具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法及聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯膜的制备工艺,具体涉及具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法及聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置和方法。
背景技术
聚四氟乙烯微孔膜是以聚四氟乙烯树脂颗粒为原料,经过膨化拉伸后形成的具有微孔的薄膜。聚四氟乙烯微孔膜具有表面能低透气量大、阻力低、高微粒截留率、耐温好、抗强酸强碱、抗有机溶剂、抗氧化剂、耐老化、不粘、不燃性和无毒等优点,将聚四氟乙烯微孔膜覆在支撑材料上得到的过滤材料性能较佳。因此将聚四氟乙烯微孔膜覆在聚酯毡、PET、聚四氟乙烯纤维毡等支撑材料上做成的过滤袋、滤筒、过滤器在水泥、冶金、石化塑料等领域的烟气和粉尘处理、回收有较好的效果;将聚四氟乙烯微孔膜覆在PET、PP无纺布等支撑材料上制作的滤片和过滤器在化学、医药和电子行业也有较好的应用效果。
但是由于聚四氟乙烯的化学惰性,聚四氟乙烯微孔膜只能起到物理拦截的作用,对于烟气和粉尘或者其他待过滤物料中的中的废气和有害物质无法去除。随着催化剂分解技术的发展,本领域技术人员开始向聚四氟乙烯微孔膜中添加催化剂,使得添加了催化剂的聚四氟乙烯微孔膜既可以除尘又可以分解废气和有害物质,提高烟气和粉尘的处理效率和效果。
例如中国专利文献CN 100488610C(申请号 200710069975.X)公开了一种高温烟气和粉尘处理用的聚四氟乙烯微孔薄膜制备方法,先将聚四氟乙烯粉末和二恶英催化剂粉体均匀混合,再加入液体润滑剂,三者充分混合分散得到聚四氟乙烯物料;将聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯,将毛坯通过推压机挤出棒状物,然后经压延机压延得到聚四氟乙烯基带;将聚四氟乙烯基带进行纵向和横向拉伸,烧结定型得到用于空气除菌的聚四氟乙烯薄膜材料。
中国专利文献CN 102527248 A(申请号 201210002730.6)公开了一种光催化抗菌聚四氟乙烯微孔膜的制备方法,先将纳米银抗菌剂和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合得到物料;将物料预压成圆柱形坯;将圆柱形坯放置在推压机上推压成圆条;将圆条放置在压延机上压延成基带;基带脱脂后进行第一次纵向拉伸;脱脂基带用二氧化钛进行表面处理后进行第二次纵向拉伸获得纵向拉伸基础膜;将纵向拉伸基础膜横向拉伸,烧结固化获得光催化抗菌聚四氟乙烯微孔膜。所述脱脂基带用二氧化钛进行表面处理是指向脱脂基带表面喷涂纳米二氧化钛溶液。
中国专利文献CN 103394241 A(申请号 201310313968.5)公开了一种嫁接光触媒催化剂增加催化降解功能的PTFE膜材料及其应用,PTFE膜材料由光触媒PTFE膜和基材组成,所述PTFE膜由聚四氟乙烯和光触媒组成,光触媒均匀嫁接于聚四氟乙烯的纤维间隙膜的空间结构中。所述光触媒PTFE膜制造方法如下:将纳米级的二氧化钛与18烷溶剂进行调合直至透明;再由聚四氟乙烯树脂和调合好的光触媒剂组成坯料,采用UV254光线合成工艺进行聚合后形成树脂,是光触媒纳米颗粒均匀分布于聚四氟乙烯中,最后经压延、挤出、双向拉伸等工艺加工而形成裂隙孔结构的光触媒PTFE膜。
上述文献所公开的添加了催化剂的PTFE膜的制备过程中均采用压延工艺获得膜基带,然后对压延得到的膜基带进行双向拉伸得到膜成品。但是本申请人对采用压延工艺得到的PTFE膜在扫描电子显微镜下观察发现,有一部分的聚四氟乙烯高分子呈团状粘合在一起,其中间没有形成间隙,由于这部分聚四氟乙烯高分子粘合在一起,既减少了聚四氟乙烯间隙膜的透气量,也减少了所添加的催化剂能附着的面积,降低了其催化降解效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法及聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置和方法。
