CN104190268B - 一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置及拉伸方法 - Google Patents
一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置及拉伸方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置及拉伸方法。包括安装在推压模具出口的脱脂烘箱和管坯升温烘箱；包括由芯模延伸出的芯模延伸段，芯模延伸段延伸到脱脂烘箱和管坯升温烘箱中，在管坯升温烘箱内的芯模延伸段的直径增大形成胀大芯模；包括安装在管坯升温烘箱出口处的用于纵向拉伸的调速导轮，调速导轮位于芯模延伸段底部下方。管坯采用推压机挤出套在芯模延伸段上经过脱脂烘箱和管坯升温烘箱进行脱脂和加热，并通过胀大芯模横向拉伸，后绕到调速导轮上进行纵向拉伸。本发明可实现聚四氟乙烯管坯的横向拉伸和纵向拉伸，克服了传统加工设备仅能纵向拉伸的缺陷；由于双向拉伸的实现，可极大地提高聚四氟乙烯中空纤维膜的孔隙率。
Description
技术领域
本发明涉及一种中空纤维膜拉伸装置及拉伸方法，具体地涉及一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置及拉伸方法。
背景技术
中空纤维膜在反渗透、超滤、微滤、膜接触器和膜反应器等膜分离领域中大量采用。常见的中空纤维膜材料包括醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等。不同的应用场合对中空纤维膜提出了不同的使用要求，包括膜孔径、孔隙率、力学性能、耐腐蚀性等方面的要求。聚四氟乙烯具有极强的耐酸碱、耐氧化、耐微生物侵蚀、耐高低温等优良特性，聚四氟乙烯中空纤维膜除了具有聚四氟乙烯本身的优良特性外，还具有强度高、通量大的优点，在特种过滤、膜接触器、膜反应器等领域中具有重要的应用价值。
聚四氟乙烯中空纤维膜的一种加工方法是，采用聚四氟乙烯树脂，在润滑剂作用下，进行糊料挤出，得到聚四氟乙烯管坯，脱除润滑剂（脱脂）后再通过拉伸和烧结，得到中空纤维壁上具有微孔的聚四氟乙烯中空纤维膜。拉伸步骤是实现微孔产生、微孔尺寸控制和中空纤维膜结构控制的关键环节，此方面的报道和专利不多。
对于挤出环节，聚四氟乙烯管坯一般是采用推压机挤出，推压模具由锥体模、口模和芯模组成（如，钱知勉，包永忠主编，氟塑料加工与应用，化学工业出版社，2010年7月北京第一版第一次印刷，第152-154页），结构示意图见图1。
在实际使用过程中，芯模一般比口模下端长1～3毫米。
以上装置一个推压模具挤出一根管坯。ZL201010185858.1一种膨体聚四氟乙烯管挤出成型模具，公开了同时挤出多根管坯的装置。
对于拉伸环节，国内外公开的专利包括，美国专利US4250138中给出了一种聚四氟乙烯中空纤维拉伸装置，该装置采用类似无缝金属管拉伸装置，采用圆孔模具和芯棒的方式，实现聚四氟乙烯的拉伸。
美国专利US4496507中给出了一种采用开槽热辊拉伸装置，该装置中采用加热辊筒进行温度控制，一次拉伸一根中空纤维，拉伸过程中易出现中空纤维破裂、中空纤维塌陷等问题。
专利ZL201010508798.2一种聚四氟乙烯中空纤维拉伸装置，公开了一种由导辊、拉伸辊和冷却辊组成的脱脂和拉伸装置。专利ZL201010504784.3一种聚四氟乙烯中空纤维膜的孔径控制方法，公开了一种采用水分散型含氟分散浓缩液涂覆聚四氟乙烯中空纤维膜表面以控制孔径。
综合以上，在拉伸过程中不论是采用何种拉伸装置和手段，均是纵向拉伸，即沿着管坯长度方向上拉伸。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置及拉伸方法，实现双向拉伸（横向和纵向），从而提高了聚四氟乙烯中空纤维膜的孔隙率。
本发明采用的技术方案是：
一、一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置：
包括依次安装在推压模具出口端的脱脂烘箱和管坯升温烘箱；
包括由推压模具中芯模直线延伸出的芯模延伸段，芯模延伸段延伸到脱脂烘箱和管坯升温烘箱中，在管坯升温烘箱内的芯模延伸段的直径增大形成用于横向拉伸的胀大芯模；
包括安装在管坯升温烘箱出口处的用于纵向拉伸的调速导轮，调速导轮位于芯模延伸段底部下方。
所述的管坯采用推压机挤出套在芯模延伸段上经过脱脂烘箱进行脱脂，再经过管坯升温烘箱进行加热，并通过所述胀大芯模进行横向拉伸，管坯脱离胀大芯模后绕到调速导轮上通过调整转速进行管坯的纵向拉伸。
所述的胀大芯模相比推压模具的芯模的直径增大10%～300%。
