CN101708655A

CN101708655A - 膨体聚四氟乙烯板的制作方法

Info

Publication number: CN101708655A
Application number: CN 200910194119
Authority: CN
Inventors: 曾燕飞
Original assignee: 曾燕飞
Current assignee: Sihui PTFE Products Factory Co., Ltd.
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: CN101708655B

Abstract

膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其制作步骤是：聚四氟乙烯分散树脂经过筛，然后加入助推剂混合，混好的原料放置24小时后熟化处理，然后预压成型毛坯挤出，经两辊压延，通过除去助推剂，经过双向拉伸后复合成型工艺，整形修边，最终制得膨体聚四氟乙烯板。本发明制作的膨体聚四氟乙烯板是模压板及车削板制作工艺上的重大突破，其压缩回弹性、抗拉强度、低应力松驰率等功能明显增强，对氟塑料本身性能缺陷明显改善，满足密封件使用功能的要求，推动氟塑料在密封材料领域中成为目前广泛使用的石棉材料的替代品之一。

Description

膨体聚四氟乙烯板的制作方法

技术领域

本发明涉及一种密封材料，具体为在腐蚀介质中作为衬垫、密封件及润滑材料用的一种通过双向拉伸方法制作的膨体聚四氟乙烯板的制作方法。

背景技术

聚四氟乙烯是分子主链中含有氟原子的高分子化合物，由于分子中C-F键具有高的离解能，以及氟原子高电负性和屏蔽效应，使其具有优异的耐高低温性能和化学稳定性，并具有很好的介电性能、非粘附性、低磨擦性、耐候性、不燃性和润滑性，是一种性能非常优异的化工新材料。

以聚四氟乙烯(PTFE)为主要材料的密封垫片目前在国内生产两大类产品，一是纯PTFE垫片，二是改性PTFE垫片。纯PTFE垫片是由采用悬浮聚四氟乙烯为原料，模压直接生产而成的模压板或由聚四氟乙烯板(棒)裁切(车削加工)而成的车削板；模压板密度不均匀，柔软性较差，车削板密度相对均匀，但其加工工艺的影响，材料为卷曲型，不利于安装使用。改性PTFE垫片是在PTFE树脂中加入一定比例的功能材料以改善纯PTFE的性能不足，但这类产品多为一些直接模压成型的小规格密封元件。

因而寻求一种更优良的密封材料，无疑是当前一项重大的技术问题，而膨体聚四氟乙烯(ePTFE)正是此类崭新的材料。膨体聚四氟乙烯(ePTFE)是采用分散聚四氟乙烯经过特殊的工艺处理，使其具有多向纤维和封闭微孔结构的纯聚四氟乙烯材料，它的气孔率在40％～97％之间，其孔径达到0.25～0.5微米，不但保持了聚四氟乙烯极佳的化学稳定性、极低的磨擦系数、广阔的使用温度、极好的耐老化性能、无毒、无污染等优良性能，而且它的细密柔软，强韧的纤维也解决了聚四氟乙烯密封材料的通病-蠕变及冷流的问题，它的高密度纤维组织在受压后，纤维会相互缠结，变成组织更紧密、均匀、不透气、不透水、防泄漏性能良好，并在苛刻的腐蚀环境下，亦保持极佳的密合状态，解决了一些过去化工及石油行业生产中多年不可逾越的技术难题。目前，国内主要采用膨体聚四氟乙烯薄膜与多种基布(如玻璃纤维、聚脂无纺布)复合，主要应用在环保方面。而用于密封方面的纯膨体聚四氟板，目前在还没有相应的文献报道过。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述聚四氟乙烯密封材料存在的不足，提供一种充分发挥聚四氟乙烯的强韧而多孔特性的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)的制作方法，为密封材料提供极理想的制作材料。

本发明是这样实现的：膨体聚四氟乙烯(ePTFE)的制作方法，其包括的制作步骤如下：

(1)、将聚四氟乙烯分散树脂先进行冷藏，然后进行筛分，冷藏的温度为10～19℃，时间为20～30小时，筛分的筛子为8～10目；

(2)、将筛分后的聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合，静置；聚四氟乙烯分散树脂和助推剂的重量份数组成为：聚四氟乙烯分散树脂为60～90，助推剂为10～30；