实现本发明第一目的的技术方案是一种聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置,包括机架、固定板、拉杆、推油缸、推柱塞、料筒、挤出头组件、切割组件和展开套,挤出头组件包括模套和模芯;推油缸的传动轴、推柱塞、料筒、挤出头组件按照从左向右的顺序依次设置,推油缸的传动轴、推柱塞、料筒、挤出头组件的模套和模芯同轴线设置;固定板和拉杆设置在机架上,推油缸、推柱塞、料筒、挤出头组件、切割组件固定在对应的固定板上。
所述挤出头组件的模套包括主体和出口套,主体的内腔从左至右由连通的左段腔体、中段腔体和右段腔体组成,左段腔体为圆台形,左段腔体的左端为进料端,与料筒的出料端相连通,右端为出料端;中段腔体为圆柱形,中段腔体的内径Φ3与左段腔体的出料端的内径Φ2相同,右段腔体为圆台形,右段腔体的左端内径Φ4与中段腔体的内径Φ3相同,作为进料端的左端的内径Φ4小于右端出料端内径Φ5;出口套固定在主体的右端,出口套的内腔为圆柱形,与主体的右段腔体的出料端相连通,且出口套的内腔直径与主体的右段腔体的出料端的内径Φ5相同。
挤出头组件的模芯为一体件,模芯按照从左至右的顺序包括同轴线的位于模套的主体内的前段、中段、后段和左端位于出口套内部的导出段;前段为圆锥体形,前段的尖端朝向料筒,前段的右端面与中段相连;中段为圆柱形;后段为圆台形,后段的左端面的直径小于右端面的直径,后段的左端面的直径与中段的端面直径相同;导出段为圆柱形,导出段的左端面的直径与后段的右端面的直径相同。
模芯的前段位于模套的主体的左段腔体内,模芯的中段位于模套的主体的中段腔体内,模芯的后段位于模套的主体的右段腔体内,模芯的导出段的左端位于模套的出口套内。
进一步的,模套的主体的左段腔体的进料端的内径Φ1与出料端的内径Φ2之比为1∶0.6~0.9,左段腔体的长度L1与进料端的内径Φ1之比L/Φ1=2.1~2.4∶1。
主体的中段腔体的内径Φ3与左段腔体的出料端的内径Φ2相同,中段腔体的长度L2与中段腔体的内径Φ3之比L2/Φ3=3~4∶3。
主体的右段腔体的左端内径Φ4与中段腔体的内径Φ3相同,作为进料端的左端的直径Φ4与右端出料端内径Φ5之比为1∶3~4,右段腔体的长度L3与左端的内径Φ4之比为L3/Φ4=4~5∶1。
进一步的,模套的主体的左段腔体与模芯的前段之间的空腔为挤出头组件的预挤段,模芯的前段的右端面的边缘与模套的主体的左段腔体的右端壁面之间的距离为0.2mm~0.3mm。
模芯的中段与主体的中段腔体的长度L2相同;模芯的中段与模套的主体的中段腔体之间形成环形空腔,该段环形空腔为挤出头组件的平稳段,环形空腔的间隙为0.2mm至0.3mm。
模芯的后段与模套的主体的右段腔体之间的间隙从左向右逐渐减小,在两者的最右端两者之间的距离为0.10mm至0.15mm,模套的主体的右段腔体与模芯的后段之间的空腔为挤出头组件的挤出段。
所述切割组件包括固定架、电机和刀片;固定架由其支座固定在固定板上;电机固定在固定架上;刀片为圆刀片,与电机的转轴固定连接;刀片的轴线与模芯的轴线垂直,模芯的轴线在刀片所在的平面上;刀片位于模套的出口套的右端。
所述展开套倾斜设置在模芯的下方,展开套的端面为抛物线形,展开套的顶端位于刀片的下方,展开套的下端与固定板上的膜基带出口相连。
实现本发明第二目的的技术方案是一种用上述的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置制备聚四氟乙烯微孔膜基带的方法,包括以下步骤:
①混料,向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h待用。
②压坯;将步骤①筛分获得的聚四氟乙烯树脂料在45℃~55℃下,在压坯机中压制成圆柱形毛坯。
③挤出;将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒中,启动推油缸,推油缸向右推进,将料筒中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件的进料端,继续向右推进,最后聚四氟乙烯树脂料从挤出头组件的出料端即模芯的导出段的左端与出口套之间形成的环形空腔挤出,得到聚四氟乙烯树脂管状薄膜。
