CN101888928A - 聚四氟乙烯多孔膜及其制造方法以及防水透气过滤器 - Google Patents

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Abstract

首先，将包含标准比重为2.155以上的聚四氟乙烯的片沿单轴方向拉伸而得到第一多孔体，并且将包含聚四氟乙烯的片沿双轴方向拉伸而得到第二多孔体。然后，将第一多孔体与第二多孔体的层叠体加热至聚四氟乙烯的熔点以上的同时沿与所述单轴方向相同的方向拉伸，将第一多孔体与第二多孔体一体化，由此制造聚四氟乙烯多孔膜。

Description

聚四氟乙烯多孔膜及其制造方法以及防水透气过滤器
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯(以下称为“PTFE”)多孔膜及其制造方法以及防水透气过滤器。
背景技术
以往，例如汽车电装部件、OA(办公自动化)设备、家电产品、医疗设备等中，为了消除收纳电子部件、控制基板等的框体的内部与外部的压力差，使用防水透气过滤器。该防水透气过滤器安装在框体上以堵塞设置在框体上的开口，在确保透气的同时实现防尘和防水。这样的防水透气过滤器中，多使用透气性良好且耐水压高的PTFE多孔膜。
由于PTFE多孔膜的膜厚薄，因此作为防水透气过滤器，通常大多是通过在无纺布等支撑材料上层叠PTFE多孔膜而得到的(例如，参考日本特开平11-58575号公报)。而且，在框体上安装防水透气过滤器时，支撑材料焊接在框体上。
近来，例如汽车的部件、传感器等的一部分中，有时要求防水透气过滤器具有耐热性。但是，由于无纺布在耐热性方面多存在问题，因此期望防水透气过滤器仅由耐热性也良好的PTFE多孔膜构成，从而将PTFE多孔膜直接焊接在框体上。为了实现该期望，需要增厚PTFE多孔膜的膜厚而确保强度。
通常，如果将包含PTFE的厚的未焙烧片仅沿单轴方向拉伸而多孔化，则有可能得到厚度为200～300μm的PTFE多孔膜。但是，上述方法中PTFE多孔膜的膜厚设定得厚，使得透气性降低。因此，为了提高透气性，考虑提高拉伸倍率，但这样会导致耐水压下降。
发明内容
本发明鉴于上述情况，目的在于提供能够制造透气性和耐水压高且膜厚厚的PTFE多孔膜的制造方法、通过该制造方法制造的PTFE多孔膜、以及使用该PTFE多孔膜的防水透气过滤器。
本发明人着眼于无尘室用空气过滤器等中使用的PTFE多孔膜具有高的透气性和耐水压这一情况。该过滤器用PTFE多孔膜通过将包含PTFE的未焙烧片沿双轴方向拉伸而多孔化，但是由于厚度非常薄，因此不用于消除压力差的用途。因此，本发明人想到，通过将包含PTFE的片沿单轴方向拉伸而得到的多孔体和包含PTFE的片沿双轴方向拉伸而得到的多孔体重叠来构成PTFE多孔膜。即，通过将片沿单轴方向拉伸而得到的多孔体来确保厚度、通过将片沿双轴方向拉伸而得到的多孔体来确保耐水压。
但是，在尝试使用一直以来使用的PTFE制造如上构成的PTFE多孔膜时，不能得到良好的透气性。本发明人进行了深入的研究，结果发现较低分子量的树脂能得到具有高透气性的多孔体。
本发明是根据上述观点完成的，提供一种PTFE多孔膜的制造方法，其中，包括如下工序：将包含作为分子量标准的标准比重为2.155以上的PTFE的片沿单轴方向拉伸而得到第一多孔体的工序；将包含PTFE的片沿双轴方向拉伸而得到第二多孔体的工序；和将所述第一多孔体与所述第二多孔体的层叠体加热至PTFE的熔点以上的同时沿与所述单轴方向相同的方向拉伸，从而将第一多孔体与第二多孔体一体化的工序。
这里，标准比重(Standard Specific Gravity)也称为SSG，是通过JISK 6892中规定的物理测定法测得的比重，与分子量具有反比关系(与分子量显示负相关)。
