CN101240509A - 一种聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法 - Google Patents

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本发明涉及一种聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，是通过玻璃纤维布低温烧毛处理、玻璃纤维布底层浸渍处理、结构层浸渍处理、表面层浸渍处理、烧结处理的制造过程，低温高速烧毛、多次涂覆低温处理、一次高温快速烧结，有效减少了高温烧结处理引起的抗拉强度下降；以玻璃纤维布作为基材，无需对玻璃纤维纱进行浸渍处理，简化工序、易于制造，克服了现有技术中改性玻璃纤维纱织布困难、多次烧结降低强度和柔软性的缺点。该方法制造出的具有底层、结构层、表面层的空间结构建筑膜材抗拉、抗撕裂强度高、耐老化、柔韧性好、透光性佳、使用寿命长，广泛应用于飞机场、体育馆、展览厅、大型厂房、仓库等建筑。

Description

一种聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法
技术领域
本发明涉及特种纺织、高分子材料及建材技术领域，尤其是一种高强度耐久性环保型空间结构建筑膜材的制造方法。
背景技术
建筑用膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种建筑构件，是集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学为一体的高科技工程。膜材料是膜结构建筑中的核心，以其重量轻、力学、光学、热学性能好、阻燃和自洁性能佳、施工方便等优点，广泛应用于飞机场、体育馆、展览厅等公共建筑、大型厂房和仓库。
提高抗拉强度、增加柔韧性是膜材生产中两大技术难题。在选择一定织物厚度和经纬密度条件下，玻璃纤维布抗拉强度能够满足膜材对抗拉强度的要求，但导致膜材抗拉强度降低的主要原因是在加工过程中高温(350℃以上)烧结时间过长所致。专利号200510049677.5公开了一种氟树脂建筑膜材的制造工艺，该专利提出了选用国产E型5.5～7微米的单纱克重范围在150～680tex的玻璃纤维纱进行浸渍处理剂浸渍处理，浸渍后的玻璃纤维纱经烧结即成改性玻璃纤维纱；然后用改性的玻璃纤维纱编织成改性玻璃纤维布，以此提高膜材的抗拉强度；再对改性玻璃纤维布进行柔韧涂层剂的多次涂覆处理，经涂层剂涂覆的织物布通过烧结即成柔韧织物布，以此改善膜材柔软性；最后经氟树脂乳液多次涂覆处理后即成氟树脂建筑膜材。该方法通过浸渍处理剂对玻璃纤维单纱涂覆烧结后织成玻璃纤维布，经改性的玻璃纤维纱变硬后不易编织成布，给后道织造工艺带来了困难，实际操作性不强；增加了玻璃纤维纱经浸渍处理剂后烧结和玻璃纤维布涂柔韧涂层剂后多次烧结的烧结过程，降低了建筑膜材的抗拉强度、柔软性和使用寿命。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中改性玻璃纤维纱织布困难、多次烧结降低强度和柔软性的缺点，提供一种以玻璃纤维布为基材，进行多次涂覆、低温烘干、一次烧结的建筑膜材制造方法，该法制造的具有底层、结构层、表面层的空间结构建筑膜材抗拉、抗撕裂、强度高、耐老化、柔韧性好、透光性佳、使用寿命长。
为了达到上述目的，本发明的一种聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，包括以下步骤：
(1)玻璃纤维布低温烧毛处理：将卷绕在传动装置上的玻璃纤维布以1.5-5米/分钟的线速度进入烘箱烧毛处理，烘箱烘干区温度为180-300℃；
(2)浸渍、烘干处理形成底层：将上述烧毛处理后的玻璃纤维布以0.2-6米/分的线速度进入浸渍设备中，使烧毛处理后的玻璃纤维布完全浸没在底层浸渍剂中进行一次浸渍，再进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三烘干区一次烘干，一区烘干温度为100-150℃，二区烘干温度为120-240℃，三区烘干温度为200-280℃，在玻璃纤维布的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.02-0.1毫米的底层；
(3)浸渍、烘干处理形成结构层：按步骤(2)相同的线速度、浸渍和烘干设备以及烘干温度，将具有底层的玻璃纤维布完全浸没在聚四氟乙烯乳液中进行多次浸渍、烘干处理，每次单面浸渍厚度控制在0.01-0.05毫米，多次浸渍、烘干处理后在底层的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.05-1.2毫米的结构层；
(4)浸渍、烘干处理形成表面层：按步骤(2)相同的线速度、浸渍和烘干设备以及烘干温度，将具有底层和结构层的玻璃纤维布完全浸没在表面浸渍剂中进行一次浸渍、烘干处理后，在结构层的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.01-0.05毫米的表面层；
(5)烧结处理：将经过上述(1)-(4)步骤处理后的具有底层、结构层和表面层的玻璃纤维布以0.5-8米/分钟的线速度进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区进行一次烘干烧结，一区烘干温度为260-300℃，二区烘干温度为280-320℃，三区烘干温度为300-380℃，经烘干烧结处理、检验后的成品即为聚四氟乙烯空间结构建筑膜材。
进一步地，底层浸渍剂按重量百分比包括聚四氟乙烯乳液96-99％、亲水性纳米二氧化硅0.5-2％、有机增稠剂0.2-1％、硅烷偶联剂0.2-1％；
表面层浸渍剂按重量百分比包括聚四氟乙烯乳液97-99.5％、锐钛型纳米二氧化钛0.2-2％、分散剂0.1-1％；
上述聚四氟乙烯乳液固含量为45-65％。
本发明通过对玻璃纤维布低温高速烧毛、多次涂覆低温处理、一次高温快速烧结的涂层工艺，有效减少了高温烧结处理引起的抗拉强度下降，节约了能源，降低了成本；无需对玻璃纤维纱进行浸渍处理，以玻璃纤维布作为基材，简化了工序、易于制造；低温高速烧毛处理除去玻璃纤维布表面附着的浸润剂等有机成份，提高聚四氟乙烯的附着力；以亲水性纳米二氧化硅、有机增稠剂、硅烷偶联剂等改性处理后的聚四氟乙烯乳液作为底层浸渍剂进行浸渍处理，改善了玻璃纤维布的柔韧性；表面层涂覆含有纳米二氧化钛的聚四氟乙烯乳液浸。渍剂，利用其光催化功能更进一步提高了建筑膜材的自洁和抗紫外功能；经本方法制造的建筑膜材具有抗拉、抗撕裂、抗强风暴、抗寒耐热、强度高、自洁、阻燃、耐老化、表面光滑、反射日光、透光性好、使用寿命长等优点。
