CN101905124B - 一种可控制收缩量的聚四氟乙烯膜热处理设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种将纵向拉伸过的聚四氟乙烯滤膜进行热收缩的设备及方法，利用该设备可以控制聚四氟乙烯滤膜的收缩量，缩短生产周期，提高生产效率，消除滤膜纵向上的应力，减少极细纤维的存在，提高滤膜的强度和透气率该设备包括把聚四氟乙烯膜以恒张力恒线速送入炉体的放卷装置炉体以恒张力恒线速把聚四氟乙烯膜牵引出炉体的收卷装置；炉体内具有加热装置聚四氟乙烯膜依次绕过的多个主动辊多个用于检测任意相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯膜张力的张力检测装置；每个主动辊分别与变频电机的输出轴相连；每个张力检测装置的输出接与变频器相连的可编程控制器，每个变频器和与两个主动辊中的后面一个主动辊相连的变频电机连接。
Description
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯微孔滤膜的加工制造设备及方法，属于聚四氟乙烯微孔滤膜的加工制造技术领域，尤其是空气过滤膜、服装膜与水过滤聚四氟乙烯膜的制造领域。
背景技术
膨化聚四氟乙烯微孔滤膜的制造技术，市场上多数没有热处理这一步工艺。膨化聚四氟乙烯微孔滤膜的制造工序如下：首先将膨化聚四氟乙烯粉末用合适的助剂油按比例配合成糊膏状，通过打坯机制成圆柱状毛坯，放进推挤机在一定的压力下挤成一定直径的圆柱状经过导向器进入压延机压成压延片，然后经过纵拉、扩幅形成呈两维平面结构的微孔聚四氟乙烯薄膜。纵拉后，为消除纵拉时残留在聚四氟乙烯薄膜上的应力，以前常采用常温下放置一段时间自然收缩的方法对聚四氟乙烯薄膜自然时效，自然时效时间通常是1～2天，耗时很长，并且自然收缩只能消除纵拉带外表面的应力，内表面的应力仍然存在，应力的存在会造成下一道工序横向拉伸时的聚四氟乙烯薄膜不均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种将纵向拉伸过的聚四氟乙烯滤膜进行热收缩的设备，利用该设备可以控制聚四氟乙烯滤膜的收缩量，缩短生产周期，提高生产效率，消除滤膜纵向上的应力，减少极细纤维的存在，提高滤膜的强度和透气率。
本发明的可控制收缩量的聚四氟乙烯膜热处理设备，包括把聚四氟乙烯膜以恒张力恒线速送入炉体的放卷装置、炉体、以恒张力恒线速把聚四氟乙烯膜牵引出炉体的收卷装置；炉体内具有加热装置、聚四氟乙烯膜依次绕过的多个主动辊。
本发明所述设备的有益效果：本发明是将经过纵向拉伸后的聚四氟乙烯膜采用热处理炉加热收缩的方式，消除聚四氟乙烯膜上的应力，相对于自然时效，可以大幅缩短生产周期，提高生产效率。本发明收放卷采用恒张力恒线速控制，炉体内各主动辊速度无级可调，根据设定的收缩量，可通过调试炉体内主动辊速比达到预定的收缩效果。
上述的热处理设备，放卷装置包括放卷电机、与放卷电机相连的放卷辊，用于检测聚四氟乙烯膜的放卷张力的放卷张力检测装置，放卷张力检测装置的输出接可编程控制器，可编程控制器与控制放卷电机转速的放卷变频器相连。
上述的热处理设备，收卷装置包括收卷电机、与收卷电机相连的收卷辊，用于检测聚四氟乙烯膜的收卷张力的收卷张力检测装置，收卷张力检测装置的输出接可编程控制器，可编程控制器与控制收卷电机转速的收卷变频器相连。
上述的热处理设备，还包括多个用于检测任意相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯膜张力的张力检测装置；每个主动辊分别与一变频电机的输出轴相连；每个张力检测装置的输出接与变频器相连的可编程控制器，每个变频器和与两个主动辊中的后面一个主动辊相连的变频电机连接。
本发明同时提出了一种可控制收缩量的聚四氟乙烯膜热处理方法，即让聚四氟乙烯膜以恒张力恒线速进入温度100～300℃的炉体内，依次通过炉体内的多个线速度递减的主动辊，然后以恒张力恒线速从炉体中出来；以相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯膜张力调节后一个主动辊的线速度。
本发明所述方法的有益效果：本发明将经过纵向拉伸后的聚四氟乙烯膜采用热处理炉加热收缩的方式，消除聚四氟乙烯膜上的应力，方法简单，效率高。收放卷采用恒张力恒线速控制，聚四氟乙烯膜在炉体内分多段收缩，炉体内各主动辊线速度递减，通过调试炉体内主动辊速比达到预定的收缩量。
上述的热处理方法，炉体内的最后一个主动辊的线速度是第一个主动辊线速度的40％～95％(相应的聚四氟乙烯膜的收缩量为5％～60％)，优选55％～85％(相应的聚四氟乙烯膜的收缩量为15％～45％)。
上述的热处理方法，每个主动辊分别与变频电机的输出轴相连；用于检测任意相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯膜张力的多个张力检测装置的输出接与变频器相连的可编程控制器，每个变频器和与两个主动辊中的后面一个主动辊相连的变频电机连接。
附图说明
图1是热处理设备的示意图
图2是热处理设备的控制原理图
图3是热处理设备中的主动辊等速比调整示意图
具体实施方式
参见图1，该可控制收缩量的聚四氟乙烯膜热处理设备包括放卷装置100、炉体200、收卷装置300、PLC、触摸屏HMI、变频器等。
放卷装置100包括放卷变频电机、与放卷变频电机相连的放卷辊1、被动辊2、被动辊4、包括张力浮辊3在内的用于检测聚四氟乙烯膜的放卷张力的放卷张力检测装置，放卷张力检测装置的输出接控制放卷变频电机转速的放卷变频器。
收卷装置300包括收卷变频电机、与收卷变频电机相连的收卷辊17、牵引辊12、13、14，被动辊16，包括张力浮辊15在内的用于检测聚四氟乙烯膜的收卷张力的收卷张力检测装置，放卷张力检测装置的输出接控制收卷变频电机转速的收卷变频器。
热处理炉体200包括罩壳18、设置在罩壳18内的电加热管19和主动辊5、6、7、8、9、10、11。每一个主动辊分别与带动其转动的变频电机相连，每个变频电机与控制其转速的变频器相接。
参加图2，PLC分别与触摸屏HMI、变频器(包括控制各变频电机的变频器、控制收卷电机的收卷变频器、控制放卷电机的放卷变频器)等相连。
采用现场总线方式通讯，分布式的I/O系统进行现场传感器信号的采集，触摸屏将控制信号数据传输给PLC，由PLC分析处理后发送给各变频器控制电机实现无级调速。
放卷装置的控制目的为恒张力、恒线速主动放卷，放卷控制由放卷变频电机、矢量放卷变频器、张力浮辊反馈等构成闭环控制系统，跟踪放卷辊上的纵拉带101的卷装量由矢量变频器模拟出放卷速度曲线，根据实际情况下放卷张力反馈修正曲线，实现恒张力、恒线速主动放卷。
收卷装置的工作机理与放卷装置类似，唯一不同的是矢量收卷变频器模拟出的速度曲线在逻辑上相反，放卷电机转速曲线应该是由小向大变化，收卷电机转速曲线由大向小变化。
本方法是将根据聚四氟乙烯微孔滤膜的具体技术要求制作都符合标准的纵拉带101放在恒张力、恒线速主动放卷装置的放卷辊1上；这些纵拉带经被动辊2、张力浮辊3、被动辊4后，进入热处理炉体200内；热处理炉体200内有7根主动辊5、6、7、8、9、10、11，每根主动辊之间的速度是递减的，纵拉带在经过各主动辊之间不断收缩，最终出炉后经牵引辊12、13、14、张力浮辊15、被动辊16，在收卷辊17上卷成热处理带301。
热处理炉体200底部安装有电加热管19，由温控表、可控硅、温度传感器等构成的温控系统保证炉体内温度范围在100℃～200℃可调。纵拉带在主动辊5、6、7、8、9、10、11这7个辊之间分6段行程收缩，每个主动辊都有一个变频电机和变频器控制其转速。
纵拉带在一定的温度下放置的时间不同，收缩量也是不同的。为实现预定的收缩量就必须首先确定纵拉带在炉体内运行的时间，根据分解到各主动辊之间的收缩时间可粗略计算出各主动辊之间的速比，而实际情况下各主动辊之间的收缩量并不是均匀分布，为避免纵拉带在各主动辊出现过松或过紧，就必须对各主动辊之间的速比进行优化微调，在保证纵拉带热处理过程适当的张力情况下，实现收缩量的控制和稳定。
根据不同的收缩率n％(参见图3)，可计算出相应的收卷线速度V2和放卷线速度V1的比率为1-n％。假定某工艺的纵拉带在T℃的环境中存放t分钟的收缩率为n％，纵拉带在炉体内的行程总长为S米，则放卷线速度V1＝(1+n％)S/t，收卷线速度V2＝V1(1-n％)，主动辊5的表面线速度与放卷线速度匹配，主动辊11的表面线速度与收卷线速度V2相同，理论上6段行程的收缩率一样，则各相邻两个主动辊之间的线速度比率为
主动辊6的线速度
主动辊7的线速度
以此类推，但实际上因为纵拉带在炉体内表面加热有一个过程，开始的时候必然因为自身表面温度低而收缩得少一些，所以纵拉带在炉体内各主动辊上运行的过程中收缩率是不一样的，在实际操作中，通常采用理论上的各辊线速度为参考，以纵拉带进入炉体的方向为起点，从前至后依次调整各辊的线速度，使6个行程都有一定的超喂量，避免因为纵拉带在6个行程上过松或过紧影响产品质量。
实施例1-30：
所选膨化聚四氟乙烯粉末粉末分子量为800万，所用油剂为Isopar M型油。纵拉带宽度170mm，厚度141.7μm；长度600m。以放卷装置将纵拉带恒张力恒线速经被动辊2、张力浮辊3、被动辊4进入炉体，依次经过直径相同的主动辊5、6、7、8、9、10、11，各主动辊转速见表1。纵拉带在表1中的不同的炉体内温度为下，依靠各主动辊的速比收缩，再经牵引辊12、13、14牵引，张力浮辊15控制张力后收卷。收卷的聚四氟乙烯膜宽度、长度、长度收缩率见表1。
本专利是将经过纵向拉伸后的聚四氟乙烯膜采用热处理炉加热收缩的方式，消除聚四氟乙烯膜上的应力。收放卷采用恒张力恒线速控制，炉体内分多段收缩，炉体内各主动辊速度无级可调，根据设定的收缩量，可通过调试炉体内主动辊速比达到预定的效果。本发明旨在提供将纵向拉伸过的聚四氟乙烯滤膜进行热收缩的生产工艺和设备，利用该方法可以通过控制聚四氟乙烯滤膜的收缩量，消除滤膜纵向上的应力，减少极细纤维的存在，提高滤膜的强度和透气率。
表1：
| 7 | 150 | 4.06 | 4 | 3.94 | 3.91 | 3.88 | 3.87 | 3.86 | 16.9 | 570 | 5 |
| 8 | 150 | 4.06 | 3.9 | 3.74 | 3.65 | 3.57 | 3.51 | 3.45 | 16.9 | 510 | 15 |
| 9 | 150 | 4.06 | 3.78 | 3.49 | 3.33 | 3.17 | 3.11 | 3.05 | 16.9 | 450 | 25 |
| 10 | 150 | 4.06 | 3.65 | 3.25 | 3.05 | 2.84 | 2.74 | 2.64 | 16.8 | 390 | 35 |
| 11 | 150 | 4.06 | 3.49 | 2.92 | 2.68 | 2.44 | 2.33 | 2.23 | 16.8 | 330 | 45 |
| 12 | 150 | 4.06 | 3.25 | 2.44 | 2.11 | 1.79 | 1.71 | 1.62 | 16.8 | 240 | 60 |
| 13 | 200 | 5.4 | 5.32 | 5.24 | 5.21 | 5.18 | 5.16 | 5.13 | 16.9 | 570 | 5 |
| 14 | 200 | 5.4 | 5.18 | 4.97 | 4.86 | 4.75 | 4.67 | 4.59 | 16.9 | 510 | 15 |
| 15 | 200 | 5.4 | 5.02 | 4.64 | 4.43 | 4.21 | 4.13 | 4.05 | 16.9 | 450 | 25 |
| 16 | 200 | 5.4 | 4.86 | 4.32 | 4.05 | 3.78 | 3.65 | 3.51 | 16.8 | 390 | 35 |
| 17 | 200 | 5.4 | 4.64 | 3.89 | 3.56 | 3.24 | 3.11 | 2.97 | 16.8 | 330 | 45 |
| 18 | 200 | 5.4 | 4.32 | 3.24 | 2.81 | 2.38 | 2.27 | 2.16 | 16.8 | 240 | 60 |
| 19 | 250 | 6.75 | 6.65 | 6.55 | 6.5 | 6.45 | 6.43 | 6.41 | 16.9 | 570 | 5 |
| 20 | 250 | 6.75 | 6.48 | 6.21 | 6.08 | 5.94 | 5.84 | 5.74 | 16.9 | 510 | 15 |
| 21 | 250 | 6.75 | 6.28 | 5.81 | 5.54 | 5.27 | 5.16 | 5.06 | 16.9 | 450 | 25 |
| 22 | 250 | 6.75 | 6.08 | 5.4 | 5.06 | 4.73 | 4.56 | 4.39 | 16.8 | 390 | 35 |
| 23 | 250 | 6.75 | 5.81 | 4.86 | 4.46 | 4.05 | 3.88 | 3.71 | 16.8 | 330 | 45 |
| 24 | 250 | 6.75 | 5.4 | 4.05 | 3.51 | 2.97 | 2.84 | 2.7 | 16.8 | 240 | 60 |
| 25 | 300 | 8.1 | 7.98 | 7.86 | 7.8 | 7.74 | 7.72 | 7.7 | 16.9 | 570 | 5 |
| 26 | 300 | 8.1 | 7.78 | 7.45 | 7.29 | 7.13 | 7.01 | 6.89 | 16.9 | 510 | 15 |
| 27 | 300 | 8.1 | 7.53 | 6.97 | 6.64 | 6.32 | 6.2 | 6.08 | 16.9 | 450 | 25 |
| 28 | 300 | 8.1 | 7.29 | 6.48 | 6.08 | 5.67 | 5.47 | 5.27 | 16.8 | 390 | 35 |
| 29 | 300 | 8.1 | 6.97 | 5.83 | 5.35 | 4.86 | 4.66 | 4.46 | 16.8 | 330 | 45 |
| 30 | 300 | 8.1 | 6.48 | 4.86 | 4.21 | 3.56 | 3.4 | 3.24 | 16.8 | 240 | 60 |
Claims (4)
1.一种可控制收缩量的聚四氟乙烯微孔滤膜热处理方法，其特征是：让经过纵向拉伸后的聚四氟乙烯微孔滤膜以恒张力恒线速进入温度100～300℃的炉体内，依次通过炉体内的多个线速度递减的主动辊，然后以恒张力恒线速从炉体中出来；以相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯微孔滤膜张力调节后一个主动辊的线速度。
2.如权利要求1所述的热处理方法，其特征是：炉体内的最后一个主动辊（11）的线速度是第一个主动辊（5）线速度的40%～95%。
3.如权利要求1所述的热处理方法，其特征是：炉体内的最后一个主动辊（11）的线速度是第一个主动辊（5）线速度的55%～85%。
4.如权利要求1所述的热处理方法，其特征是：每个主动辊分别与变频电机的输出轴相连；用于检测任意相邻两个主动辊之间的聚四氟乙烯微孔滤膜张力的多个张力检测装置的输出接与变频器相连的可编程控制器，每个变频器和与两个主动辊中的后面一个主动辊相连的变频电机连接。
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