另外，本发明提供一种PTFE多孔膜，其中，具有膜厚在70～400μm的范围内、透气量以葛尔莱(Gurley)数表示在2～40秒/100mL的范围内、耐水压在40～300kPa的范围内的层叠结构。
另外，本发明提供一种防水透气过滤器，具有用于在确保透气的同时防止水的进入的多孔基材，其中，所述基材包含如上所述的PTFE多孔膜。
根据本发明，能够通过第一多孔体确保厚度，同时能够通过第二多孔体确保耐水压。而且，第一多孔体是将包含标准比重为2.155以上的PTFE的片沿单轴方向拉伸而得到的，因此即使将该第一多孔体与第二多孔体重叠，也能够得到透气性良好的PTFE多孔膜。
附图说明
图1A～1C是本发明的一个实施方式的PTFE多孔膜的剖面图。
图2A是在图1B的PTFE多孔膜上形成有胶粘层的防水透气过滤器的俯视图，图2B是该防水透气过滤器的剖面图。
具体实施方式
下面对本发明的PTFE多孔膜的制造方法进行说明。该制造方法是用于得到具有如图1A～图1C所示的由第一多孔体1和第二多孔体2构成的层叠结构的PTFE多孔膜的方法，包括第一工序到第三工序3个工序。
第一工序中，在将未焙烧的带状的第一片适当加热的同时仅沿长度方向的单轴方向进行拉伸，得到厚度为50μm以上、200μm以下的第一多孔体。
第一片是包含标准比重为2.155以上的PTFE的片。作为上述的PTFE，可以列举各制造厂商制造的以下产品。
<旭硝子公司制>
产品名            标准比重    制造厂商报道的数均分子量
フルォンCD-014    2.20        200万
フルォンCD-1      2.20        200万
フルォンCD-145    2.19        800万
フルォンCD-123    2.155       1200万
<大金(ダィキン)工业公司制>
产品名            标准比重    制造厂商报道的数均分子量
ポリフロンF104    2.17        600万
ポリフロンF106    2.16        无报道
<三井杜邦氟化学(三井·デュポンフロロケミカル)公司制>
产品名                  标准比重    制造厂商报道的数均分子量
特氟隆(テフロン)6-J     2.21        无报道
特氟隆(テフロン)65-N    2.16        无报道
拉伸倍率作为通过拉伸进行多孔化的常识性的倍率，优选为2倍以上、15倍以下。因为在15倍以上的倍率下，难以得到厚的第一多孔体。
另外，拉伸时的温度优选为200℃以上、更优选为250℃以上，并优选为低于PTFE的熔点的温度。这是因为，在PTFE的熔点以上的温度下拉伸时，第一多孔体的表面受到焙烧，对与后述的第二多孔体的一体化产生影响。
第二工序中，在将未焙烧的带状的第二片适当加热的同时沿长度方向和宽度方向的双轴方向进行拉伸，得到厚度为10μm以上、100μm以下的第二多孔体。
第二片包含PTFE。该PTFE没有特别的限制，可以使用各种市售品。例如，可以使用如大金工业公司制造的F101HE(标准比重：2.143)那样标准比重小于2.155的PTFE。另外，根据制造厂商的报道，F101HE的数均分子量为约1000万。
第二片首先沿长度方向拉伸，然后沿宽度方向拉伸。长度方向上的拉伸倍率优选为4倍以上、20倍以下，宽度方向上的拉伸倍率优选为5倍以上、50倍以下。
另外，向长度方向拉伸时的温度优选为200℃以上、更优选为250℃以上。向宽度方向拉伸时的温度为50℃以上、优选为100℃以上即足够。另外，本工序中，拉伸时的温度也可以是高于PTFE的熔点的温度。但是，在高于PTFE的熔点的温度下，难以沿宽度方向以10倍以上的高倍率进行拉伸。另外，在高于PTFE的熔点的温度下，由于第二多孔体的表面受到焙烧有时还导致耐水压下降，因此拉伸时的温度优选根据所要求的PTFE多孔膜的特性而适当设定。