附图说明
图1为采用本方法制造后的建筑膜材结构示意图。
图中，玻璃纤维布1，底层上下两面2、3，结构层上下两面4、5，表面层上下两面6、7。
具体实施方式
实施例一
(1)玻璃纤维布低温烧毛处理：烧毛处理在浸渍设备上进行，基布重量660g/m2。玻璃纤维布卷固定在浸渍设备的传动装置轴上，烘箱三个烘干区共6米高，每2米为1区。烘箱第一区设定温度为180℃，第二、三区设定温度为280℃，玻璃纤维布以3米/分钟的线速度经过烘箱烧毛处理后卷取，除去玻璃纤维布表面附着的浸润剂等有机成份，提高聚四氟乙烯的附着力；
(2)浸渍、烘干处理形成底层：底层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液97％、亲水性纳米二氧化硅1.8％、有机增稠剂0.7％、硅烷偶联剂0.5％；将聚四氟乙烯乳液和硅烷偶联剂加入容器中，边搅拌边投入亲水性纳米二氧化硅，0.5小时后，再滴加有机增稠剂，搅拌3小时，搅拌速度80转/分钟，搅拌至各组分分散均匀无沉底、凝结现象；将底层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将烧毛后的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的底层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制底层浸渍厚度后，进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区180℃、第三区240℃，以1.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，底层上下两面2、3浸渍厚度各为0.03毫米；
(3)浸渍、烘干处理形成结构层：结构层浸渍剂为固含量60％的聚四氟乙烯乳液，将结构层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将具有底层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的结构层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制结构层浸渍厚度后，进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区180℃、第三区240℃，以1.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，反复浸渍和烘干6次，每次单面浸渍厚度为0.02毫米，多次浸渍、烘干后结构层上下两面4、5厚度各为0.12毫米；
(4)浸渍、烘干处理形成表面层：表面层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液98.5％、纳米二氧化钛1％、分散剂0.5％；将纳米二氧化钛与去离子水配制成固含量20％的悬浮液，然后加入分散剂用高剪切乳化机分散1小时，再加入到聚四氟乙烯乳液中，搅拌3小时，搅拌速度60转/分；将表面层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，将具有底层和结构层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的表面层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制表面层浸渍厚度后进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区180℃、第三区240℃，以1.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，表面层上下两面6、7厚度各为0.02毫米；
(5)烧结处理：烧结处理在烘箱内进行，烘箱温度设置为第一段280℃、第二段320℃、第三段350℃；将具有底层、结构层和表面层的半成品以4米/分钟的线速度经过烘箱一次烧结后卷取、检验，成品即为聚四氟乙烯空间结构建筑膜材。
经测试通过实施例一制造的建筑膜材总重量为1550g/m2，总厚度1毫米，抗拉强度(经向/纬向)8230/7100(N/5cm)，剥离强度为101(N/5cm)，透光率8％，反射率65％。
实施例二
(1)玻璃纤维布低温烧毛处理：烧毛处理在浸渍设备上进行。基布重量450g/m2。玻璃纤维布卷固定在浸渍设备的传动装置轴上，烘箱三个烘干区共6米高，每2米为1区。烘箱第一区设定温度为200℃，第二、三区设定温度为280℃，玻璃纤维布以3.5米/分钟的线速度经过烘箱烧毛处理后卷取，除去玻璃纤维布表面附着的浸润剂等有机成份，提高聚四氟乙烯的附着力；
(2)浸渍、烘干处理形成底层：底层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液98％、亲水性纳米二氧化硅1％、有机增稠剂0.5％、硅烷偶联剂0.5％；将聚四氟乙烯乳液和硅烷偶联剂加入容器中，边搅拌边投入亲水性纳米二氧化硅，0.5小时后，再滴加有机增稠剂，搅拌3小时，搅拌速度80转/分钟，搅拌至各组分分散均匀无沉底、凝结现象；将底层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将烧毛后的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的底层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制底层浸渍厚度后进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区200℃、第三区260℃，以2米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，底层上下两面2、3浸渍厚度各为0.02毫米；
(3)浸渍、烘干处理形成结构层：结构层浸渍剂为固含量60％的聚四氟乙烯乳液，将结构层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将具有底层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的结构层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制结构层浸渍厚度后，进入烘箱，依次通过烘箱的三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区200℃、第三区260℃，以2米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，反复浸渍、烘干5次，每次单面浸渍厚度为0.02毫米，多次浸渍、烘干后结构层上下两面4、5厚度各为0.10毫米；
(4)浸渍、烘干处理形成表面层：表面层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液98％、纳米二氧化钛1.5％、分散剂0.5％；将纳米二氧化钛与去离子水配制成固含量20％的悬浮液，然后加入分散剂用高剪切乳化机分散1小时，再加入到聚四氟乙烯乳液中，搅拌3小时，搅拌速度60转/分；将表面层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将具有底层和结构层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的表面层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制表面层浸渍厚度后进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区200℃、第三区段260℃，以2米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，表面层上下两面6、7厚度各为0.01毫米；
(5)烧结处理：烧结处理在烘箱内进行，烘箱温度设置为第一段260℃、第二段310℃、第三段370℃；将具有底层、结构层和表面层的半成品以4米/分钟的线速度经过烘箱一次烧结后卷取、检验，成品即为聚四氟乙烯空间结构建筑膜材。
经测试通过实施例二制造的建筑膜材总重量为1150g/m2，总厚度0.7毫米，抗拉强度(经向/纬向)7050/6008(N/5cm)，剥离强度为80(N/5cm)，透光率12％，反射率65％。
实施例三
(1)玻璃纤维布低温烧毛处理：烧毛处理在浸渍设备上进行。基布重量330g/m2。玻璃纤维布卷固定在浸渍设备的传动装置轴上，烘箱烘干区共6米高，每2米为1区。烘箱第一区段设定温度为180℃，第二、三区段设定温度为260℃，玻璃纤维布以4米/分钟的线速度经过烘箱烧毛处理后卷取，除去玻璃纤维布表面附着的浸润剂等有机成份，提高聚四氟乙烯的附着力；
(2)浸渍、烘干处理形成底层：底层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液98.5％、亲水性纳米二氧化硅0.8％、有机增稠剂0.3％、硅烷偶联剂0.4％；将聚四氟乙烯乳液和硅烷偶联剂加入容器中，边搅拌边投入亲水性纳米二氧化硅，0.5小时后，再滴加有机增稠剂，搅拌3小时，搅拌速度80转/分钟，搅拌至各组分分散均匀无沉底、凝结现象；将底层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将烧毛后的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的底层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制底层浸渍厚度后，进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区160℃、第三区220℃，以2.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，底层上下两面2、3浸渍厚度各为0.02毫米；
(3)浸渍、烘干处理形成结构层：结构层浸渍剂为固含量60％的聚四氟乙烯乳液，将结构层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将具有底层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的结构层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制结构层浸渍厚度后，进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区160℃、第三区220℃，以2.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，反复浸渍、烘干3次，每次单面浸渍厚度为0.02毫米，多次浸渍、烘干后结构层上下两面4、5厚度各为0.06毫米；
(4)浸渍、烘干处理形成表面层：表面层浸渍剂按重量百分比配比：固含量60％的聚四氟乙烯乳液99.5％、纳米二氧化钛0.4％、分散剂0.1％；将纳米二氧化钛与去离子水配制成固含量20％的悬浮液，然后加入分散剂用高剪切乳化机分散1小时，再加入到聚四氟乙烯乳液中，搅拌3小时，搅拌速度60转/分；将表面层浸渍剂加入浸渍设备料槽内，再将具有底层和结构层的玻璃纤维布卷绕在浸渍设备的传动轴上，然后进入料槽内的表面层浸渍剂并浸没于其中进行浸渍处理，通过厚度调节辊控制表面层浸渍厚度后进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区，烘箱设定温度第一区120℃、第二区160℃、第三区2240℃，以2.5米/分钟的线速度经过烘箱除去水份和助剂后卷取，表面层上下两面6、7厚度各为0.01毫米；
(5)烧结处理：烧结处理在烘箱内进行，烘箱温度设置为第一段280℃、第二段320℃、第三段370℃；将具有底层、结构层和表面层的半成品以5米/分钟的线速度经过烘箱一次烧结后卷取、检验，成品即为聚四氟乙烯空间结构建筑膜材。
经测试通过实施例三制造的建筑膜材总重量为800g/m2，总厚度0.5毫米，抗拉强度(经向/纬向)4570/4050(N/5cm)，剥离强度为60(N/5cm)，透光率21％，反射率69％。
对不同厚度膜材的部分性能指标检测，列表如下：
  项目   测试方法   膜材1   膜材2   膜材3   膜材4
  总重量   1550g/m2   1150g/m2   1050g/m2   800g/m2
  抗拉强度经向/纬向   DIN53354   8230/7100N/5cm   7050/6008N/5cm   5600/4600N/5cm   4570/4050N/5cm
  剥离强度   DIN53357   101N/5cm   80N/5cm   60N/5cm   60N/5cm
  透光率   8％   12％   19％   21％
  反射率   65％   65％   69％   69％
本发明专利申请保护范围不局限于给出的实施例。

Claims (4)

1、一种聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，其特征在于：
(1)玻璃纤维布低温烧毛处理：将卷绕在传动装置上的玻璃纤维布以1.5-5米/分钟的线速度进入烘箱烧毛处理，烘箱烘干区温度为180-300℃；
(2)浸渍、烘干处理形成底层：将上述烧毛处理后的玻璃纤维布以0.2-6米/分的线速度进入浸渍设备中，使烧毛处理后的玻璃纤维布完全浸没在底层浸渍剂中进行一次浸渍，再进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三烘干区一次烘干，一区烘干温度为100-150℃，二区烘干温度为120-240℃，三区烘干温度为200-280℃，在玻璃纤维布的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.02-0.1毫米的底层；
(3)浸渍、烘干处理形成结构层：按步骤(2)相同的线速度、浸渍和烘干设备以及烘干温度，将具有底层的玻璃纤维布完全浸没在聚四氟乙烯乳液中进行多次浸渍、烘干处理，每次单面浸渍厚度控制在0.01-0.05毫米，多次浸渍、烘干处理后在底层的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.05-1.2毫米的结构层；
(4)浸渍、烘干处理形成表面层：按步骤(2)相同的线速度、浸渍和烘干设备以及烘干温度，将具有底层和结构层的玻璃纤维布完全浸没在表面浸渍剂中进行一次浸渍、烘干处理后，在结构层的上、下两面上分别形成浸渍厚度为0.01-0.05毫米的表面层；
(5)烧结处理：将经过上述(1)-(4)步骤处理后的具有底层、结构层和表面层的玻璃纤维布以0.5-8米/分钟的线速度进入烘箱，依次通过烘箱的一、二、三个烘干区进行一次烘干烧结，一区烘干温度为260-300℃，二区烘干温度为280-320℃，三区烘干温度为300-380℃，经烘干烧结处理、检验后的成品即为聚四氟乙烯空间结构建筑膜材。
2、根据权利要求1所述的聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，其特征在于：所述的底层浸渍剂按重量百分比包括聚四氟乙烯乳液96-99％、亲水性纳米二氧化硅0.5-2％、有机增稠剂0.2-1％、硅烷偶联剂0.2-1％。
3、根据权利要求1所述的聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，其特征在于：所述表面层浸渍剂按重量百分比包括聚四氟乙烯乳液97-99.5％、锐钛型纳米二氧化钛0.2-2％、分散剂0.1-1％。
4、根据权利要求1或2或3所述的聚四氟乙烯空间结构建筑膜材的制造方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯乳液固含量为45-65％。
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Denomination of invention: Method for preparing polytetrafluoroethylene spatial structure building film material

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Open date: 20080813

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