(3)、进行熟化处理，熟化温度为50～60℃，熟化时间为20～36小时；

(4)、预成型，制得筒状坯料；

(5)、进行推压，剪切成条状纤维；

(6)、压延，使纤维定向成扁片状薄膜；

(7)、脱脂，温度控制在100℃～200℃；

(8)、进行双向拉伸，温度控制在200℃～350℃范围内，拉伸力控制在范围内，拉伸的引进速率控制在0.5～5m/min。

(9)、复合成型，将一片以上已双向拉伸的薄膜叠加后复合成型，复合成型温度控制在300℃～380℃范围内，叠加的已双向拉伸的薄膜压缩到原来厚度的85％～95％之间。

(10)、整形、修边，温度为100～200℃。

所述的(2)步骤中聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合后静放2～3小时；然后搅拌10～20分钟，混料温度不高于19℃；静放18～32小时。

所述的(4)步骤中，预成型的压力为25～30kg/cm²；坯料腔的直径比推压料腔的直径小1mm。

所述的(5)步骤中，进行推压的推压模具的锥角为28～48度，压缩比为60～200，以增强成纤效果。

所述的(6)步骤中，口模料腔温度控制在50℃～70℃，压延为两辊压延，压延时辊筒温度控制在50℃～70℃，压延速度控制在0.05～5m/min。

所述的(7)步骤中，脱脂可以是经三个温度为100℃～200℃的烘箱脱去助推剂。

所述的助推剂为煤油、溶剂油、石油醚或石腊油中的一种或者一种以上混合。

所述的(8)步骤中的双向拉伸是在在双向拉伸装置上进行，双向拉伸装置包括加热机构、烘箱、机架、夹具组、拉伸导向架、涡轮蜗杆和定型板，加热机构设置在烘箱的底部，烘箱内设置有活动的机架，机架上设置有夹具组，夹具组上设置有拉伸导向架，在夹具组的上方设置有定型板，定型板与涡轮蜗杆连接，所述的夹具组由横向夹具组和纵向夹具组组成。

所述的烘箱上设置有热风循环风机，以均匀烘箱内的温度。

所述的机架与拉伸螺杆的一端连接，拉伸螺杆的另一端设置在烘箱外侧；所述的烘箱外侧设置有相配合的外框底座架。

本发明制得的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板的综合性能特别是压缩回弹性、抗拉强度、表面硬度、低应力松驰率等功能指标明显增强，是模压板和车削板所不可替代的产品；并且操作简便、成本低、有利于民用推广。

附图说明

图1为本发明的膨体聚四氟乙烯板的制作方法的工艺流程图；

图2为本发明的双向拉伸装置的结构示意图；

图3为本发明的双向拉伸装置的拉伸结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板的制作方法进行详细的说明。

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板的制作方法，如图1所示，其制作步骤如下：

(1)、将聚四氟乙烯分散树脂进行冷藏，然后筛分。聚四氟乙烯分散树脂可以置于冰柜中冷藏，温度为10～19℃，时间为20～30小时，筛分可以是通过8～10目的筛分机进行过筛筛分。优选的，置于冰柜中冷藏的温度为14～17℃，时间为23～28小时，筛分是通过9目的筛分机进行过筛筛分。

(2)、将筛分出来的聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合，静置：聚四氟乙烯分散树脂和助推剂的重量份数组成为：聚四氟乙烯分散树脂为60～90，助推剂为10～30。助推剂可以为煤油、溶剂油、石油醚或石腊油中的一种或者一种以上的混合。聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合后应静放2～3小时；然后搅拌10～20分钟，混料温度不高于19℃，优选为5～18℃；静放18～32小时。优选的，聚四氟乙烯分散树脂和助推剂重量份数组成为：聚四氟乙烯分散树脂为70～80，助推剂为15～25；聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合后应静放2.5小时；然后搅拌15～18分钟，混料温度不高于19℃；静放20～28小时。

