CN103276466A - 一种聚四氟乙烯纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，具体按照以下步骤实施：首先配制纤维素氨基甲酸酯溶液，然后，将配制好的纤维素氨基甲酸酯溶液与聚四氟乙烯浓缩分散乳液混合配制纺丝液；再将制备好的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，从而制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；最后采用烧结设备和多辊拉伸设备对制备得到的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结和拉伸，制得聚四氟乙烯纤维。采用本发明的制备方法，制备出的聚四氟乙烯纤维强度高、细度均匀度好，且无纤维并丝疵点。

Description

一种聚四氟乙烯纤维的制备方法

技术领域

本发明属于纺织材料技术领域，涉及一种化学纤维的制备方法，尤其涉及一种聚四氟乙烯纤维的制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯纤维是由聚四氟乙烯为原料，经纺丝或制成薄膜后切割或原纤化而制得的一种合成纤维，属于高技术纤维。由于该纤维具有阻燃、抗熔滴、良好的耐酸碱性、耐氧化裂解、表面张力小等性能特征，而被广泛应用于高温粉尘滤袋、耐强腐蚀性的过滤气体或液体的滤材、泵和阀的填料、密封带、自润滑轴承、制碱用全氟离子交换膜的增强材料以及火箭发射台的苫布等。

由于聚四氟乙烯材料无法通过升温达到熔融状态，也不溶解于常规的化学溶剂，因此其无法直接采用熔融挤出纺丝或溶解纺丝的方式生产纤维。目前已发明的生产方法有四种：①膜裂纺丝法：将聚四氟乙烯粉末塑化制得圆柱体，经切割或切削后，进行热拉伸等处理，制得纤维。该方法制得纤维，细度均匀性较差，强度较低。②熔体纺丝法：以四氟乙烯与4%～5%全氟乙烯、全氟丙基醚的共聚物熔融后进行纺丝，制得强度较高的纤维，该纤维制造方法成本较高。③糊料挤出纺丝法：将聚四氟乙烯粉末与易挥发物调成糊料，经螺杆挤出后通过窄缝式喷丝孔纺成条带状纤维，然后用针辊作原纤化处理，制得纤维。该方法所获得纤维强度较高，但细度较粗并细度均匀性差。④乳液纺丝法：采用平均分子量300万左右、粒径0.05～0.5μm的聚四氟乙烯乳液与部分成纤性高聚物载体混合后，制成纺丝液，纺丝后将载体在高温下碳化除掉，聚合物被烧结而连续形成纤维。这种方法可制得纤度较小的纤维，但在烧结过程中易产生结构上的缺陷，并混入载体的碳化物，因而强度较低，呈褐色。

上述各种方法存在各自特征和优缺点，目前工业上主要采用乳液纺丝法制备聚四氟乙烯纤维。在所发明的乳液纺丝法制备聚四氟乙烯纤维各种方法中，主要采用粘胶和聚乙烯醇等成纤性高聚物溶液作为载体与聚四氟乙烯乳液共混，制成纺丝液进行纺丝，形成共混纤维，经烧结制备聚四氟乙烯纤维。

聚乙烯醇溶液作为载体与聚四氟乙烯乳液共混，制成纺丝液进行纺丝的方法，是以采用水溶液为溶解基础，具有纺丝工艺简单、成本低、无环境污染等优势，但所制备的聚四氟乙烯/聚乙烯醇初生纤维脆性较大，需要专用的烧结设备和工艺。且烧结时间较长，烧结后的丝存在粘并现象，不利于后道工序的加工。粘胶纤维素溶液作为载体与聚四氟乙烯乳液共混，制成纺丝液进行纺丝的方法，从目前已有的专利来看，粘胶纤维溶液的制备是采用将纤维素浆粕进行磺化处理，在采用碱溶解的方式获得，因此该方法对环境存在污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，制备出的聚四氟乙烯纤维强度高、细度均匀度好，且无纤维并丝疵点。

本发明所采用的技术方案是，一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，配制纤维素氨基甲酸酯溶液；