④裁切;开动切割组件的电机,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯的导出段运行至切割组件的刀片下方,刀片与模芯的导出段之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带,步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套的上表面向右下方运行至模芯固定板的膜基片出口,从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整,将步骤⑤从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷完成膜基带的制备。
作为优选的,步骤①混料时,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂在72℃~78℃温度下静置12~24h后,筛分过200~350目筛,收集过筛的树脂待压坯。
实现本发明第三目的的技术方案是一种用如上所述的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置制备聚四氟乙烯微孔膜的方法,包括以下步骤:
①混料,向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h待用。
②压坯;将步骤①筛分获得的聚四氟乙烯树脂料在45℃~55℃下,在压坯机中压制成圆柱形毛坯。
③挤出;将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒中,启动推油缸,推油缸向右推进,将料筒中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件的进料端,继续向右推进,最后聚四氟乙烯树脂料从挤出头组件的出料端即模芯的导出段的左端与出口套之间形成的环形空腔挤出,得到聚四氟乙烯树脂管状薄膜。
④裁切;开动切割组件的电机,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯的导出段运行至切割组件的刀片下方,刀片与模芯的导出段之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带,步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套的上表面向右下方运行至模芯固定板的膜基片出口,从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整,将步骤⑤从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷完成膜基带的制备。
⑦拉伸,将步骤⑥的聚四氟乙烯膜基带在124℃~140℃下进行纵向拉伸,拉伸倍数为1.5~1.65,室温下静置消除应力后,在60℃~100℃下进行横向拉伸,拉伸倍数为6~10。
⑧定型,横向拉伸后得到的薄膜在260℃~295℃下固化20s~24s后,得到厚度为15~90微米的聚四氟乙烯微孔膜。
作为优选的,步骤①混料时,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂在72℃~78℃温度下静置12~24h后,筛分过200~350目筛,收集过筛的树脂待压坯。
实现本发明第四目的的技术方案是一种用如上所述的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置制备具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的方法,包括以下步骤:
①混料,将催化剂粉料在烘箱内加热至72℃~78℃待用;向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h,然后筛分过200~350目筛,收集过筛的树脂待用;将过筛的聚四氟乙烯树脂与催化剂粉料混合均匀得到聚四氟乙烯催化料,催化剂粉料与聚四氟乙烯树脂颗粒的质量比为0.11~0.13∶1。
②压坯,将步骤①获得的聚四氟乙烯催化料在45℃~55℃下,在压坯机中压制成圆柱形毛坯。