(3)、进行熟化处理：熟化温度50～60℃，熟化时间为20～36小时左右。

(4)、预成型，制得筒状坯料：制得的筒状坯料为糊膏状，预成型的压力为25～30kg/cm²；坯料腔的直径比推压料腔的直径小1mm左右。

(5)、进行推压，经剪切成条状纤维：推压的推压模具的锥角为38～48度，压缩比为60～200；口模料腔温度控制在50℃～70℃。

(6)压延：压延可以通过两辊压延机来进行，压延时辊筒温度控制在50℃～70℃，压延速度控制在0.05～5m/min。

(7)、脱脂：可以是经三个温度为100℃～200℃的烘箱脱去助推剂。脱脂的温度控制在100℃～200℃范围内。

(8)、双向拉伸：在双向拉伸装置上进行高温双向拉伸。拉伸温度控制在200℃～350℃范围内，拉伸的引进速率控制在0.5～5m/min。

(9)、复合成型：将多片已双向拉伸的薄膜叠加后复合成型，复合成型温度控制在300℃～380℃范围内，加的已双向拉伸的薄膜压缩到原来厚度的85％～95％之间。

(10)、整形、修边。整形、修边是在温度为100～200℃下对复合成型的板材进行整形修边。

如图2和图3所示，所述的(8)步骤中的双向拉伸是在在双向拉伸装置上进行，双向拉伸装置包括加热机构1、烘箱2、机架3、夹具组4、拉伸导向架5、涡轮蜗杆7和定型板10，加热机构1设置在烘箱2的底部，烘箱2内设置有活动的机架3，机架3上设置有夹具组4，夹具组4上设置有拉伸导向架5，在，在夹具组4的上方设置有定型板10，定型板10与涡轮蜗杆7连接，所述的夹具组4由横向夹具组(4-1、4-2)和纵向夹具组(4-3、4-4)组成的。加热机构1可以为设置在烘箱2下部的电热盘。在烘箱2上设置有热风循环风机6，以使烘箱2内的产生气流流动，均匀烘箱2内的温度。热风循环风机6可以设置在烘箱2的顶部。机架3与拉伸螺杆11的一端连接，拉伸螺杆11的另一端设置在烘箱2外侧；烘箱2外侧设置有相配合的外框底座架12。

在工作时，双向拉伸装置的加热机构1在烘箱2的底部升温加热，热风循环风机6启动，对整个烘箱热量进行均匀化循环，在烘箱2的顶部设置探温仪器，探测整个烘箱温度。温度达到设定时，横向夹具组(4-1、4-2)分别同时按照A-1和A-2两个方向拉伸，横向夹具组(4-1、4-2)间各夹具在行走过程中通过拉伸导向架5自动划移调节间距。当横向夹具组拉到设定倍率的则停止。然后由纵向夹具组(4-3、4-4)向B-1和B-2两个方向进行拉伸，拉伸到设定倍率则停止。PTFE膨体板9通过横向夹具组(4-1、4-2)和纵向夹具组(4-3、4-4)拉伸完成之后，通过拉伸螺杆11把整个机架3拖出到外框底座架12上，进行拆卸PTFE膨体板9，PTFE膨体板9放上定型板10上进行复合成型，经过高温处理生产出PTFE膨体板。

在对脱脂后的薄膜进行双向拉伸时，不同的操作温度、湿度、拉伸力、拉伸的引进速率可以形成薄膜，在多向纤维和封闭微孔结构等方面会产生不同，从而影响到膨体聚四氟乙烯板的压缩回弹性、抗拉强度、表面硬度、应力松驰率等功能指标，这些都是至关重要的操作参数，对形成薄膜的不同品质及力学性能均非常重要。

实施例1

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板的制作方法，其制作步骤如下：

(1)、将聚四氟乙烯分散树脂置于冰柜中冷藏，温度为15℃，时间为24小时，然后通过8目筛分机进行过筛筛分。

(2)、将筛分出来的聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合，静放2小时；然后搅拌14分钟，混料温度不高于19℃；静放24小时；聚四氟乙烯分散树脂和助推剂的重量份数组成为：聚四氟乙烯分散树脂为75～80，助推剂为18～22；助推剂可以为煤油溶剂油、石油醚或石腊油中的一种或者一种以上混合。

(3)、进行熟化处理；熟化处理在熟化箱中进行，熟化温度50～60℃，熟化时间为20～36小时左右。优选的，熟化温度55℃，熟化时间为25小时。

(4)、预成型，制得筒状坯料；预成型的压力为28～29kg/cm²；坯料腔的直径比推压料腔的直径小1mm左右。

(5)、进行推压；推压的推压模具的锥角为38～48度，压缩比为60～200；口模料腔温度控制在50℃～70℃。

(6)、压延；压延可以通过两辊压延机来进行，压延时辊筒温度控制在50℃～70℃，压延速度控制在1～3m/min。

(7)、脱脂；脱脂通过新型一体化生料带拉伸机进行，温度控制在100℃～200℃。

(8)、双向拉伸：将脱脂后的薄膜在专用双向拉伸装置上进行高温双向拉伸。拉伸温度控制在200℃～350℃范围内，拉伸的引进速率控制在0.5～5m/min。

(10)、整形、修边。整形、修边的温度为100～200℃。对复合成型的板材进行整形修边。

聚四氟乙烯分散树脂主要选用中低压缩比的聚四氟乙烯分散树脂，其是通过乳液聚合，先得到0.2～0.3微米的初级粒子，再通过凝聚，而成为400～500微米的次级球形粒子。聚四氟乙烯分散树脂的最大特点是：在剪切力作用下，极易成纤维状。因本身带有强烈的静电，容易吸尘，应保持操作环境的干净。聚四氟乙烯分散树脂可以选用：中昊晨光化工研究院生产的CGF218K、CGF208C和CGF207；山东东岳高分子材料有限公司生产的DF202、DF204和DF203；上海三爱富股份有限公司生产的FR202A和FR203A；江苏梅兰集团生产的MT～21、MT～22和、MT～23等。

通过上述步骤后最终制得膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板检测到的技术指标如表1内所示：

项目	单位	指标
项目	单位	指标	拉伸强度	mpa	≥5
断裂伸长率	％	≥200	拉伸强度	mpa	≥5
断裂伸长率	％	≥200	压缩率	％	45±5
回弹率	％	≥10	压缩率	％	45±5
回弹率	％	≥10	密封泄漏率	cm³/s	≤1.0×10³

本发明为多年聚四氟乙烯薄膜生产经验和技术的总结，膨体聚四氟乙烯(ePTFE)板是根据聚四氟乙烯特有的性能在生产聚四氟乙烯薄膜工艺的基础上取得的重大突破，跨行业扩大了聚四氟乙烯的应用领域。用其制得的密封垫片除了具有石棉材料的所有性能之外，其耐高低温性、耐腐蚀、无毒无污染、不老化性能明显提高，并具有可填充不规则密封面，减低密封面的加工精度，补偿刚性变形产生的误差，且在受到张力作用时的回弹膨胀特性等优点，满足密封件使用功能的要求，推动密封件材料的发展。

Claims

1.膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：

(4)、预成型，制得筒状坯料；

(5)、进行推压，剪切成条状纤维；

(6)、压延，使纤维定向成扁片状薄膜；

(7)、脱脂，温度控制在100℃～200℃；

(8)、进行双向拉伸，温度控制在200℃～350℃范围内，拉伸力控制在范围内，拉伸的引进速率控制在0.5～5m/min；

(9)、复合成型，将多片已双向拉伸的薄膜叠加后复合成型，复合成型温度控制在300℃～380℃范围内，加的已双向拉伸的薄膜压缩到原来厚度的85％～95％之间；

(10)、整形、修边，温度为100～200℃。

2.如权利要求1或2所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(2)步骤中聚四氟乙烯分散树脂与助推剂混合后静放2～3小时；然后搅拌10～20分钟，混料温度不高于19℃；静放18～32小时。

3.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(4)步骤中，预成型的压力为25～30kg/cm²；坯料腔的直径比推压料腔的直径小1mm。

4.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(5)步骤中，进行推压的推压模具的锥角为28～48度，压缩比为60～200。

5.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(6)步骤中，口模料腔温度控制在50℃～70℃，压延为两辊压延，压延时辊筒温度控制在50℃～70℃，压延速度控制在0.05～5m/min。

6.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(7)步骤中，脱脂可以是经三个温度为100℃～200℃的烘箱脱去助推剂。

7.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的助推剂为煤油、溶剂油、石油醚或石腊油中的一种或者一种以上混合。

8.如权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的(8)步骤中的双向拉伸是在在双向拉伸装置上进行，双向拉伸装置包括加热机构、烘箱、机架、夹具组、拉伸导向架、涡轮蜗杆和定型板，加热机构设置在烘箱的底部，烘箱内设置有活动的机架，机架上设置有夹具组，夹具组上设置有拉伸导向架，在，在夹具组的上方设置有定型板，定型板与涡轮蜗杆连接，所述的夹具组由横向夹具组和纵向夹具组组成。

9.如权利要求8所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的烘箱上设置有热风循环风机。

10.如权利要求8所述的膨体聚四氟乙烯板的制作方法，其特征在于：所述的机架与拉伸螺杆的一端连接，拉伸螺杆的另一端设置在烘箱外侧；所述的烘箱外侧设置有相配合的外框底座架。