第三工序中，首先将第一工序中得到的第一多孔体与第二工序中得到的第二多孔体压接而得到层叠体。具体而言，在第二多孔体的单面或两面上重叠第一多孔体，使两个多孔体的长度方向为相同的方向，在此状态下，将其通过由金属辊和橡胶辊构成的一对辊进行压接。作为压接时的压力，以按压辊的汽缸的空气压计为约1kg/cm2，作为辊，可以使用例如直径为20cm的辊。
在第二多孔体的单面或两面上重叠的第一多孔体的片数可以为一片也可以为两片以上，根据所要求的PTFE多孔膜的膜厚适当确定即可。
另外，层叠体没有必要一定是将第一多孔体和第二多孔体压接而得到的，也可以在将第一多孔体和第二多孔体重叠的状态下直接在下一工序中进行拉伸。
接着，将得到的层叠体加热至PTFE的熔点以上，同时沿与第一工序中拉伸的方向相同的方向即长度方向拉伸至少一次以上，使第一多孔体与第二多孔体一体化，在一侧重叠有多片第一多孔体时使第一多孔体之间也一体化。由此，能够得到具有透气性和耐水压高且膜厚厚的层叠结构的PTFE多孔膜，即能够得到膜厚在70～400μm的范围内、透气量以葛尔莱数表示在2～40秒/100mL的范围内、耐水压在40～300kPa的范围内的PTFE多孔膜。而且，所得到的PTFE多孔膜中，第一多孔体具有仅沿单轴方向拉伸后的结构，所述第二多孔体具有沿双轴方向拉伸后的结构。
拉伸倍率可以为了得到目标透气性而适当选择，优选为1.1倍以上、5倍以下。
另外，层叠体的加热温度、即拉伸时的温度只要为PTFE的熔点以上则没有特别的限制，优选为360℃以上、400℃以下。
另外，在一次拉伸下层叠的层间的接合强度不充分时，优选进行两次以上的拉伸。如果用手剥离各层(第一多孔体或第二多孔体)时在层间的边界处发生剥离，则此时层间的接合强度不充分。因此，优选以不剥离而达到充分的接合强度的方式确定拉伸的条件(次数等)。
另外，如果拉伸次数增加则透气性增加而另一方面耐水压降低，因此需要根据所要求的PTFE多孔膜的特性适当确定本工序中的拉伸次数。
如上得到的PTFE多孔膜，例如切割成圆盘状，成为如图2A和图2B所示的用于消除框体4的内部和外部的压力差的防水透气过滤器，并焊接在框体4上以堵塞框体4的开口4a。或者，也可以在PTFE多孔膜的边缘部上形成例如双面带等的胶粘层3，并通过该胶粘层3将PTFE多孔膜胶粘在开口4a的边缘部。
实施例
下面列举实施例来详细地说明本发明，但本发明并不受这些实施例的任何限制。
另外，本实施例中所说的透气量是通过JIS P 8117(葛尔莱法)得到的。其表示在一定压力下流过100mL的空气所需要的时间，值越小表示透气性越高。另外，耐水压是通过JIS L 1092-B(高水压法)得到的。
(实施例1)
使用旭硝子公司制造的PTFE树脂CD-145(标准比重：2.19)，通过常规方法制作厚度为0.3mm的带状的未焙烧片。将其在280℃下仅沿长度方向单轴拉伸至4倍，得到第一多孔体。所得到的第一多孔体的厚度为170μm、透气量为18秒/100mL、耐水压为70kPa。
接着，使用大金工业公司制造的PTFE树脂F101HE，制作厚度为0.2mm的带状的未焙烧片。将其首先在280℃下沿长度方向拉伸至4倍，然后在130℃下沿宽度方向拉伸至25倍，得到第二多孔体。所得到的第二多孔体的厚度为15μm、透气量为2秒/100mL、耐水压为420kPa。
在第二多孔体的两面上各重叠有一片第一多孔体的状态下(参考图1B)，将其用一对辊压接而得到层叠体。此时，第一多孔体和第二多孔体成为在表观上一体化但用手剥开时可以剥离的状态。
然后，将得到的层叠体以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度沿长度方向拉伸至2倍，使第一多孔体与第二多孔体一体化，得到PTFE多孔膜。所得到的PTFE多孔膜的膜厚为300μm、透气量为15秒/100mL、耐水压为350kPa。