③挤出;将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒中,启动推油缸,推油缸向右推进,将料筒中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件的进料端,继续向右推进,最后聚四氟乙烯树脂料从挤出头组件的出料端即模芯的导出段的左端与出口套之间形成的环形空腔挤出,得到具有催化功能的聚四氟乙烯树脂管状薄膜。
④裁切;开动切割组件的电机,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯的导出段运行至切割组件的刀片下方,刀片与模芯的导出段之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形具有催化降解功能的聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带,步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套的上表面向右下方运行至模芯固定板的膜基片出口,从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整,将步骤⑤从膜基带出口出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷完成膜基带的制备。
⑦拉伸,将步骤⑥的聚四氟乙烯膜基带在124℃~140℃下进行纵向拉伸,拉伸倍数为1.5~1.65,室温下静置消除应力后,在60℃~100℃下进行横向拉伸,拉伸倍数为6~10。
⑧定型,横向拉伸后得到的薄膜在260℃~295℃下固化24s~30s后,得到厚度为25~80微米的具有催化降解功能聚四氟乙烯微孔膜。
本发明具有积极的效果:(1)本发明的聚四氟乙烯微孔膜基带的制备装置中使用挤出装置替代了现有技术中的压延机;在聚四氟乙烯料的挤出过程中,挤出装置的挤出头组件起到了对聚四氟乙烯纤维结构进行梳理的作用,挤出得到的管状薄膜由切割刀裁开后得到膜基带,膜基带经双向拉伸、固化后得到聚四氟乙烯微孔膜,在扫描电子显微镜下观察发现本发明所制备的聚四氟乙烯微孔膜的纤维结构中孔隙率更高,孔隙规则、均匀;而现有压延工艺制得的微孔膜在扫描电子显微镜下观察发现紊乱的粘合在一起的聚四氟乙烯纤维团,纤维团体积大,纤维结构中的孔隙少,孔隙率低。
(2)本发明的聚四氟乙烯微孔膜基带的制备方法中,没有采用压延工艺;在将聚四氟乙烯料压坯后,直接将圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒中,从挤出头组件挤出后得到管状薄膜,由切割刀裁开后得到膜基带;通过上述上法得到的膜基带经双向拉伸后得到的聚四氟乙烯微孔膜孔隙率更高、孔隙更规则、均匀;从而大大增加了催化剂的附着面积、以及催化剂与烟气或粉尘中的硫化物、氮氧化合物等污染物的接触面积,提高了聚四氟乙烯微孔膜的催化性能。
(3)本发明的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜由于膜基带制备过程中聚四氟乙烯料混合料压坯后,送入挤出装置从挤出头组件挤出的过程中,聚四氟乙烯纤维结构得到梳理,制得的聚四氟乙烯微孔膜的纤维结构中孔隙规则率高,孔隙均匀,混合料中的纳米催化剂在聚四氟乙烯微孔膜中分布广且分布均匀,纳米催化剂与污染物的接触面积也较广,催化降解废气的效率更高、废气降解率高。
附图说明
图1为本发明的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置的结构示意图;
图2为图1所示的挤出装置的立体结构示意图;
图3为挤出装置的挤出头组件的结构示意图;
图4为图3中A部的放大示意图;
图5为实施例3制备的聚四氟乙烯微孔膜在2000倍SEM镜下的纤维结构图片;
图6为实施例3制备的聚四氟乙烯微孔膜在5000倍SEM镜下的纤维结构图片;
图7为实施例3制备的聚四氟乙烯微孔膜在10000倍SEM镜下的纤维结构图片;
图8为对比例1制备的聚四氟乙烯微孔膜在2000倍SEM镜下的纤维结构图片;
图9为对比例1制备的聚四氟乙烯微孔膜在5000倍SEM镜下的纤维结构图片;
图10为对比例1制备的聚四氟乙烯微孔膜在10000倍SEM镜下的纤维结构图片;
上述附图中的标记如下:
机架1,固定板2,推油缸固定板21,推柱塞固定板22,料筒固定板23,模套固定板24,模芯固定板25,膜基带出口25-1;
拉杆3,推油缸4,推柱塞5,塞头51;
料筒6,加热器61;
挤出头组件7,模套71,主体71-1,出口套71-2,加热器71-3;模芯72,前段72-1,中段72-2,后段72-3,导出段72-4;
切割组件8,固定架81,电机82,刀片83;
展开套9。
具体实施方式
(实施例1、聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置)
见图1和图2,本实施例的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出装置包括机架1、固定板2、拉杆3、推油缸4、推柱塞5、料筒6、挤出头组件7、切割组件8和展开套9,挤出头组件7包括模套71和模芯72。推油缸4的传动轴、推柱塞5、料筒6、挤出头组件7按照从左向右的顺序依次设置,且推油缸4的传动轴、推柱塞5、料筒6、挤出头组件7的模套71和模芯72同轴线设置。
机架1放置并固定在水平地面上,固定板2和拉杆3设置在机架1上。所述固定板2按照从左向右的顺序依次包括平行设置的推油缸固定板21、推柱塞固定板22、料筒固定板23、模套固定板24和模芯固定板25。位于最左端的推油缸固定板21和位于最右端的模芯固定板25分别由其底座通过螺栓固定在机架1上。各固定板2的四角分别开设拉杆通孔,且各固定板2的中央开设通孔,各固定板2的中央通孔同轴线设置。拉杆3有四根,每一根拉杆3分别依次穿过5块固定板2对应角落的通孔,拉杆3通过连接板和螺栓与固定板2固定连接。
推油缸4由其右端固定在推油缸固定板21上,推油缸4的进油口与油泵的出液口相连;推油缸4的传动轴穿过推油缸固定板21的中央通孔与推柱塞5固定连接。
推柱塞5包括柱体和塞头51;推柱塞5由其柱体左端固定在推柱塞固定板22上,推柱塞5的柱体左端与推油缸4的传动轴固定连接。推柱塞5的右端塞头51在非使用状态靠近料筒6的进料口,塞头51的端面为穹形。
料筒6由其左端固定在料筒固定板23上,料筒6的内腔为圆柱形,料筒6的外周壁面上环绕设置加热器61。推柱塞5的塞头51的外径与料筒6的内径相同。
料筒6的出料口与挤出头组件7的左端进料端相连通。挤出头组件7的模套71的右端固定在模套固定板24上,挤出头组件7的模芯72由其右端固定在模芯固定板25上。
见图3和图4,挤出头组件7的模套71包括主体71-1和出口套71-2。主体71-1的外形基本为圆柱形,外周壁面上环绕设置加热器71-3。主体71-1的内腔从左至右由连通的左段腔体、中段腔体和右段腔体组成。
左段腔体为圆台形,左段腔体的左端为进料端,与料筒6的出料端相连通,右端为出料端,进料端的内径Φ1大于出料端的内径Φ2。Φ1/Φ2=1∶0.6~0.9;左段腔体的长度L1与进料端的内径Φ1之比L/Φ1=2.1~2.4∶1。
中段腔体为圆柱形,中段腔体的内径Φ3与左段腔体的出料端的内径Φ2相同。中段腔体的长度L2与中段腔体的内径Φ3之比L2/Φ3=3~4∶3。
右段腔体为圆台形,右段腔体的左端内径Φ4与中段腔体的内径Φ3相同,作为进料端的左端的直径Φ4小于右端出料端内径Φ5。Φ4/Φ5=1∶3~4;右段腔体的长度L3与左端的内径Φ4之比为L3/Φ4=4~5∶1。
出口套71-2固定在主体71-1的右端,出口套71-2的内腔为圆柱形,与主体71-1的右段腔体的出料端相连通,且出口套71-2的内腔直径与主体71-1的右段腔体的出料端的直径R5相同。
挤出头组件7的模芯72为一体件。模芯72按照从左至右的顺序包括同轴线的位于模套71的主体71-1内的前段72-1、中段72-2、后段72-3和左端位于出口套71-2内部的导出段72-4。
前段71-1为圆锥体形,前段71-1的尖端朝向料筒6,前段71-1的端面(图中为右端面)与中段72-2相连。中段72-2为圆柱形,中段72-2的端面与前段71-1的底面相同。后段72-3为圆台形,后段72-3的左端面的直径小于右端面的直径,后段72-3的左端面的直径与中段72-2的端面直径相同。导出段72-4为圆柱形,导出段72-4的左端面的直径与后段72-3的右端面的直径相同。导出段72-4的右端固定在模芯固定板25上。
