CN102431176A - 制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法，包括按工艺要求依次设置的聚四氟乙烯原料的混合机、熟化箱、模压机、推压机、切割装置、三辊压延机和拉伸装置。将PTFE分散粉料经过模压推压制成PTFE空心管，再将PTFE空心管纵向切开并展开成薄片，然后喂入三辊压延机压延成PTFE薄膜，再通过拉伸制成PTFE定向膜。本发明的有益效果是，将现有的实芯圆柱形坯压延成膜，改为将PTFE空心管沿纵向切割铺展成片材再经三辊压延机压延成膜，合理地减少了压延的宽度扩展比，极大地优化了压延成膜的纵向分子取向的一致性，提高了定向膜的纵向分子取向程度和定向膜的拉伸强度。

Description

制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)树脂具有耐高温、耐酸碱、耐日晒、抗氧化、抗水解以及优良的电绝缘性能，是塑料树脂中性能最好的。然而由于其加工难度相当大，加工技术含量高，我国在应用PTFE这一高性能的特种工程塑料方面，也是塑料中最少的，远远落后于发达国家。高技术含量，高难度的加工以及我国有关方面对其重视不够，技术研究少，科研投入不足等制约了我国PTFE材料的生产和应用以及发展。

近年来，随着我国科学技术水平以及加工制造技术的提高，PTFE产品越来越多地被开发出来，在工业上的应用越来越广泛。PTFE定向膜在我国是近几年才能生产的产品，就PTFE薄膜本事而言，市场用途就极广，它还可以深加工衍生其它产品，如利用PTFE定向膜通过膜裂法可以生产高强度的PTFE长丝、PTFE缝纫线、PTFE布，还可生产PTFE短纤维等等，这些衍生产品市场用途更广，需求量更大，可以用市场潜力十分巨大来形容。

由于PTFE的热熔融温度很高(≥330℃)，而且熔融后的状态仍像凝胶没有流动性，所以根本无法像其它高分子树脂一样采用熔融挤出法来加成型，只能采用类似粉末冶金的加工方法——模压成型法。

PTFE定向膜的制造方法目前采用的是将PTFE分散树脂粉料经过预处理后进行模压成为圆柱形坯，再将型坯推压由模口挤出一定直径的圆棒料，随后再将圆棒料喂入压延机压出一定厚度和宽度的薄膜，然后将薄膜经过数次的加热拉伸，定型而制成PTFE定向膜。只在纵向(长度方向)加热拉伸生产出来的膜，分子结构呈纵向线性排列，具有纤维化特征、拉伸强度较高的定向膜，也称单向膜，既在纵向拉伸又在宽度方向拉伸可制成双向拉伸膜，也叫微孔膜。本发明只讨论分析PTFE的单向(定向)膜的制造工艺方法。

上述制造PTFE定向膜的工艺中，将推压出来的PTFE圆棒进入压延机压延成薄膜，其最大的缺点是在成膜的机理过程中，严重破坏了在推压过程中形成的PTFE链状分子结构，即在纵向成纤维化的定向排列的形态，从而降低了定向膜的强度，增加了后道工序的难度。

制造PTFE定向膜，必须用分散树脂。PTFE分散树脂具有成纤性，即在剪切力的作用下，PTFE细粉颗粒会产生纤维化。PTFE分散料经模压，推压成为圆棒料。在这个过程中，细粉颗粒都是沿纵向(长度方向)运动挤压、摩擦。产生剪切力，产生纤维化并呈纵向排列。特别是推压工艺过程，在高压缩比的作用下产生较大的剪切力，使分子结构取向一致，成纤维化率提高。经过推压出的制品内部分子结构成纤维化率都很高，并且都是沿长度方向取向排列，这对制造纵向定向膜是极为有利的。定向薄膜的拉伸强度主要受分子取向影响，分子取向度高，成纤性好，拉伸强度就高；分子取向度低，则拉伸强度就低。

