、液相過濾、水處理等多個(gè)領(lǐng)域。所采取的技術(shù)手段主要包括:縱向拉伸基帶的松弛處理與聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度的橫向拉伸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜及其制備方法。
[0006]低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜的微觀結(jié)構(gòu)由平行排列的帶狀結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的細(xì)纖維組成，聚四氟乙烯微孔膜帶狀結(jié)點(diǎn)的縱橫比為100:1-500:1。
[0007]所述的聚四氟乙烯微孔膜的厚度為10-100Mm。
[0008]所述的聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s空氣流速下的阻力為60_100Pa。
[0009]所述的聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s流速下含0.3-0.5Mm的顆粒的氣體透過時(shí)的顆粒捕獲效率為95-99.95%。
[0010]所述的聚四氟乙烯微孔膜在磨擦999次后效率仍能保持在磨擦前效率的95%以上，磨擦壓力為20N，磨擦速度為43cpm，磨擦面積為155mmX50mm。
[0011]所述聚四氟乙烯微孔膜的穿刺破損時(shí)應(yīng)力等于或大于50N，夾具直徑為102mm，頂針針頭半圓的直徑為19mm，頂針運(yùn)行速度為250mm/min。
[0012]所述聚四氟乙烯微孔膜的制備方法包括以下步驟:
I)聚四氟乙烯樹脂與助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%，放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200μπι的聚四氟乙烯基帶；
2)將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油，干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為200-300°C，縱向拉伸速度為100-300%/s，縱向拉伸倍率為4_10倍；
3)將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為250-300°C，松弛比率為80-95% ；
4)將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為350-380°C，橫向拉伸速度為15m/min，橫向拉伸倍率為10-25倍，最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。
[0013]所述聚四氟乙烯微孔膜具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，其微觀結(jié)構(gòu)由平行排列的帶狀結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的細(xì)纖維組成，該聚四氟乙烯微孔膜具有厚度大，阻力低，耐磨性好，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。所述聚四氟乙烯微孔膜帶狀結(jié)點(diǎn)的縱橫比為100:1或更大。所述聚四氟乙烯微孔膜的厚度為10-100Mffl。所述聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s氣體流速下的阻力為60-100Pa。所述聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s流速下含0.3-0.5Mm的顆粒的氣體透過時(shí)的顆粒捕獲效率為95-99.95%。所述聚四氟乙烯微孔膜在磨擦999次后效率仍能保持在磨擦前效率的95%以上(磨擦壓力為20N，磨擦速度為43cpm，磨擦面積為155mmX50mm)。所述聚四氟乙烯微孔膜的穿刺破損時(shí)應(yīng)力等于或大于50N (夾具直徑為102mm，頂針針頭半圓的直徑為19mm,頂針運(yùn)行速度為250mm/min)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
(1)通過縱向拉伸基帶的松弛處理與聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度的橫向拉伸制備了同時(shí)具有低阻力、高耐磨性和高穿刺強(qiáng)度的聚四氟乙烯微孔膜，解決了 PTFE微孔膜的阻力和強(qiáng)度此消彼長的問題；
(2)制備了低阻力耐磨損的聚四氟乙烯微孔膜，大大拓寬了PTFE微孔膜的使用領(lǐng)域，不僅降低了組件的運(yùn)行成本，還增加了組件的運(yùn)行壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是實(shí)施例1低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜表面的SEM照片。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以往的PTFE微孔膜制品為了獲得更低的阻力，會(huì)犧牲材料的強(qiáng)度為代價(jià)，不僅影響到薄膜的使用壽命，而且在覆膜加工和組件成型過程中會(huì)使薄膜的過濾性能下降，甚至?xí)茡p。因此，為了保證足夠的強(qiáng)度滿足后續(xù)的加工與應(yīng)用，PTFE微孔膜的阻力下降到一定程度就會(huì)有限制，而阻力的提高會(huì)引起組件的運(yùn)行功率增加，能耗上升，從而導(dǎo)致組件的運(yùn)行成本增加。
[0017]本發(fā)明通過縱向拉伸基帶的松弛處理與聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度的橫向拉伸制備具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的微孔膜材料，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了低阻力與高耐磨性和高穿刺強(qiáng)度的共存，可應(yīng)用于工業(yè)除塵、服裝、吸塵器、液相過濾、水處理等多個(gè)領(lǐng)域。
[0018]基帶成型:將聚四氟乙烯樹脂與助劑油混合均勻，并置于恒溫烘箱中熟化后，再通過預(yù)壓、擠出、壓延工序制成基帶。聚四氟乙烯樹脂分子量要求較高，從而保證其加工性能和強(qiáng)度，聚四氟乙烯樹脂既可以為聚四氟乙烯均聚物，也可以是聚四氟乙烯均聚物與改性聚四氟乙烯聚合物的共混物?？v向拉伸:將上述基帶干燥脫脂后，進(jìn)行與基帶長度平行方向上的拉伸?？v向拉伸過程在多組輥筒之間進(jìn)行，可以是單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行拉伸，也可以是多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行拉伸，需要在熔點(diǎn)以下溫度和較快的拉伸速度下進(jìn)行，保證島狀微結(jié)點(diǎn)的形成，且分布比較均勻。松弛處理:將上述縱拉膜在熱處理烘箱中以一定的松弛比率進(jìn)行松弛處理。松弛處理是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟，通過控制一定的松弛溫度和松弛比率，釋放基帶的內(nèi)應(yīng)力，使得整個(gè)微觀結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，微結(jié)點(diǎn)也會(huì)更加密實(shí)，有利于后續(xù)橫向拉伸過程中的保持。橫向拉伸:將上述燒結(jié)膜在聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上溫度進(jìn)行與基帶長度垂直方向上的拉伸并燒結(jié)定型。橫向拉伸過程在具有雙軌道的橫向擴(kuò)幅機(jī)上進(jìn)行，拉伸溫度控制在聚四氟乙烯熔點(diǎn)以上，確保微結(jié)點(diǎn)的熔合，使其在橫向拉伸過程中始終保持一體，只是在寬度方向上越來越窄，在長度方向上越來越長，最終形成的帶狀結(jié)點(diǎn)的縱橫比大于100:1。
[0019]本發(fā)明用到的測(cè)試方法:
SEM
日立HITACHI S-4800型高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，拍攝倍率在500至10000的照片，觀察PTFE縱向拉伸膜和橫向拉伸膜的微觀結(jié)構(gòu)，并測(cè)定帶狀結(jié)點(diǎn)的縱橫比。
[0020]膜厚測(cè)試
儀力信497型薄膜測(cè)厚儀，測(cè)定PTFE薄膜的膜厚。
[0021]阻效測(cè)試
朝暉濾材阻效試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)定PTFE薄膜在5.3cm/s氣體流速下的阻力與過濾效率。
[0022]耐磨損測(cè)試
博每MCJ-OlA磨擦試驗(yàn)機(jī)，控制磨擦壓力為20N，磨擦速度為43cpm，磨擦面積為155mm X 50mm,測(cè)定PTFE薄膜在磨擦999次后的效率損失。
[0023]穿刺強(qiáng)度測(cè)試
博每XLW智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，控制夾具直徑為102mm，頂針針頭半圓的直徑為19mm，頂針運(yùn)行速度為250mm/min，測(cè)定PTFE薄膜在穿刺破損時(shí)的應(yīng)力。
[0024]實(shí)施例1
選用大金F106聚四氟乙烯樹脂與美孚ISOPAR M助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%。然后放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，保證助劑油的充分吸收。將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，然后將預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200 μ m的聚四氟乙烯基帶。將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油。將干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為250°C，縱向拉伸速度為200%/s，縱向拉伸倍率為5倍。將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為300°C，松弛比率為95%。將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為350°C,橫向拉伸速度為15m/min,橫向拉伸倍率為20倍,最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。所述聚四氟乙烯微孔膜由平行排列的帶狀結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的細(xì)纖維組成，其性能參數(shù)列于附表1中。
[0025]實(shí)施例2
選用大金F106聚四氟乙烯樹脂與美孚ISOPAR M助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%。然后放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，保證助劑油的充分吸收。將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，然后將預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200 μ m的聚四氟乙烯基帶。將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油。將干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為200°C，縱向拉伸速度為100%/s，縱向拉伸倍率為4倍。將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為250°C，松弛比率為80%。將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為350°C,橫向拉伸速度為15m/min,橫向拉伸倍率為10倍,最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。所述聚四氟乙烯微孔膜的性能參數(shù)列于附表I中。
[0026]實(shí)施例3
選用大金F106聚四氟乙烯樹脂與美孚ISOPAR M助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%。然后放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，保證助劑油的充分吸收。將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，然后將預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200 μ m的聚四氟乙烯基帶。將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油。將干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為250°C，縱向拉伸速度為300%/s，縱向拉伸倍率為10倍。將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為300°C，松弛比率為90%。將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為380°C,橫向拉伸速度為15m/min,橫向拉伸倍率為25倍,最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。所述聚四氟乙烯微孔膜的性能參數(shù)列于附表I中。