(实施例2)
将实施例1中得到的PTFE多孔膜以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度进一步拉伸至1.2倍。最终的PTFE多孔膜的膜厚为300μm、透气量为10秒/100mL、耐水压为250kPa。
(实施例3)
使用旭硝子公司制造的PTFE树脂CD1(标准比重：2.20)，通过常规方法制作厚度为0.3mm的带状的未焙烧片。将其在280℃下仅沿长度方向单轴拉伸至4倍，得到第一多孔体。所得到的第一多孔体的厚度为170μm、透气量为10秒/100mL、耐水压为40kPa。
接着，使用大金工业公司制造的PTFE树脂F101HE，制作厚度为0.2mm的带状的未焙烧片。将其首先在280℃下沿长度方向拉伸至4倍，然后在130℃下沿宽度方向拉伸至25倍，得到第二多孔体。所得到的第二多孔体的厚度为15μm、透气量为2秒/100mL、耐水压为420kPa。
在第二多孔体的两面上各重叠有一片第一多孔体的状态下(参考图1B)，将其用一对辊压接而得到层叠体。此时，第一多孔体与第二多孔体成为在表观上一体化但用手剥开时可以剥离的状态。
然后，将所得到的层叠体以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度沿长度方向拉伸至2倍，使第一多孔体与第二多孔体一体化，得到PTFE多孔膜。所得到的PTFE多孔膜的膜厚为300μm、透气量为10秒/100mL、耐水压为350kPa。
(实施例4)
将实施例3中得到的PTFE多孔膜以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度进一步拉伸至1.2倍。最终的PTFE多孔膜的膜厚为300μm、透气量为5秒/100mL、耐水压为250kPa。
(实施例5)
使用与实施例3同样操作而得到的第一多孔体和第二多孔体，在将两片第一多孔体、一片第二多孔体和一片第一多孔体依次重叠的状态下(参考图1C)，与实施例3同样地使其一体化，得到PTFE多孔膜，并与实施例4同样地对该PTFE多孔膜进行第二次拉伸。最终的PTFE多孔膜的膜厚为410μm、透气量为7秒/100mL、耐水压为250kPa。
(比较例1)
使用大金工业公司制造的PTFE树脂F101HE(标准比重：2.143)，通过常规方法制作厚度为0.3mm的带状的未焙烧片。将其在280℃下仅沿长度方向单轴拉伸至4倍，得到第一多孔体。所得到的第一多孔体的厚度为138μm、透气量为120秒/100mL、耐水压为300kPa。
接着，使用相同的树脂F 101HE，制作厚度为0.2mm的带状的未焙烧片。将其首先在280℃下沿长度方向拉伸至4倍，然后在130℃下沿宽度方向拉伸至25倍，得到第二多孔体。所得到的第二多孔体的厚度为15μm、透气量为2秒/100mL、耐水压为420kPa。
在第二多孔体的两面上各重叠有一片第一多孔体的状态下，将其用一对辊压接而得到层叠体。此时，第一多孔体和第二多孔体成为在表观上一体化但用手剥开时可以剥离的状态。
接着，将所得到的层叠体以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度沿长度方向拉伸至2倍，使第一多孔体与第二多孔体一体化，得到PTFE多孔膜。所得到的PTFE多孔膜的厚度为243μm、透气量为220秒/100mL、耐水压为400kPa。
将所得到的PTFE多孔膜以在380℃的炉中滞留1分钟以上的速度进一步拉伸至1.2倍。最终的PTFE多孔膜的膜厚为240μm、透气量为211秒/100mL、耐水压为310kPa。
(比较例2)
除了将得到第一多孔体时的拉伸倍率设定为10倍以外，与比较例1同样地得到PTFE多孔膜。所得到的PTFE多孔膜的膜厚为95μm、透气量为100秒/100mL、耐水压为310kPa。