然而，当推压出的圆棒喂入压延机压成薄膜后(如图1、图2所示)，内部分子结构成纤化的取向被改变，纵向排列被打乱，因为较小的圆棒直径Φ中，要比压出的成膜宽度b小得多，受压时物料向宽度方向挤压运动，在宽度方向受到剪切力，分子取向在宽度方向而不是在纵向(长度方向)。推压出的圆棒直径为Φ，进入上下两辊之间被压延成厚度为δ、宽度为b的薄膜，所以厚度压缩比为Φ/δ，宽度扩展比为b/Φ，长度延伸比为Φ²π/4δb；

以上三个比值分别表示了压前、压后的厚度、宽度、横截面积和长度的变化程度，厚度压缩比对分子的纵向排列取向影响较小，长度延伸比对分子纵向取向有利，宽度扩展比对纵向分子取向影响很大，具有颠覆性的破坏。

如图1所示，当直径为Φ的料棒进入两压辊之间被压成厚度为δ的过程中，物料向宽度方向扩展，受挤压产生剪切力。在剪切力的作用下产生就宽度方向的分子纤维化取向，并且将原来由推压形成的纵向分子取向也改变成与纵向垂直的宽度方向或者其它方向的分子取向。如图2所示，宽度扩展比越大，即压出的膜越宽，纵向的分子取向受到的破坏程度就越大，纵向取向就越少，对膜的纵向拉伸强度影响越大，并且直接影响后道加热拉伸的顺利进行和最终定向膜的拉伸程度。

一般用圆棒料压延成薄膜的宽度扩展比在10～15倍之间，如果过小，将影响成膜的宽度，达不到产品的尺寸规格要求，对产量、效率都不利，所以宽度扩展比无法下降，质量与产品效率相互矛盾是目前现有工艺的一个突出技术问题和缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决质量与产品效率相互矛盾的技术问题，本发明提供一种制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，包括按工艺要求依次设置的聚四氟乙烯原料混合机、熟化箱、模压机、推压机、切割装置、三辊压延机和拉伸装置。

具体地，为了保证成膜的密度均匀，所述的三辊压延机包括上压延辊、中压延辊和下压延辊，直径均为600～1200mm。

为了后道工序的顺利进行，所述的模压机为能形成管形坯的模压机。

一种使用所述的成套设备制造制造聚四氟乙烯定向膜的方法，具有如下步骤：

步骤一：将聚四氟乙烯分散树脂和助推剂经混合机搅拌均匀混合后，放入熟化箱进行熟化处理；

步骤二：模压，经过预处理后经模压机形成管形坯；

步骤三：推压，再经推压机将步骤二中的形坯推压形成空心管；

步骤四：切割，步骤三中的空心管经切割装置沿管壁纵向进行切割，并铺开展平形成薄片；

步骤五：压延，将薄片喂入三辊压延机压延后形成聚四氟乙烯薄膜，上压延辊和中压延辊的转速为2～6转/分，下压延辊的转速比中压延辊转速的快10％出膜速度为7～8m/min；

步骤六：热拉伸，经拉伸装置将聚四氟乙烯薄膜加热拉伸形成聚四氟乙烯定向膜；

步骤七：卷绕、成型。

所述的步骤四中的薄片厚度为0.05～0.30mm。

所述的步骤五中压延温度为50～60℃，压延机最大横压力为700N/cm。

本发明的有益效果是，本发明制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备及其方法将现有的实芯圆柱形坯压延成膜，改为将PTFE空心管沿纵向切割铺展成片材再经三辊压延机压延成膜，合理地减少了压延的宽度扩展比，极大地优化了压延成膜的纵向分子取向的一致性，提高了定向膜的纵向分子取向程度和定向膜的拉伸强度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术中压延的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备结构示意框图。

图4是本发明空心管切割示意图。

图5是本发明三辊压延机的工作结构示意图。

图中：1、混合机，2、熟化箱，3、模压机，4、推压机，5、切割装置，6、三辊压延机，7、拉伸装置。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图3-5所示，是本发明的实施例1，制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，包括按工艺要求依次设置的聚四氟乙烯原料的混合机1、熟化箱2、模压机3、推压机4、切割装置5、三辊压延机6和拉伸装置7，三辊压延机6包括上压延辊、中压延辊和下压延辊，直径为600mm，模压机3为能形成管形坯的模压机3。

制造聚四氟乙烯定向膜的方法具有如下步骤：

步骤一：将聚四氟乙烯分散树脂和助推剂经混合机1搅拌均匀混合后，放入熟化箱2进行熟化处理，助推剂可以为煤油、溶剂油、石油醚或石蜡油中的一种或一种以上的混合；

步骤二：模压，经过预处理后经模压机3形成管形坯；

步骤三：推压，再经推压机4将步骤二中的管形坯推压形成空心管；

步骤四：切割，步骤三中的空心管经切割装置5沿管壁纵向进行切割，并铺开展平形成薄片，薄片厚度为0.20mm；

步骤五：压延，将薄片喂入三辊压延机6压延后形成聚四氟乙烯薄膜，上压延辊和中压延辊的转速为3.6转/分，下压延辊的转速为4.0转/分，出膜速度为7m/min，压延温度为55℃，压延机横压力(即压延辊之间为线接触的横压力)为650N/cm；

步骤六：热拉伸，经拉伸装置7将聚四氟乙烯薄膜加热拉伸形成聚四氟乙烯定向膜；

步骤七：卷绕、成型。

本实施例中空心管的内径为d₀，外径为D₀，压延后的聚四氟乙烯薄膜厚度为a₁，宽度为b₁，则空心管的壁厚δ₀为(D-d₀)/2，纵向切开后铺展开的薄片宽度b₀为(D₀-δ₀)π。

压延后的厚度压缩比为δ₀/a₁，比值为3～10，本实施例中优选4～δ；宽度扩展比为b₁/b₀，比值为1～3，本实施例中优选比值为1；长度延伸比为压前的面积与压后的面积之比，即D₀δ₀/b₁a₁。长度延伸比是随压延机的压辊直径、压辊速度、压力、压前料的厚度δ₀压后料的厚度a₁与宽度b₁，会因压辊的光滑度，压料的密度、含油含水等因素的变化而不同，应在实际生产过程中通过试验得到数据，再进行优选。

压延工艺中，厚度压缩比为δ₀/a₁，宽度扩展比为b₁/b₀，长度延伸比为D₀δ₀/b₁a₁，三个参数是互相影响的，其中只有一个参数是可以人为预先确定的，即压后出膜的厚度a₁，其它的参数都必须通过多次试验才能够确定。

实施例2：

如图3-5所示，是本发明的实施例2，制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，包括按工艺要求依次设置的聚四氟乙烯原料的混合机1、熟化箱2、模压机3、推压机4、切割装置5、三辊压延机6和拉伸装置7，三辊压延机6包括上压延辊、中压延辊和下压延辊，直径为800mm，模压机3为能形成管形坯的模压机3。

制造聚四氟乙烯定向膜的方法具有如下步骤：

步骤一：将聚四氟乙烯分散树脂和助推剂经混合机1搅拌均匀混合后，放入熟化箱2进行熟化处理，助推剂可以为煤油、溶剂油、石油醚或石蜡油中的一种或一种以上的混合；

步骤二：模压，经过预处理后经模压机3形成管形坯；

步骤三：推压，再经推压机4将步骤二中的管形坯推压形成空心管；

步骤四：切割，步骤三中的空心管经切割装置5沿管壁纵向进行切割，并铺开展平形成薄片，薄片厚度为0.30mm；

步骤五：压延，将薄片喂入三辊压延机6压延后形成聚四氟乙烯薄膜，上压延辊和中压延辊的转速为4转/分，下压延辊的转速为4.4转/分，出膜速度为8m/min，压延温度为60℃，压延机横压力(即压延辊之间为线接触的横压力)为700N/cm；

步骤六：热拉伸，经拉伸装置7将聚四氟乙烯薄膜加热拉伸形成聚四氟乙烯定向膜；

步骤七：卷绕、成型。

本实施例中空心管的内径为d₀，外径为D₀，压延后的聚四氟乙烯薄膜厚度为a₁，宽度为b₁，则空心管的壁厚δ₀为(D-d₀)/2，纵向切开后铺展开的薄片宽度b₀为(D₀-δ₀)π。

压延后的厚度压缩比为δ₀/a₁，比值为3～10，本实施例中优选5～7；宽度扩展比为b₁/b₀，比值为1～3，本实施例中优选比值为2；长度延伸比为压前的面积与压后的面积之比，即D₀δ₀/b₁a₁。长度延伸比是随压延机的压辊直径、压辊速度、压力、压前料的厚度δ₀压后料的厚度a₁与宽度b₁，会因压辊的光滑度，压料的密度、含油含水等因素的变化而不同，应在实际生产过程中通过试验得到数据，再进行优选。

压延工艺中，厚度压缩比为δ₀/a₁，宽度扩展比为b₁/b₀，长度延伸比为D₀δ₀/b₁a₁，三个参数是互相影响的，其中只有一个参数是可以人为预先确定的，即压后出膜的厚度a₁，其它的参数都必须通过多次试验才能够确定。

本发明将PTFE分散粉料经过横压推压制成PTFE空心管，再将PTFE空心管纵向切开并展开成薄片，然后喂入三辊压延机压延成PTFE薄膜，再通过拉伸制成PTFE定向膜。合理地减少了压延的宽度扩展比，由原来的10～15减少为1～3，极大地优化了压延成膜的纵向分子取向的一致性，提高了定向膜的拉伸强度20％左右以及分子取向程度。采用三辊压延机加工PTFE薄膜，使得膜纵横厚度的一致性和成膜密度的均匀性都得到了较大提高，为后道工序的产品质量起到了良好的保障作用。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，其特征在于：包括按工艺要求依次设置的聚四氟乙烯原料的混合机(1)、熟化箱(2)、模压机(3)、推压机(4)、切割装置(5)、三辊压延机(6)和拉伸装置(7)。

2.如权利要求1所述的制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，其特征在于：所述的三辊压延机(6)包括上压延辊、中压延辊和下压延辊，直径均为600～1200mm。

3.如权利要求1所述的制造聚四氟乙烯定向膜的成套设备，其特征在于：所述的模压机(3)为能形成管形坯的模压机(3)。

4.一种使用如权利要求1至3任一项所述的成套设备制造聚四氟乙烯定向膜的方法，其特征在于：具有如下步骤：

步骤一：将聚四氟乙烯分散树脂和助推剂经混合机(1)搅拌均匀混合后，放入熟化箱(2)进行熟化处理；

步骤二：模压，经过预处理后经模压机(3)形成管形坯；

步骤三：推压，再经推压机(4)将步骤二中的形坯推压形成空心管；

步骤四：切割，步骤三中的空心管经切割装置(5)沿管壁纵向进行切割，并铺开展平形成薄片；

步骤五：压延，将薄片喂入三辊压延机(6)压延后形成聚四氟乙烯薄膜，上压延辊和中压延辊的转速为2～6转/分，下压延辊的转速比中压延辊转速的快10％，出膜速度为7～8m/min；

步骤六：热拉伸，经拉伸装置(7)将聚四氟乙烯薄膜加热拉伸形成聚四氟乙烯定向膜；

步骤七：卷绕、成型。

5.如权利要求4所述的制造聚四氟乙烯定向膜的方法，其特征在于：所述的步骤四中的薄片厚度为0.05～0.30mm。

6.如权利要求4所述的制造聚四氟乙烯定向膜的方法，其特征在于：所述的步骤五中压延温度为50～60℃，压延机最大横压力为700N/cm。

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