CN104073896A - 用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征：先采用现有工艺技术所制得的圆形PTFE初生长丝，将2～4根聚四氟乙烯初生长丝并合成一股丝束，再将并合后的丝束经烧结和烧结牵伸，形成一根整体的聚四氟乙烯烧结牵伸长丝，经骤冷、成卷，制成一根多叶不规则圆形的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝。与现有技术相比，本发明长丝条干不匀率降低38.9%～46.7%，断裂强力提高19.4%～36.4%，连续无接头长度增长2～4倍，减少基布织造疵点，加强与滤料中纤维的缠结复合，提高滤料整体强力、除尘效率和使用寿命。本方法可利用现有设备，生产成本低，广泛用于垃圾焚烧等高温烟气除尘滤料的增强基布。

Description

用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法

技术领域

本发明涉及到一种聚四氟乙烯长丝的制备方法，特别涉及到一种用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法。所制得的聚四氟乙烯长丝条干均匀、断裂强力高、具有多叶不规则圆形截面形状，可提高滤料的整体强力、除尘效率和使用寿命，广泛用于钢铁、水泥、垃圾焚烧和生物质材料发电等行业的高温烟气除尘滤料中的增强基布的加工。

背景技术

袋式除尘器是高温烟气净化的可靠设备之一，因具有除尘效率高、捕集粒径范围大、能适应高温、高湿、高浓度、微细粉尘等恶劣工况条件等优点而被广泛应用于各个工业领域。滤料又是袋式除尘器的核心部件，其性能优劣与寿命长短决定了除尘器的整体使用效果。目前，常用的耐高温过滤材料是通过针刺或水刺工艺加固而成的复合材料，其中，增强基布作为这一复合材料的支柱或骨架，提供其过滤材料70%～80%的强力，并加强了其过滤材料的结构及尺寸的稳定性。故增强基布是提高过滤材料使用寿命的关键所在。

目前国内外用于高温滤料增强基布的纤维主要有芳纶纤维、聚苯硫醚（PPS）纤维、聚亚酰胺（P84）、玻璃纤维和聚四氟乙烯（PTFE）纤维。其中，PTFE是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，它在高温（200℃～300℃）范围内可长期使用，具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力，有突出的耐热、耐寒及耐磨性，具有不粘着、不吸水、不燃烧等特点，用于高温过滤材料时，与芳纶、PPS、P84、玻璃纤维等其他高性能纤维相比具有明显优势。然而，PTFE熔融后流动性较差，制备纤维时需采用膜裂纺丝法（得到PTFE扁丝）、糊状挤出纺丝法（得到PTFE圆丝）等制备方法。研究表明，采用水刺工艺加工滤料时，其高压水针会对增强基布产生一定的损伤，在相同的水刺工艺下，PTFE扁丝增强基布的强度损伤要大于PTFE圆丝增强基布，故水刺滤料增强基布更宜采用糊状挤出纺丝法所制备的、截面为圆形的聚四氟乙烯长丝。

申请号为200610056793.4的中国专利公布了一种高强度聚四氟乙烯纤维及其制造工艺，其加工工艺为：①将聚四氟乙烯高压分散料与润滑油进行混合（即混料工序）；②将混合料预压成模制品（即压坯工序）；③将模制品挤压成单丝（即挤丝工序）；④单丝经除油（即脱油工序）、烧结（即烧结工序）、牵伸（即牵伸工序），完成成品。该方法已成为现有典型的聚四氟乙烯糊状挤出纺丝法，虽简单易行，但所制得的聚四氟乙烯单丝存在条干均匀性较差与强力仍然偏低的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术所制成的、用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝存在的条干不匀率高与断裂强力低等缺陷，本发明的目的是提供一种用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法。本方法是先采用按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的、细度为450～550旦、其连续无接头长度为4091～5000米、其截面为圆形的聚四氟乙烯长丝为初生长丝；为克服现有技术所存在的长丝条干不匀率高的缺陷，将2～4根前述的初生长丝进行并合处理，形成一股丝束；为改善长丝纤维中大分子链的取向以提高其断裂强力，以及降低其长丝的细度，与增加其长丝连续无接头长度，再将并合后的丝束进行烧结和烧结牵伸处理，形成一根整体的聚四氟乙烯烧结牵伸长丝；为释放纤维中内应力，提高其织成基布后的尺寸稳定性，再将上述烧结牵伸长丝进行骤冷处理；最终经成卷，制成细度为450～550旦、连续无接头长度为8182～20000米、截面为多叶不规则圆形、表面光滑的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝。与现有技术相比，采用本方法所制得的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的条干不匀率降低38.9%～46.7%，其断裂强力提高19.4%～36.4%，其连续无接头长度增长2～4倍，可减少用于水刺滤料增强基布的织造疵点；现有技术所制得的长丝为圆形截面，经本方法加工后的长丝为多叶不规则圆形截面，相较而言，则增加其长丝的比表面积，加强与位于滤料增强基布上、下的纤维层的缠结复合效果，最终提高所制得的滤料的整体强力、除尘效率和使用寿命。本方法可利用现有设备，生产成本低，制得的长丝广泛应用于钢铁、水泥、垃圾焚烧和生物质材料发电等行业的水刺滤料中的增强基布的加工。