所述的管坯为聚四氟乙烯管坯。
二、一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，包括以下步骤：
1）管坯从推压机挤出后，套在由推压模具中芯模直线延伸出的芯模延伸段上，并从推压模具进入脱脂烘箱进行脱脂；
2）脱脂后，从脱脂烘箱进入管坯升温烘箱进行加热，并通过脱脂烘箱内的胀大芯模进行横向拉伸，胀大芯模由通过管坯升温烘箱内的芯模延伸段直径增大形成；
3）管坯从管坯升温烘箱的胀大芯模脱离，然后绕到管坯升温烘箱出口处的调速导轮上，通过调整调速导轮转速进行纵向拉伸，最终完成对管坯中空纤维膜的双向拉伸。
所述的步骤2）中管坯在脱脂烘箱的脱脂温度为120～300℃，脱脂停留时间为3秒～5分钟。
所述的步骤2）中管坯在管坯升温烘箱中的加热温度为150～360℃，加热停留时间为3秒～5分钟。
所述的横向拉伸后的管坯直径增大10%～300%。
所述的纵向拉伸后的管坯长度增加100%～300%。
与已有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可实现聚四氟乙烯管坯的横向拉伸和纵向拉伸，克服了传统加工设备仅能纵向拉伸的缺陷。由于双向拉伸的实现，可极大地提高聚四氟乙烯中空纤维膜的孔隙率。
附图说明
图1是现有推压模具的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图中：1、锥体模，2、口模，3、芯模，4、管坯，5、脱脂烘箱，6、管坯升温烘箱，7、胀大芯模，8、胀大管坯，9、调速导轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明包括推压机的推压模具中芯模延伸段、脱脂烘箱5、管坯升温烘箱6和调速导轮9，其推压模具包括锥体模1、口模2或者芯模3，脱脂烘箱5和管坯升温烘箱6依次安装在推压模具出口端，脱脂烘箱5和管坯升温烘箱6依次紧密连接在推压模具出口端上，管坯4采用推压机挤出经过脱脂烘箱5进行脱脂，管坯4经过管坯升温烘箱6进行加热，推压模具中的芯模延伸段位于到脱脂烘箱5和管坯升温烘箱6内，管坯升温烘箱6内芯模延伸段直径增大形成胀大芯模7，管坯4经过胀大芯模7横向拉伸形成胀大管坯8，管坯升温烘箱6出口处设有用于纵向拉伸的调速导轮9，管坯4绕到调速导轮9上通过调整转速实现管坯4的纵向拉伸。如图2所示，管坯4绕到调速导轮9的1/4圆周上，调速导轮9的转速大于脱脂烘箱5和管坯升温烘箱6中管坯4下行速度时，对管坯4进行纵向拉伸。
胀大芯模7相比推压模具的芯模3的直径增大10%～300%。
管坯4可采用聚四氟乙烯管坯。
本发明方法包括以下步骤：
1）管坯4从推压机挤出后，套在由推压模具中芯模3直线延伸出的芯模延伸段上，并从推压模具进入脱脂烘箱5进行脱脂；优选的脱脂温度为120～300℃，脱脂停留时间为3秒～5分钟。
2）脱脂后，从脱脂烘箱5进入管坯升温烘箱6进行加热，优选的加热温度为150～360℃，加热停留时间为3秒～5分钟。并通过脱脂烘箱5内的胀大芯模7进行横向拉伸，横向拉伸后的管坯4直径可增大10%～300%，胀大芯模7由通过管坯升温烘箱6内的芯模延伸段直径增大形成；
3）管坯4从管坯升温烘箱6的胀大芯模7脱离，然后绕到管坯升温烘箱6出口处的调速导轮9上，通过调整调速导轮9转速进行纵向拉伸，调速导轮9转速大于管坯4从管坯升温烘箱6出口处下行的速度进而实现拉伸，纵向拉伸后的管坯4长度增加100%～300%，最终完成对管坯4中空纤维膜的双向拉伸。
本发明将原有推压模具中的芯模延长，延长段置于两个烘箱内，烘箱分为脱脂和升温管坯两部分，烘箱分别进行脱脂和加热管坯。
本发明的实施例如下：
实施例一：
（1）聚四氟乙烯管坯的脱脂和横向拉伸：聚四氟乙烯管坯采用推压机挤出，进入附图1所示的聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置，首先是脱脂烘箱，在脱脂烘箱中脱脂，温度为120℃，时间为5分钟，之后进入管坯升温烘箱，温度为150℃，时间为5分钟，在管坯升温烘箱中管坯经过胀大芯模后被横向拉伸形成胀大管坯，横向拉伸10%，即胀大芯模7相比推压模具的芯模3的直径增大10%；
（2）双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜：所述胀大管坯经过双向拉伸装置下方的调速导轮实现纵向拉伸100%，形成双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜，孔隙率为55%。
实施例二：