步骤2，将步骤1配制的纤维素氨基甲酸酯溶液与聚四氟乙烯浓缩分散乳液混合配制纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，制备聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备对步骤3制备的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结和拉伸，制得聚四氟乙烯纤维。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按以下步骤实施：将纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为7%～11%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣5℃～﹣10℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为5%～20%的混合溶液。

其中，纤维素氨基甲酸酯的聚合度为250～350、含氮量为2.0%～3.5%。

步骤2具体按以下步骤实施：按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为5～15:1称取聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液。

其中，聚四氟乙烯浓缩分散乳液的质量浓度为50%～70%。

步骤3具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.095Mpa～0.1Mpa，静置时间为8～10h，过滤器的过滤精度为20μm～30μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维。

其中，纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸8%～12%，硫酸钠20%～25%，硫酸锌5%～7%，其余为去离子水。

其中，凝固浴的温度为30℃～50℃，丝条在凝固浴中的时间为1min～3min。

步骤4具体按以下步骤实施：

采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结，烧结温度为380℃～400℃，烧结时间5min～10min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的300%～500%，即得到聚四氟乙烯纤维。

本发明的有益效果是，采用NaOH溶液直接溶解纤维素氨基甲酸酯制备纤维素氨基甲酸酯溶液，避免使用磺化处理，与以往制备方法相比，没有环境污染；并与聚四氟乙烯浓缩分散乳液共混纺丝，可直接采用常规溶液纺丝设备和烧结设备，生产方式简单，生产成本相对较低。

附图说明

图1是本发明方法制备的聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将聚合度为250～350、含氮量为2.0%～3.5%的纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为7%～11%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣5℃～﹣10℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为5%～20%的混合溶液；

步骤2，按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为5～15:1称取质量浓度为50%～70%聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.095Mpa～0.1Mpa，静置时间为8h～10h，过滤器的过滤精度为20μm～30μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸8%～12%，硫酸钠20%～25%，硫酸锌5%～7%，其余为去离子水，凝固浴的温度为30℃～50℃，丝条在凝固浴中的时间为1min～3min；制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的共混纤维进行烧结，烧结温度为380℃～400℃，烧结时间5min～10min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的300%～500%，即得到聚四氟乙烯纤维。

实施例1

步骤1，将聚合度为250、含氮量为2.0%的纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为7%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣5℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为5%的混合溶液；

步骤2，按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为5:1称取质量浓度为50%聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.095Mpa，静置时间为8h，过滤器的过滤精度为20μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸8%，硫酸钠20%，硫酸锌5%，其余为去离子水，凝固浴的温度为30℃，丝条在凝固浴中的时间为1min；制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的共混纤维进行烧结，烧结温度为380℃，烧结时间5min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的300%，即得到聚四氟乙烯纤维。

经测定，上述实施例中制备的聚四氟乙烯纤维，拉伸强度为2.35cN/dtex。

实施例2

步骤1，将聚合度为350、含氮量为3.5%的纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为11%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣10℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为20%的混合溶液；

步骤2，按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为15:1称取质量浓度为70%聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.1Mpa，静置时间为10h，过滤器的过滤精度为30μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸12%，硫酸钠25%，硫酸锌7%的溶液，其余为去离子水，凝固浴的温度为50℃，丝条在凝固浴中的时间为3min；制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的共混纤维进行烧结，烧结温度为400℃，烧结时间10min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的500%，即得到聚四氟乙烯纤维。

经测定，上述实施例中制备的聚四氟乙烯纤维，拉伸强度为2.3cN/dtex。

实施例3

步骤1，将聚合度为300、含氮量为2.5%的纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为9%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣7℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为15%的混合溶液；

步骤2，按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为10:1称取质量浓度为60%聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.097Mpa，静置时间为9h，过滤器的过滤精度为25μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸10%，硫酸钠22%，硫酸锌6%的溶液，其余为去离子水，凝固浴的温度为40℃，丝条在凝固浴中的时间为2min；制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的共混纤维进行烧结，烧结温度为390℃，烧结时间7min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的400%，即得到聚四氟乙烯纤维。

经测定，上述实施例中制备的聚四氟乙烯纤维，拉伸强度为2.0cN/dtex。

本发明一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，其中使用的纤维素氨基甲酸酯是通过纤维素与尿素在一定温度条件下进行反应所得，纤维素氨基甲酸酯的优点是不需经过磺化处理即可溶解于NaOH溶液中，从而避免了因磺化处理而带来环境污染问题，利用纤维素氨基甲酸酯制备纤维素纤维已为成熟工艺方法。本发明的制备方法中利用NaOH溶液与水溶液的互溶特性，将纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液与聚四氟乙烯浓缩分散乳液（水溶液）按一定比例混合，使聚四氟乙烯大分子混炼在纤维素氨基甲酸酯中，利用纤维素氨基甲酸酯的纤维制备工艺制备具有一定强度的初生纤维，再经过烧结、拉伸等后处理工艺，将纤维素碳化并升华去除，实现获得聚四氟乙烯纤维。由于其避免了纤维生产过程中的磺化处理，与普通的纤维素生产工艺相比对环境无污染。同时由于采用纤维素作为辅助增强材料，与聚乙烯醇相比，易于碳化和去除。

本发明一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，制备出的聚四氟乙烯纤维的扫描电镜照片如图1所示，可以看出，聚四氟乙烯纤维表面光洁，细度均匀度很好，无纤维并丝疵点。

Claims (9)

1.一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，配制纤维素氨基甲酸酯溶液；

步骤2，将步骤1配制的纤维素氨基甲酸酯溶液与聚四氟乙烯浓缩分散乳液混合配制纺丝液；

步骤3，将步骤2中制备的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，制备聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；

步骤4，采用烧结设备和多辊拉伸设备对步骤3制备的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结和拉伸，制得聚四氟乙烯纤维。

2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤1具体按以下步骤实施：

将纤维素氨基甲酸酯加入质量浓度为7%～11%的NaOH的溶液中，经搅拌充分润湿后，置于﹣5℃～﹣10℃的环境中直至全部溶解，制得纤维素氨基甲酸酯溶液的质量百分比浓度为5%～20%的混合溶液。

3.根据权利要求2所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的纤维素氨基甲酸酯的聚合度为250～350、含氮量为2.0%～3.5%。

4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤2具体按以下步骤实施：按照聚四氟乙烯与纤维素氨基甲酸酯的质量比为5～15:1称取聚四氟乙烯浓缩分散乳液，然后加入步骤1中制备的纤维素氨基甲酸酯与NaOH的混合溶液中，进行充分混合，制得纺丝液。

5.根据权利要求4所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的聚四氟乙烯浓缩分散乳液的质量浓度为50%～70%。

6.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤3具体按以下步骤实施：

步骤3.1，对纺丝液进行过滤、真空静置脱泡处理，其中，真空度为0.095Mpa～0.1Mpa，静置时间为8～10h，过滤器的过滤精度为20μm～30μm；

步骤3.2，利用氮气加压或螺杆挤出装置，将纺丝液输送至喷丝头；

步骤3.3，经计量泵计量，由喷丝头挤出至纺丝凝固浴中固化，制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维。

7.根据权利要求6所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的纺丝凝固浴按以下比例配制而成，浓度为98%的硫酸8%～12%，硫酸钠20%～25%，硫酸锌5%～7%，其余为去离子水。

8.根据权利要求6所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的凝固浴的温度为30℃～50℃，丝条在凝固浴中的时间为1min～3min。

9.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤4具体按以下步骤实施：

采用烧结设备和多辊拉伸设备，将步骤3制备的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结，烧结温度为380℃～400℃，烧结时间5min～10min，除去纤维中纤维素氨基甲酸酯，然后进入拉伸工序进行拉伸作用，拉伸倍数为原长的300%～500%，即得到聚四氟乙烯纤维。