聚四氟乙烯膜裂纤维的研发和应用

聚四氟乙烯膜裂纤维的研发和应用一、前言前言前言前言前言前言前言前言聚四氟乙烯（PTFE）纤维材料�优异的耐高低温性能优异的耐高低温性能优异的耐高低温性能优异的耐高低温性能�化学稳定性化学稳定性化学稳定性化学稳定性�电绝缘性能电绝缘性能电绝缘性能电绝缘性能�非粘附性非粘附性非粘附性非粘附性�耐候性耐候性耐候性耐候性�阻燃性能阻燃性能阻燃性能阻燃性能�自润滑性能自润滑性能自润滑性能自润滑性能广泛的应用于环保、过滤、建筑、航空航天、医疗卫生等领域。PTFEPTFEPTFEPTFE分子链的规整性和对称性极好，大分子链为线性结构，其侧基全部为氟原子，容易形成有序的排列，故结晶度高达90%90%90%90%以上；氟原子为碳链形成了一个致密的完全““““氟代””””的保护层，使其不溶于任何溶剂；且其分子刚性大，在熔点以上粘度大。PTFEPTFEPTFEPTFE分子螺旋结构示意图5PTFEPTFEPTFEPTFE无法采用传统的溶液或者熔融法纺丝，这成为PTFEPTFEPTFEPTFE纤维加工的一大技术难题。国外有三种方法生产PTFE纤维：乳液纺丝、载体纺丝和薄膜切割法。主要生产厂家有：◆美国杜邦公司：载体纺丝◆日本东丽公司：乳液纺丝◆美国Gore、奥地利兰精公司：薄膜切割法国内主要采用乳液载体法进行了PTFE纤维纺丝试验，存在纤维强度低（1.3～2.3cN/dt)、颜色发黄、耐高温性下降、污染严重等问题。为此，开发了多道拉伸膜裂法生产PTFE纤维的工艺技术。二、聚四氟乙烯纤维膜裂生产工艺研究（一）膜裂法（一）膜裂法PTFEPTFE长丝生产工艺研究长丝生产工艺研究1111、聚四氟乙烯长丝生产工艺路线通过辊轧、压延等使PTFE柱状物形成毫米级的膜胚，膜胚延展成微米级的膜，直至PTFE纤维的拉伸，通过多道拉伸可得到较高的取向度，从而使PTFE纤维的强度提高。温度和拉伸倍数是对PTFE纤维的力学性能产生影响的关键参数。102、PTFE长丝生产工艺参数研究�1#样品--未经高温预处理的PTFE膜直接制成的纤维�2#样品—PTFE膜经300℃、30min热处理，并迅速放置到空气中冷却，然后膜裂制成的PTFE纤维�3#、4#、5#试样—PTFE膜置于300℃中热处理30min后，以10℃/min的降温速率分别降至200℃、120℃、40℃后，置于空气中冷却，退火样品，然后膜裂成的PTFE纤维�将上述热处理后PTFE纤维在捻度仪上加捻，然后在350℃下加热1min，用50mm/s的拉伸速度将PTFE纤维拉伸300%，立即取出试样，置于空气中冷却，制成拉伸后样热处理对PTFEPTFEPTFEPTFE纤维熔融温度及结晶度的影响试样未拉伸的PTFE纤维拉伸后的PTFE纤维熔融温度/℃结晶度/%熔融温度/℃结晶度/%1#34671.334843.72#32513.43277.73#34421.934618.44#34433.034625.25#34442.334739.3随着退火时间的延长，PTFEPTFEPTFEPTFE的结晶度变高试样未拉伸的PTFEPTFEPTFEPTFE纤维拉伸后的PTFEPTFEPTFEPTFE纤维断裂强度////（cN/texcN/texcN/texcN/tex）断裂伸长率/%/%/%/%断裂强度////（cN/texcN/texcN/texcN/tex）断裂伸长率（%%%%）1#1#1#1#4.564.564.564.5626.3826.3826.3826.3812.9212.9212.9212.925.225.225.225.222#2#2#2#4.934.934.934.9343.1743.1743.1743.1713.5013.5013.5013.507.477.477.477.473#3#3#3#3.623.623.623.62105.42105.42105.42105.428.278.278.278.2711.0911.0911.0911.094#4#4#4#3.483.483.483.4878.2278.2278.2278.229.709.709.709.707.397.397.397.395#5#5#5#5.405.405.405.4067.3267.3267.3267.3211.8511.8511.8511.856.446.446.446.44PTFEPTFEPTFEPTFE纤维力学性能拉伸后的PTFEPTFEPTFEPTFE长丝的断裂强度，相比于未拉伸的PTFEPTFEPTFEPTFE有很大提高，而断裂伸长率则显著下降，即纤维尺寸稳定性显著提高。膜裂PTFE纤维断裂强度与牵伸倍数关系203040506070801.52.02.53.03.54.04.55.0/(g/den)/(g/den)/(g/den)/(g/den)PTFE膜裂PTFE纤维断裂伸长率与牵伸倍数关系203040506070800510152025/%/%/%/%PTFE膜裂膜裂膜裂膜裂PTFEPTFEPTFEPTFE纤维强度与捻数关系纤维强度与捻数关系纤维强度与捻数关系纤维强度与捻数关系1201401601802002202402602803000246/(g/den)/(g/den)/(g/den)/(g/den)PTFE膜裂膜裂膜裂膜裂PTFEPTFEPTFEPTFE纤维断裂伸长率与捻数关系纤维断裂伸长率与捻数关系纤维断裂伸长率与捻数关系纤维断裂伸长率与捻数关系1201401601802002202402602803000246810/%/%/%/%PTFE膜裂膜裂膜裂膜裂PTFEPTFEPTFEPTFE纤维强度与拉伸温度关系纤维强度与拉伸温度关系纤维强度与拉伸温度关系纤维强度与拉伸温度关系1502002503003504004501.52.02.53.03.54.04.55.0/(g/den)/(g/den)/(g/den)/(g/den)PTFE膜裂膜裂膜裂膜裂PTFEPTFEPTFEPTFE纤维断裂伸长率与拉伸温度关系纤维断裂伸长率与拉伸温度关系纤维断裂伸长率与拉伸温度关系纤维断裂伸长率与拉伸温度关系12018024030036042048005101520/%/%/%/%PTFEPTFEPTFEPTFEPTFE长丝生产主要操作温度工艺恒温整合挤压推压辊压干燥三维拉伸定型成膜膜的高温预牵伸操作温度////℃51~6051~6051~6051~60常温常温90~13590~13590~13590~135380~410380~410380~410380~410370~400370~400370~400370~400345~365345~365345~365345~365360~400360~400360~400360~400工艺膜裂纤维热牵伸纤维二次热牵伸////////////////////操作温度////℃常温125~160125~160125~160125~160140~180140~180140~180140~180////////////////////三维立体成膜和多道拉伸解决了PTFE纤维强度、粗细不均的问题PTFE长丝性能比较485023万元/吨价格＜4＜2＜1%热收缩率3.03.4＞3.6cN/dt拉伸强度450450450den线密度奥地利美国本项目单位性能名称3、PTFE长丝性能PTFEPTFEPTFEPTFE长纤维纵向截面4、PTFE长丝形态结构PTFEPTFEPTFEPTFE长纤维横向截面（三）膜裂法PTFE短纤维生产工艺1111、聚四氟乙烯短纤维生产工艺路线242222、PTFEPTFEPTFEPTFE短纤维生产工艺参数工艺恒温整理挤压推压辊压干燥干燥三维拉伸膜的高温预牵伸伸操作温度/℃51~60常温40~6070~110110~280110~280360~390360~390工艺回缩膜的高温二次牵伸膜裂切断卷曲开松//操作温度/℃400~500380~400常温常温300~500常温//PTFE短纤维生产主要工艺温度3、短纤维均匀性提高技术研究“併丝”的危害：◆使得PTFE纤维的表面积减少，从而降低了纤维对粉尘颗粒的捕集效果；◆增加了成毡深加工工艺，尤其是针刺工艺的困难。解决办法：◆拌料过程中，PTFE树脂、添加剂、溶剂油等物料必须充分混合均匀。自行研制开发的混料设备，能够很好地解决PTFE树脂拌料不均匀的问题。◆在膜裂之前，进行膜的高温热牵引、回缩、膜的二次高温热牵引三步操作。◆合理调整分切针辊表面针的粗细、长短、形状、分布密度以及分切线速度等参数。◆有效地利用静电效应（同种电荷相斥）的原理，使PTFE纤维单丝带同种电荷，因而产生排斥力，有效地将各单丝分开。PTFE短纤维纵向PTFE短纤维纵向PTFE短纤维纵向PTFE短纤维纵向4444、PTFEPTFEPTFEPTFE短纤维形态结构PTFE短纤维横截面5555、PTFEPTFEPTFEPTFE短纤维性能三、聚四氟乙烯纤维的应用PTFE覆膜针刺毡滤料覆膜针刺毡滤料覆膜针刺毡滤料覆膜针刺毡滤料�高强度100%聚四氟乙烯梯度覆膜针刺毡滤料，采用由聚四氟乙烯基布、聚四氟乙烯粗纤维层、聚四氟乙烯细纤维层、聚四氟乙烯超细纤维层及膨体聚四氟乙烯（ePTFE）薄膜组合为一体的高强度的纯聚四氟乙烯梯度覆膜针刺毡滤料。针刺毡生产工艺流程示意图（1111）加捻（2222）整经（3333）织造聚四氟乙烯基布生产工艺路线聚四氟乙烯基布生产工艺路线聚四氟乙烯基布生产工艺路线聚四氟乙烯基布生产工艺路线PTFE基布覆膜用聚四氟乙烯薄膜微孔孔径：0.2～15µm厚度：15～30µm孔隙率：80～97%牢度：≥0.03MPa覆膜工艺◆使用胶粘剂覆膜◆非胶粘剂覆膜聚四氟乙烯覆膜滤料检测结果310粉尘排放浓度（mg/Nm3）92315-30透气量（L/m2.s）87.88%纬向7.68%经向断裂伸长率（%）`7826760纬向814760经向断裂强力（N/5cm）622402240幅宽mm51.331.3（允差±0.1）厚度mm4813800（允差±10%）单位质量g/m23洁净洁净外观2PTFEPTFE材质1实测值检验要求检验项目序号注：检验依据：Q/IKCD02-2008覆膜滤料表面膜表面纤维侧纤维侧覆膜滤料截面纤维纤维纤维覆膜滤料膜侧截面PTFE覆膜滤料的优点◆复合牢度高，耐受冲击能力强◆产品耐温性、耐酸碱性、耐氧化性、耐水解性等性能优越◆产品使用寿命长等结论�研究设计了膜裂法生产PTFE纤维的工艺流程。�采用三维立体拉伸和多道拉伸工艺解决了PTFE长纤维强度、粗细不均的问题。�通过对生产工艺和分切设备的优化设计，解决了短纤维“併丝”的问题。成功研制了异型截面的PTFE短纤维。�开发了用于电力、环保、化工等领域的系列产品。欢迎批评指正欢迎批评指正欢迎批评指正欢迎批评指正谢谢大家！