一种用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，先采用现有工艺技术所制得的圆形聚四氟乙烯长丝初生长丝，将2～4根聚四氟乙烯长丝初生长丝并合成一股丝束，再将并合后的丝束经烧结和烧结牵伸，形成一根整体的聚四氟乙烯长丝烧结牵伸长丝，经骤冷、成卷，制成一根多叶不规则圆形的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝，具体工艺步骤如下：

（1）并合

将2～4根按现有的糊状挤出纺丝法的混料、压坯、挤丝、脱油、烧结、牵伸常规工艺技术所制成的、其细度为450～550旦、其连续无接头长度为4091～5000米、其截面形状为圆形的聚四氟乙烯初生长丝，退卷并合，形成一股由2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝所构成的、其连续无接头长度为4091～5000米的聚四氟乙烯丝束，经检测，聚四氟乙烯初生长丝的断裂强力为15.5～16.5牛顿，其长丝条干不匀率为15%～18%，该步骤采用初生长丝并合的工艺技术，消除了纤维弱节，克服了现有技术所存在的长丝条干不匀率高的缺陷；

（2）烧结

将步骤（1）已形成的聚四氟乙烯丝束，喂入现有的烧结装置中，经烧结温度，使其中构成丝束的2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝之间相互粘连，形成细度为900～2200旦、其连续无接头长度为4091～5000米的聚四氟乙烯并合丝束；

（3）烧结牵伸

将步骤（2）已形成的聚四氟乙烯并合丝束，喂入现有的烧结牵伸装置中，经烧结温度，使其中构成并合丝束的2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝之间完全烧结成一体，同时又经过热牵伸，使并合丝束的细度降低，形成一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米、其截面形状为多叶不规则圆形、其纤维表面光滑、整体的聚四氟乙烯烧结牵伸丝，该步骤改善了长丝纤维中大分子链的取向，提高了其长丝断裂强力，克服了现有技术所制得的长丝的断裂强力低的缺陷，同时降低了长丝的细度，增加了长丝连续无接头长度；

（4）骤冷

将步骤（3）已形成的一根聚四氟乙烯烧结牵伸丝，喂入骤冷装置进行骤冷处理，用以提高聚四氟乙烯烧结牵伸丝的尺寸稳定性，制得一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米的聚四氟乙烯长丝，本步骤释放了纤维中内应力，提高了其长丝织成基布后的尺寸稳定性。

（5）成卷

将步骤（4）所得的聚四氟乙烯长丝，经卷绕成筒，制成一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米、其截面形状为多叶不规则圆形、其纤维表面光滑、整体的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝，经检测，其断裂强力为18.5～22.5牛顿，其单丝条干不匀率为8%～11%。

所述的烧结工序，其工艺参数具体为：烧结温度为320℃～335℃，喂入速度和输出速度均为10～15米/分钟，烧结时间为12～18秒。

所述的烧结牵伸工序，其工艺参数具体为：烧结牵伸温度为340℃～350℃，喂入速度为10～15米/分钟，输出速度为30～40米/分钟，通过烧结牵伸装置的时间为3.7～4.5秒。

所述的聚四氟乙烯烧结牵伸丝，其截面形状为多叶不规则圆形，具体为双叶近似圆形、三叶近似圆形和四叶近似圆形。

所述的骤冷装置为使聚四氟乙烯烧结牵伸丝通过时冷却的圆管；所述的骤冷工序，其工艺参数具体为：骤冷温度为0℃～5℃，喂入速度和输出速度一致，其范围为30～40米/分钟，骤冷时间为1.9～2.6秒。

所述的成卷工序，其工艺参数具体为：卷绕速度为30～40米/分钟。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

1、为了降低用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的条干不匀率，本发明将2～4根按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的聚四氟乙烯初生长丝，进行并合处理，再将其经烧结和烧结牵伸、骤冷后，制成一根整体的聚四氟乙烯长丝，降低了长丝条干不匀率。经检测，现有的糊状挤出纺丝法所制得的聚四氟乙烯长丝的条干不匀率为15%～18%，而本发明所制得的聚四氟乙烯长丝的条干不匀率仅为8%～11%，下降了38.9%～46.7%。