（1）聚四氟乙烯管坯的脱脂和升温：聚四氟乙烯管坯采用推压机挤出，进入附图1所示的聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置，首先是脱脂烘箱，在脱脂烘箱中脱脂，温度为300℃，时间为3秒，之后进入管坯升温烘箱，温度为360℃，时间为3秒，在管坯升温烘箱中管坯经过胀大芯模后被横向扩张形成胀大管坯，横向拉伸300%，即胀大芯模7相比推压模具的芯模3的直径增大300%；（2）双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜：胀大管坯经过双向拉伸装置下方的调速导轮实现纵向拉伸300%，形成双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜，孔隙率为90%。
实施例三：
（1）聚四氟乙烯管坯的脱脂和升温：聚四氟乙烯管坯采用推压机挤出，进入附图1所示的聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置，首先是脱脂烘箱，在脱脂烘箱中脱脂，温度为200℃，时间为1分钟，之后进入管坯升温烘箱，温度为220℃，时间为1分钟，在管坯升温烘箱中管坯经过胀大芯模后被横向扩张形成胀大管坯，横向拉伸150%，即胀大芯模7相比推压模具的芯模3的直径增大150%；
（2）双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜：胀大管坯经过双向拉伸装置下方的调速导轮实现纵向拉伸200%，形成双向拉伸聚四氟乙烯中空纤维膜，孔隙率为82%。
上述具体实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置，其特征在于：
包括依次安装在推压模具出口端的脱脂烘箱（5）和管坯升温烘箱（6）；
包括由推压模具中芯模（3）直线延伸出的芯模延伸段，芯模延伸段延伸到脱脂烘箱（5）和管坯升温烘箱（6）中，在管坯升温烘箱（6）内的芯模延伸段的直径增大形成用于横向拉伸的胀大芯模（7），所述的胀大芯模（7）相比推压模具的芯模（3）的直径增大10% ～ 300%；
包括安装在管坯升温烘箱（6）出口处的用于纵向拉伸的调速导轮（9），调速导轮（9）位于芯模延伸段底部下方；
管坯（4）采用推压机挤出套在芯模延伸段上经过脱脂烘箱（5）进行脱脂，再经过管坯升温烘箱（6）进行加热，并通过所述胀大芯模（7）进行横向拉伸，所述管坯（4）脱离胀大芯模（7）后绕到调速导轮（9）上通过调整转速进行管坯（4）的纵向拉伸。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸装置，其特征在于：所述的管坯（4）为聚四氟乙烯管坯。
3.应用于权利要求1～2任一所述装置的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，其特征在于包括以下步骤：
1）管坯（4）从推压机挤出后，套在由推压模具中芯模（3）直线延伸出的芯模延伸段上，并从推压模具进入脱脂烘箱（5）进行脱脂；
2）脱脂后，从脱脂烘箱（5）进入管坯升温烘箱（6）进行加热，并通过脱脂烘箱（5）内的胀大芯模（7）进行横向拉伸，胀大芯模（7）由通过管坯升温烘箱（6）内的芯模延伸段直径增大形成；
3）管坯（4）从管坯升温烘箱（6）的胀大芯模（7）脱离，然后绕到管坯升温烘箱（6）出口处的调速导轮（9）上，通过调整调速导轮（9）转速进行纵向拉伸，最终完成对管坯（4）中空纤维膜的双向拉伸。
4.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，其特征在于：所述的步骤2）中管坯（4）在脱脂烘箱（5）的脱脂温度为120～300℃，脱脂停留时间为3秒～5分钟。
5.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，其特征在于：所述的步骤2）中管坯（4）在管坯升温烘箱中的加热温度为150～360℃，加热停留时间为3秒～5分钟。
6.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，其特征在于：所述的横向拉伸后的管坯（4）直径增大10%～300%。
7.根据权利要求3所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜双向拉伸方法，其特征在于：所述的纵向拉伸后的管坯（4）长度增加100%～300%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |