CN102008855B - Ptfe覆膜滤料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种覆膜滤料，尤其涉及一种PTFE覆膜滤料以及它的生产方法，属于工业除尘技术领域。PTFE覆膜滤料的生产方法，对PTFE薄膜和/或PTFE针刺毡基材表面进行喷淋或涂覆四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成。本发明操作简单，通过本发明方法制得的覆膜滤料具有使用寿命长，过滤效果好的优点。经检测，本发明制得的覆膜滤料的一些参数如下：单位面积质量偏差±5%；厚度偏差±5%；经向断裂强度≥3300N；纬向断裂强度≥2600N；透气度3～8m3/m2·min；透气性偏差±10%；动态过滤阻值≤210Pa；过滤效率≥99.999%；覆膜牢度≥0.05MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种覆膜滤料，尤其涉及一种PTFE覆膜滤料以及它的生产方法，属于工业除尘技术领域。
背景技术
目前，用于工业除尘的滤料主要有无纺布、玻纤覆PTFE膜滤料。无纺布用于工业除尘效果差；玻纤覆PTFE膜滤料除尘效果好，但是由于玻纤的物理化学性质的自身原因，使用寿命短；另一方面原因由于PTFE膜是通过粘结剂粘覆上去的，玻纤覆PTFE膜在温度高的环境中使用会使得覆上去的PTFE膜慢慢掉落。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题提供一种PTFE覆膜滤料的生产方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
PTFE覆膜滤料的生产方法，对PTFE薄膜和/或PTFE针刺毡基材表面进行喷淋或涂覆四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成。
将PTFE膜与基材复合是增强PTFE薄膜强度和延长使用寿命的有效途径。在基材选择上以同样由PTFE材料制成的基材为最佳。但是由于PTFE属于高结晶度的非极性聚合物，具有表面能低、湿润能力差和化学惰性强等特点， 要使得PTFE膜与PTFE基材复合较为困难，如果还要使得复合强度高、不影响PTFE膜的过滤效果，无疑更为困难。
在保证基材本身强度的基础上，为了增强粘覆的牢度，本发明人将PTFE基材制成针刺毡。而所述PTFE刺针毡基材是先将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的长度为4～5cm的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
由于直接将PTFE膜热压到上述PTFE针刺毡基材上，覆膜滤料的过滤效果不理想；尽管温度高有利于将PTFE膜热压到PTFE针刺毡基材上，但温度高会使得PTFE膜熔化，导致覆膜滤料的过滤效果不理想；因此直接用热辊热压，无法完成将PTFE膜复合到PTFE刺针毡上。
本发明采用在PTFE薄膜和/或PTFE针刺毡基材表面进行喷淋或涂覆四氟乙烯乳液，再用热压的方式使得PTFE膜完美地复合到PTFE刺针毡上。该技术方案中，四氟乙烯乳液并不是起到粘结剂的作用；乳液中四氟乙烯单体首先经过喷淋或涂覆到PTFE薄膜和/或PTFE针刺毡基材表面，由于PTFE薄膜表面多孔，PTFE刺针毡表面结构疏松，因此四氟乙烯单体很容易就分散开；再通过热辊热压就能使得分散的四氟乙烯单体发生聚合；四氟乙烯单体聚合的直接结果就是将PTFE薄膜和PTFE针刺毡牢牢地绑住。明显地，本技术方案中的热压尽管在表现方式上与现有技术的热压相同，但其原理上完全不同，现有技术的热压是一个纯物理动作；而本发明的热压除了物理上的作用外，更大程度上的是为四氟乙烯单体发生聚合提供温度和压力条件。另外，现有技术中，四氟乙烯乳液聚合生产聚四氟乙烯的反应的温度和压力提供者不是热辊。本发明人也研究过，以四氟乙烯的悬浮液作为介质使PTFE薄膜和PTFE针刺毡复合的方案，但是该方案效果不理想，原因可能是，四氟乙烯的悬浮液中四氟乙烯单体的颗粒大，不容易分散到PTFE薄膜中，在发生聚合后，“绑定”效果差。而本发明中基材选择PTFE针刺毡而不是PTFE基布，就是因为考虑到“绑定”效果，PTFE针刺毡表面粗糙程度远大于PTFE基布，四氟乙烯乳液更容易分散到PTFE针刺毡中。
作为上述技术方案的优选，在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度150℃～300℃，压力为kg/cm2。
作为上述技术方案的优选，所述四氟乙烯乳液含有引发剂。
作为上述技术方案的优选，所述引发剂为过硫酸盐或有机过氧化物。常用的过硫酸盐引发剂有过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)；常用的有机过氧化物有过氧化二丁二酸(DSP)、过氧化二戊二酸、叔丁基过氧化氢。
作为上述技术方案的优选，所述PTFE薄膜通过将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度190～210℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力2～4MPa，拉伸倍数3～4倍；横向拉伸时，控制温度160～180℃，拉伸速率70～90mm/s；热定型时，控制温度200～250℃。
双层PTFE生料带共脱脂共拉伸技术，是本发明的又一大创新。对PTFE生料带拉伸，遇到的最大问题就是距离薄膜边缘较近区域拉伸程度大，而薄膜中心区域拉伸程度小，这就使得PTFE薄膜不均匀，具体表现为，距离薄膜边缘较近区域的微孔数量多孔径大、薄膜薄，薄膜中心区域微孔数量少孔径小、薄膜厚。本发明人在研究温度对拉伸效果的影响后发现在190～210℃温度范围内，PTFE生料带容易被拉伸，而且随着温度的提高，拉伸变得更为容易。因此可以在拉伸设备内设定不同温度段以尽可能补偿因材料柔性（拉伸应力传递慢）导致的拉伸效果不均一。这种方式对设备的要求很高，而且具体控制也很难实现。本发明人通过将双层生料带共脱脂共拉伸来解决这个技术问题：借共脱脂使双层间原纤纠缠和结点融合作用，从而使界面层的堆积密度增加，达到在拉伸时，可在大范围内调控薄膜微结构的目的。因为界面层堆积密度越大，拉伸时，应力传递越快，薄膜孔径越小，厚度趋于一致。所述脱脂是指，温度达到或超过润滑剂的气化温度时，PTFE生料带中的润滑剂被除去。虽然共脱脂能使双层生料带间原纤纠缠和结点融合，但毕竟只是使得生料带间发生初步粘合，再经过纵向、拉伸后，薄膜才能完全粘合在一起。共脱脂、初步粘合为拉伸创造了有利条件，使得拉伸质量更好；而双层生料带在拉伸后完全粘合在一起，变成了单层的膜，因此共脱脂共拉伸的技术方案趋于完美。但这并不意味着可以随心所欲地设定拉伸时的参数，实验发现，在纵向拉伸拉力为2～4MPa时，双层生料带间可形成良好焊接；在这个拉力范围外，较大的拉力是原纤被迅速拉伸；较小的拉力，原纤不容易被均匀拉伸，而使得局部出现大范围拉伸；两种情况都表现为孔径增加。
在单层生料带的拉伸实验中发现，在一定应力下，原纤从PTFE树脂中拉出，随应力增加，原纤长度增大，薄膜变薄，当原纤变得不可再伸长时，应力向基带中间区域依次传递，继而基带中间部分被拉伸。因此，在薄膜生产过程中，PTFE薄膜呈现出两侧薄、中间厚的趋势。温度越低，这种现象表现更为明显，因为低温下拉伸时，原纤尚未完全伸长，拉伸应力就向基带的中间区域传递，最终导致中间区域的厚度突然增加。而且，在相同的距离处，高温拉伸比低温拉伸更容易使薄膜变薄。因此，从单层膜的拉伸试验可以知道有一个合适的拉伸温度范围，这一规律对于共拉伸技术同样适用，本发明人充分考虑了上述两点因素并结合双层膜的实际拉伸测试，最终确定了横向拉伸的温度范围为160～180℃。
在单层生料带的拉伸实验中发现，拉伸速度对于单层膜的质量也是密切相关的，本发明人在参考了现有技术中对单层生料带的拉伸速率，并结合双层生料带的拉伸的实际测试，最终确定了横向拉伸的速率范围为70～90mm/s。
作为上述技术方案的优选，所述PTFE刺针毡基材是先将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
作为上述技术方案的优选，所述PTFE生料带是通过如下方法制得的：
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的10～30%；
②筛分：用10～30目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于20～40℃的温度下20～28小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度5～15mm/min，挤出直径15～25mm，口膜长径比L/D为20～40，锥角30～50°，压缩比140～160；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为140～180℃；制得生料带。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明方法操作简单，并且通过本发明方法制得的覆膜滤料具有使用寿命长，过滤效果好的优点。经检测，本发明制得的覆膜滤料的一些参数如下：单位面积质量偏差±5%；厚度偏差±5%；经向断裂强度≥3300N；纬向断裂强度≥2600N；透气度3～8 m3/m2·min;透气性偏差±10%;动态过滤阻值≤210Pa;过滤效率≥99.999%；覆膜牢度≥0.05 MPa。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一
PTFE覆膜滤料的生产方法，依次包括以下步骤：
1、制生料带
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的10%；
②筛分：用10目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于20℃的温度下20小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度5mm/min，挤出直径15mm，口膜长径比L/D为20，锥角30°，压缩比140；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为140℃；制得生料带。
2、制刺针毡
将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3、制膜
将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度190℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力2MPa，拉伸倍数为3倍；横向拉伸时，控制温度160℃，拉伸速率70mm/s；热定型时，控制温度200℃。
4、覆膜
对PTFE薄膜表面进行喷淋四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度150℃，热辊对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材的压力为1.0kg/cm2；该四氟乙烯乳液含有引发剂过硫酸铵。
经检测，通过上述方法制得的覆膜滤料的性能参数如下：
1、单位面积质量偏差1%；
2、厚度偏差3%；
3、断裂强度：经向3500N，纬向 2700N；
4、透气度3 m3/m2·min；
5、透气性偏差8%；
6、动态过滤阻值180Pa；
7、过滤效率99.9999%；
8、覆膜牢度0.05MPa。
实施例二
PTFE覆膜滤料的生产方法，依次包括以下步骤：
1、制生料带
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的15%；
②筛分：用14目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于25℃的温度下24小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度10mm/min，挤出直径20mm，口膜长径比L/D为25，锥角35°，压缩比145；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为150℃；制得生料带。
2、制刺针毡
将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3、制膜
将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度195℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力2.5MPa，拉伸倍数为3.5倍；横向拉伸时，控制温度165℃，拉伸速率75mm/s；热定型时，控制温度210℃。
4、覆膜
对PTFE薄膜表面进行涂覆四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度180℃，热辊对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材的压力为1.5kg/cm2。
经检测，通过上述方法制得的覆膜滤料的性能参数如下：
1、单位面积质量偏差2%；
2、厚度偏差2%；
3、断裂强度：经向3600N，纬向 2800N；
4、透气度4 m3/m2·min；
5、透气性偏差10%；
6、动态过滤阻值175Pa；
7、过滤效率99.9999%；
8、覆膜牢度0.05MPa。
实施例三
PTFE覆膜滤料的生产方法，依次包括以下步骤：
1、制生料带
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的20%；
②筛分：用18目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于30℃的温度下26小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度10mm/min，挤出直径20mm，口膜长径比L/D为30，锥角45°，压缩比150；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为150℃；制得生料带。
2、制刺针毡
将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3、制膜
将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度200℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力2.5MPa，拉伸倍数为4倍；横向拉伸时，控制温度165℃，拉伸速率80mm/s；热定型时，控制温度220℃。
4、覆膜
对PTFE薄膜表面进行喷淋四氟乙烯乳液并且对PTFE针刺毡基材表面喷淋四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度200℃，热辊对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材的压力为3kg/cm2，该四氟乙烯乳液含有引发剂过氧化二丁二酸。
经检测，通过上述方法制得的覆膜滤料的性能参数如下：
1、单位面积质量偏差3%；
2、厚度偏差5%；
3、断裂强度：经向4000N，纬向 3200N；
4、透气度8 m3/m2·min；
5、透气性偏差5%；
6、动态过滤阻值160Pa；
7、过滤效率99.9999%；
8、覆膜牢度0.20MPa。
实施例四
PTFE覆膜滤料的生产方法，依次包括以下步骤：
1、制生料带
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的30%；
②筛分：用28目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于30℃的温度下26小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度15mm/min，挤出直径20mm，口膜长径比L/D为35，锥角45°，压缩比155；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为160℃；制得生料带。
2、制刺针毡
将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3、制膜
将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度210℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力3MPa，拉伸倍数为4倍；横向拉伸时，控制温度170℃，拉伸速率80mm/s；热定型时，控制温度250℃。
4、覆膜
对PTFE针刺毡基材表面进行涂覆四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度250℃，热辊对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材的压力为4kg/cm2，该四氟乙烯乳液含有引发剂叔丁基过氧化氢。
经检测，通过上述方法制得的覆膜滤料的性能参数如下：
1、单位面积质量偏差5%；
2、厚度偏差8%；
3、断裂强度：经向3800N，纬向 3600N；
4、透气度7m3/m2·min；
5、透气性偏差6%；
6、动态过滤阻值150Pa；
7、过滤效率99.9999%；
8、覆膜牢度0.10MPa。
实施例五
PTFE覆膜滤料的生产方法，依次包括以下步骤：
1、制生料带
①混合：在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的30%；
②筛分：用30目筛对上述混料进行筛分；
③预成型：将经筛分的混料置于40℃的温度下28小时；
④挤出：使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度15mm/min，挤出直径25mm，口膜长径比L/D为40，锥角50°，压缩比160；
⑤压延：使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为180℃；制得生料带。
2、制刺针毡
将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3、制膜
将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得；脱脂时，控制温度210℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力4MPa，拉伸倍数为4倍；横向拉伸时，控制温度180℃，拉伸速率90mm/s；热定型时，控制温度250℃。
4、覆膜
对PTFE薄膜表面进行涂覆四氟乙烯乳液并对PTFE针刺毡基材表面喷淋四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度300℃，热辊对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材的压力为4kg/cm2，该四氟乙烯乳液含有引发剂过硫酸钾。
经检测，通过上述方法制得的覆膜滤料的性能参数如下：
1、单位面积质量偏差5%；
2、厚度偏差10%；
3、断裂强度：经向3800N，纬向 3600N；
4、透气度10m3/m2·min；
5、透气性偏差8%；
6、动态过滤阻值140Pa；
7、过滤效率99.9999%；
8、覆膜牢度0.15MPa。
Claims (3)
1.PTFE覆膜滤料的生产方法，其特征在于:对PTFE薄膜和/或PTFE针刺毡基材表面进行喷淋或涂覆四氟乙烯乳液，再通过热压方式使PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材复合而成；
在对PTFE薄膜与PTFE针刺毡基材进行热压时，控制热辊温度300℃，压力为4.0kg/cm2；
所述四氟乙烯乳液含有引发剂；
所述引发剂为过硫酸盐或有机过氧化物；
所述PTFE薄膜通过将双层PTFE生料带同时脱脂，然后共同拉伸和热定型制得;脱脂时，控制温度为190～210℃，脱脂的同时进行纵向拉伸，纵向拉伸拉力2～4MPa，拉伸倍数3～4倍;横向拉伸时，控制温度160～180℃，拉伸速率70～90mm/s;热定型时，控制温度200～250℃。
2.根据权利要求1所述的PTFE覆膜滤料的生产方法，其特征在于:所述PTFE针刺毡基材是先将PTFE生料带经过拉线处理，用经拉线处理制得的线织成PTFE基布，用经拉线处理得到的断线通过预针刺和主针刺两个步骤刺到所述PTFE基布上制成。
3.根据权利要求1或2所述的PTFE覆膜滤料的生产方法，其特征在于，所述PTFE生料带是通过如下方法制得的:
①混合:在聚四氟乙烯微粉中混入低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉质量的10～30%;
②筛分:用10～30目筛对上述混料进行筛分;
③预成型:将经筛分的混料置于20～40℃的温度下20～28小时;
④挤出:使用挤压机将上述预成型的原料挤出，挤压参数如下，挤出速度5～
15mm/min，挤出直径15～25mm，口模长径比L/D为20～40，锥角30～50°，压缩比140～160;
⑤压延:使用压延机对挤出后的原料进行压延，压延时压辊温度控制为140～180℃;制得生料带。
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