2、为了提高用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的断裂强力，本发明将2～4根按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的聚四氟乙烯初生长丝，进行并合，降低了其长丝条干不匀率，减少了长丝弱节，从而提高了长丝的断裂强力；通过烧结和烧结牵伸、骤冷，进一步改善了长丝中聚四氟乙烯大分子链的取向度，提高了长丝断裂强力。经检测，现有的糊状挤出纺丝法所制得的聚四氟乙烯长丝的断裂强力为15.5～16.5牛顿，而本发明所制得的聚四氟乙烯长丝的断裂强力达到18.5～22.5牛顿，提高了19.4%～36.4%。

3、本发明与现有技术相比，所制得的聚四氟乙烯长丝的连续无接头长度增长了2～4倍，可减少用于水刺滤料增强基布的织造疵点。

4、本发明所制成的聚四氟乙烯长丝的表面光滑，毛羽减少，有利于增强基布织造加工成型；同时，现有技术所制得的长丝为圆形截面，经本方法加工后的长丝为多叶不规则圆形截面，相较而言，则增加其长丝的比表面积，加强与位于滤料增强基布上、下的纤维层的缠结复合效果，最终提高所制得的滤料的整体强力、除尘效率和使用寿命。

5、本方法可直接使用现有的生产设备，生产成本低，本方法所制成的聚四氟乙烯长丝广泛用于钢铁、水泥、垃圾焚烧和生物质材料发电等行业的高温烟气除尘滤料中的增强基布的加工。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明所使用的原材料均为市场有售，聚四氟乙烯分散树脂主要来自山东东岳高分子材料有限公司，牌号为DF204；上海三爱富股份有限公司，牌号为203A；美国杜邦公司，牌号为65A；中昊晨光化工研究院有限公司，牌号为CG216；大金氟化工（中国）有限公司，牌号为F104。

本发明所制得的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的性能测试方法具体如下：

1、条干不匀率按GB/T3292.1-2008“纺织品，纱线条干不匀试验方法，第1部分：电容法”，仪器采用YG135G条干均匀度分析仪；

2、断裂强力按GB/T3916-1997“纺织品，卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定”，仪器采用XL-1纱线强伸度仪。

下面给出本发明几个具体的实施例：

实施例1：

采用按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的聚四氟乙烯初生长丝，再将2根聚四氟乙烯初生长丝经并合、烧结和烧结牵伸、骤冷、成卷等工序后，制成一根用于水刺滤料增强基布的、细度为550旦的聚四氟乙烯长丝。具体工艺参数为：（1）并合：圆形聚四氟乙烯初生长丝的细度为550旦，其连续无接头长度为4091米，其断裂强力为16.5牛顿，其条干不匀率为15%；（2）烧结：烧结温度为320℃，喂入速度和输出速度均为15米/分钟，烧结时间为12秒；（3）烧结牵伸：烧结牵伸温度为340℃，喂入速度为15米/分钟，输出速度为30米/分钟，通过烧结牵伸装置的时间为4.5秒；（4）骤冷：骤冷温度为5℃，喂入速度和输出速度一致，其范围为30米/分钟，骤冷时间为4.5秒；（5）成卷：卷绕速度为30米/分钟。经上述工序制得细度为550旦、长丝截面形状为双叶近似圆形、其连续无接头长度为8182米的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝，经检测，其断裂强力为22.5牛顿，其长丝条干不匀率为11%。

实施例2：

采用按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的聚四氟乙烯初生长丝，再将3根聚四氟乙烯初生长丝经并合、烧结和烧结牵伸、骤冷、成卷等工序后，制成一根用于水刺滤料增强基布的、细度为500旦的聚四氟乙烯长丝。具体工艺参数为：（1）并合：圆形聚四氟乙烯初生长丝的细度为500旦，其连续无接头长度为4500米，其断裂强力为16牛顿，其条干不匀率为16.5%；（2）烧结：烧结温度为327℃，喂入速度和输出速度均为13米/分钟，烧结时间为14秒；（3）烧结牵伸：烧结牵伸温度为345℃，喂入速度为13米/分钟，输出速度为39米/分钟，通过烧结牵伸装置的时间为4秒；（4）骤冷：骤冷温度为3℃，喂入速度和输出速度一致，其范围为39米/分钟，骤冷时间为2秒；（5）成卷：卷绕速度为39米/分钟。经上述工序制得细度为500旦、长丝截面形状为三叶近似圆形、其连续无接头长度为13500米的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝，经检测，其断裂强力为20.5牛顿，其长丝条干不匀率为10.5%。

实施例3：

采用按现有的糊状挤出纺丝法的工艺技术所制得的聚四氟乙烯初生长丝，再将4根聚四氟乙烯初生长丝经并合、烧结和烧结牵伸、骤冷、成卷等工序后，制成一根用于水刺滤料增强基布的、细度为450旦的聚四氟乙烯长丝。具体工艺参数为：（1）并合：圆形聚四氟乙烯初生长丝的细度为450旦，其连续无接头长度为5000米，其断裂强力为15.5牛顿，其条干不匀率为18%；（2）烧结：烧结温度为335℃，喂入速度和输出速度均为10米/分钟，烧结时间为18秒；（3）烧结牵伸：烧结牵伸温度为350℃，喂入速度为10米/分钟，输出速度为40米/分钟，通过烧结牵伸装置的时间为3.7秒；（5）骤冷：骤冷温度为0℃，喂入速度和输出速度一致，其范围为40米/分钟，骤冷时间为1.9秒；（6）成卷：卷绕速度为40米/分钟。经上述工序制得细度为450旦、长丝截面形状为四叶近似圆形、其连续无接头长度为20000米的用于水刺增强滤料基布的聚四氟乙烯长丝，经检测，其断裂强力为18.5牛顿，其长丝条干不匀率为8%。

Claims (6)

1.一种用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：先采用现有工艺技术所制得的圆形聚四氟乙烯长丝初生长丝，将2～4根聚四氟乙烯长丝初生长丝并合成一股丝束，再将并合后的丝束经烧结和烧结牵伸，形成一根整体的聚四氟乙烯长丝烧结牵伸长丝，经骤冷、成卷，制成一根多叶不规则圆形的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝；具体工艺步骤如下：

（1）并合

将2～4根按现有的糊状挤出纺丝法的混料、压坯、挤丝、脱油、烧结、牵伸常规工艺技术所制成的、其细度为450～550旦、其连续无接头长度为4091～5000米、其截面形状为圆形的聚四氟乙烯初生长丝，退卷并合，形成一股由2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝所构成的、其连续无接头长度为4091～5000米的聚四氟乙烯丝束，经检测，聚四氟乙烯初生长丝的断裂强力为15.5～16.5牛顿，其长丝条干不匀率为15%～18%；

（2）烧结

将步骤（1）已形成的聚四氟乙烯丝束，喂入现有的烧结装置中，经烧结温度，使其中构成丝束的2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝之间相互粘连，形成细度为900～2200旦、其连续无接头长度为4091～5000米的聚四氟乙烯并合丝束；

（3）烧结牵伸

将步骤（2）已形成的聚四氟乙烯并合丝束，喂入现有的烧结牵伸装置中，经烧结温度，使其中构成并合丝束的2～4根细度为450～550旦的聚四氟乙烯初生长丝之间完全烧结成一体，同时又经过热牵伸，使并合丝束的细度降低，形成一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米、其截面形状为多叶不规则圆形、其纤维表面光滑、整体的聚四氟乙烯烧结牵伸丝；

（4）骤冷

将步骤（3）已形成的一根聚四氟乙烯烧结牵伸丝，喂入骤冷装置进行骤冷处理，用以提高聚四氟乙烯烧结牵伸丝的尺寸稳定性，制得一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米的聚四氟乙烯长丝；

（5）成卷

将步骤（4）所得的聚四氟乙烯长丝，经卷绕成筒，制成一根细度为450～550旦、其连续无接头长度为8182～20000米、其截面形状为多叶不规则圆形、其纤维表面光滑、整体的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝，经检测，其断裂强力为18.5～22.5牛顿，其单丝条干不匀率为8%～11%。

2.如权利要求1所述的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：所述的烧结工序，其工艺参数具体为：烧结温度为320℃～335℃，喂入速度和输出速度均为10～15米/分钟，烧结时间为12～18秒。

3.如权利要求1所述的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：所述的烧结牵伸工序，其工艺参数具体为：烧结牵伸温度为340℃～350℃，喂入速度为10～15米/分钟，输出速度为30～40米/分钟，通过烧结牵伸装置的时间为3.7～4.5秒。

4.如权利要求1所述的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：所述的聚四氟乙烯烧结牵伸丝，其截面形状为多叶不规则圆形，具体为双叶近似圆形、三叶近似圆形和四叶近似圆形。

5.如权利要求1所述的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：所述的骤冷装置为使聚四氟乙烯烧结牵伸丝通过时冷却的圆管；所述的骤冷工序，其工艺参数具体为：骤冷温度为0℃～5℃，喂入速度和输出速度一致，其范围为30～40米/分钟，骤冷时间为1.9～2.6秒。

6.如权利要求1所述的用于水刺滤料增强基布的聚四氟乙烯长丝的制备方法，其特征在于：所述的成卷工序，其工艺参数具体为：卷绕速度为30～40米/分钟。