(比较例3)
除了将一体化时的温度设定为330℃以外，与实施例1同样地制造PTFE多孔膜，所得到的PTFE多孔膜在用手剥离第一多孔体时，第一多孔体在与第二多孔体的边界处剥离。
(比较)
实施例1～实施例5和比较例1～比较例3的特性值归纳于表1。
表1
  膜厚(μm)   透气量(秒/100mL)   耐水压(kPa)
  实施例1   300   15   350
  实施例2   300   10   250
  实施例3   300   10   350
  实施例4   300   5   250
  实施例5   410   7   250
  比较例1   240   211   310
  比较例2   95   100   310
  比较例3   -   -   -
比较实施例1～实施例5和比较例1时可知，相对于使用分子量高的树脂制作第一多孔体的比较例1，使用分子量低的树脂制作第一多孔体的实施例1～实施例5的透气性显著提高。另外，实施例1～实施例5中，耐水压保持在较高的250kPa或350kPa，可知耐水压也高。
另一方面，相对于比较例1，比较例2中得到第一多孔体时的拉伸倍率从4倍增大至10倍，透气性得到改善，但膜厚变薄。与此相对，实施例1～5中，膜厚变厚且透气性提高。这说明仅增大得到第一多孔体时的拉伸倍率，难以确保膜压而且不能得到充分的透气性，而如果在得到第一多孔体时使用分子量低的树脂，则能够确保膜厚，而且能够有效地提高透气性。
由以上的结果可知，根据本发明的制造方法，使用分子量低的树脂、也就是标准比重为2.155以上的树脂制作第一多孔体，能够得到透气性和耐水压高、且膜厚厚的PTFE多孔膜。

Claims (9)

1.一种聚四氟乙烯多孔膜的制造方法，其中，包括如下工序：
将包含标准比重为2.155以上的聚四氟乙烯的片沿单轴方向拉伸而得到第一多孔体的工序；
将包含聚四氟乙烯的片沿双轴方向拉伸而得到第二多孔体的工序；和
将所述第一多孔体与所述第二多孔体的层叠体加热至聚四氟乙烯的熔点以上的同时沿与所述单轴方向相同的方向拉伸，从而将第一多孔体与第二多孔体一体化的工序。
2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯多孔膜的制造方法，其中，在所述得到第一多孔体的工序中，将所述片在低于聚四氟乙烯的熔点的温度下以2倍以上的倍率进行拉伸。
3.如权利要求1所述的聚四氟乙烯多孔膜的制造方法，其中，在所述得到第一多孔体的工序中，得到厚度为50μm以上、200μm以下的第一多孔体。
4.如权利要求1所述的聚四氟乙烯多孔膜的制造方法，其中，在所述得到第二多孔体的工序中，得到厚度为10μm以上、100μm以下的第二多孔体。
5.一种聚四氟乙烯多孔膜，其具有膜厚在70～400μm的范围内、透气量以葛尔莱数表示在2～40秒/100mL的范围内、耐水压在40～300kPa的范围内的层叠结构。
6.如权利要求5所述的聚四氟乙烯多孔膜，其中，
作为所述层叠结构，具有将第一多孔体与第二多孔体层叠的结构，
所述第一多孔体具有仅沿单轴方向拉伸后的结构，所述第二多孔体具有沿双轴方向拉伸后的结构。
7.如权利要求6所述的聚四氟乙烯多孔膜，其中，
所述第一多孔体是通过将包含聚四氟乙烯的片仅沿单轴方向拉伸而构成的，并且进一步仅沿所述单轴方向拉伸；
所述第二多孔体是通过将包含聚四氟乙烯的片沿双轴方向拉伸而构成的，并且进一步沿所述双轴方向中的一个单轴方向拉伸。
8.一种防水透气过滤器，具有用于在确保透气的同时防止水的进入的多孔基材，其中，所述基材包含权利要求5所述的聚四氟乙烯多孔膜。
9.如权利要求8所述的防水透气过滤器，其中，还具有在所述聚四氟乙烯多孔膜上形成的胶粘层。
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