[0027]實(shí)施例4
選用杜邦60IA聚四氟乙烯樹脂與美孚ISOPAR M助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%。然后放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，保證助劑油的充分吸收。將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，然后將預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200 μ m的聚四氟乙烯基帶。將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油。將干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為300°C，縱向拉伸速度為200%/s，縱向拉伸倍率為5倍。將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為280°C，松弛比率為85%。將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為360°C,橫向拉伸速度為15m/min,橫向拉伸倍率為15倍,最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。所述聚四氟乙烯微孔膜的性能參數(shù)列于附表I中。
[0028]比較例I
選用大金F106聚四氟乙烯樹脂與美孚ISOPAR M助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%。然后放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，保證助劑油的充分吸收。將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，然后將預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200 μ m的聚四氟乙烯基帶。將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油。將干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為250°C，縱向拉伸速度為200%/s，縱向拉伸倍率為5倍。將縱向拉伸后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為200°C，橫向拉伸速度為15m/min，橫向拉伸倍率為20倍，最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。所述聚四氟乙烯微孔膜由較小的圓形結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的發(fā)散型細(xì)纖維組成，其性能參數(shù)列于附表I中。
[0029]附表I聚四氟乙烯微孔膜的性能參數(shù)
II實(shí)施例11實(shí)施例2 I實(shí)施例3 I實(shí)施例4 I比較例I

【權(quán)利要求】
1.一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于聚四氟乙烯微孔膜的微觀結(jié)構(gòu)由平行排列的帶狀結(jié)點(diǎn)與連接這些結(jié)點(diǎn)的細(xì)纖維組成，聚四氟乙烯微孔膜帶狀結(jié)點(diǎn)的縱橫比為 100:1-500:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述的聚四氟乙烯微孔膜的厚度為10-100Mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述的聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s空氣流速下的阻力為60-100Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述的聚四氟乙烯微孔膜在5.3cm/s流速下含0.3-0.5Mm的顆粒的氣體透過時(shí)的顆粒捕獲效率為95-99.95%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述的聚四氟乙烯微孔膜在磨擦999次后效率仍能保持在磨擦前效率的95%以上，磨擦壓力為20N,磨擦速度為43cpm,磨擦面積為155mmX50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯微孔膜的穿刺破損時(shí)應(yīng)力等于或大于50N，夾具直徑為102mm，頂針針頭半圓的直徑為19mm,頂針運(yùn)行速度為250mm/min。
7.—種如權(quán)利要求1所述低阻力耐磨損聚四氟乙烯微孔膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)聚四氟乙烯樹脂與助劑油均勻混合為混合粉料，助劑油質(zhì)量百分比為20%，放置于溫度為50°C的恒溫烘箱中24小時(shí)以上，將混合粉料倒入預(yù)壓缸筒并壓制成圓柱形棒胚，預(yù)壓棒胚放入擠出機(jī)中，擠出形成的棒胚通過壓延獲得膜厚為200μπι的聚四氟乙烯基帶； 2)將壓延獲得的基帶通過干燥機(jī)去除助劑油，干燥基帶置于縱拉設(shè)備中進(jìn)行縱向拉伸，縱向拉伸溫度為200-300°C，縱向拉伸速度為100-300%/s，縱向拉伸倍率為4_10倍； 3)將縱拉基帶置于松弛設(shè)備中進(jìn)行松弛處理，松弛溫度為250-300°C，松弛比率為80-95% ； 4)將松弛處理后的基帶置于橫向擴(kuò)幅機(jī)中進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸溫度為350-380°C，橫向拉伸速度為15m/min，橫向拉伸倍率為10-25倍，最后在橫向擴(kuò)幅機(jī)末端燒結(jié)定型成膜。
【文檔編號(hào)】B01D71/36GK104043347SQ201410180424
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】蔡海鋒, 計(jì)根良, 王平, 張丕運(yùn), 盧長安, 白靜娜 申請(qǐng)人:桐鄉(xiāng)市健民過濾材料有限公司