模芯72的前段72-1位于模套71的主体71-1的左段腔体内;模套71的主体71-1的左段腔体与模芯72的前段72-1之间的空腔为挤出头组件7的预挤段;模芯72的前段72-1的右端面的边缘与模套71的主体71-1的左段腔体的右端壁面之间的距离为0.2mm~0.3mm。
模芯72的中段72-2位于模套71的主体71-1的中段腔体内,中段72-2与主体71-1的中段腔体的长度L2相同;模芯72的中段72-2与模套71的主体71-1的中段腔体之间形成环形空腔,该段环形空腔为挤出头组件7的平稳段;环形空腔的间隙即模芯72的中段72-2与模套71的主体71-1的中段腔体之间得距离为0.2mm至0.3mm。
模芯72的后段72-3位于模套71的主体71-1的右段腔体内,两者长度相同,模芯72的后段72-3与模套71的主体71-1的右段腔体之间的间隙从左向右越来越小,在两者的最右端,两者之间的距离为0.10mm至0.15mm。模套71的主体71-1的右段腔体与模芯72的后段72-3之间的空腔为挤出头组件7的挤出段。
模芯72的导出段72-4的左端位于模套71的出口套71-2内,导出段72-4的外径90mm至120mm。模芯72的导出段72-4的左端与出口套71-2之间形成环形空腔,环形空腔的间隙即模芯72的导出段72-4与出口套71-2之间的距离S为0.10mm至0.15mm;环形空腔的长度为2倍的Φ2。
仍见图2,切割组件8包括固定架81、电机82和刀片83。固定架81为L形,由其短边支座固定在模套固定板24的右端面上。电机82固定在固定架81上;刀片83为圆刀片,与电机82的转轴固定连接。刀片83的轴线与模芯72的轴线垂直,模芯72的轴线在刀片83所在的平面上。刀片83位于模套71的出口套71-2的右端。
展开套9倾斜设置在模芯72的下方,展开套9的端面为抛物线形,展开套9的顶端位于刀片83的下方,展开套9的下端与模芯固定板25的膜基带出口25-1相连。
(实施例2、聚四氟乙烯微孔膜基带的制备方法)
本实施例的聚四氟乙烯微孔膜基带的挤出方法使用实施例1所述的挤出装置,包括以下步骤:
①混料。向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h,然后筛分过200~350目筛(本实施例中为300目筛),收集过筛的树脂待用。
所用的聚四氟乙烯树脂粉末的聚合度为700万~1000万;所述润滑剂为18~20的烷烃。
②压坯。将步骤①筛分获得的聚四氟乙烯树脂料取出后室温下冷却,冷却至45℃~55℃时,送入压坯机中在45℃~55℃下压制成圆柱形毛坯。该圆柱形毛坯的直径小于挤出装置的料筒6的内径,两者的直径差小于0.5mm。
③挤出。将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒6中,料筒的加热温度为70℃~80℃。启动推油缸4,推油缸4向右推进,将料筒6中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件7的进料端,继续向右推进,经过了模套71的主体71-1的左段腔体与模芯72的前段72-1之间的预挤段后,进入模芯72的中段72-2与模套71的主体71-1的中段腔体之间的平稳段,然后进入模套71的主体71-1的右段腔体与模芯72的后段72-3之间的挤出段,最后聚四氟乙烯树脂料从挤出头组件7的出料端即模芯72的导出段72-4的左端与出口套71-2之间形成的环形空腔挤出,刚从环形空腔挤出时得到的是聚四氟乙烯树脂管状薄膜。挤出时控制模套71的加热温度为80℃~100℃,挤出速度为1~6m/min,挤出压力为0.8~1.2MPa。
④裁切。开动切割组件8的电机82,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯72的导出段72-4运行至切割组件8的刀片83下方,刀片83与模芯72的导出段72-4之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带。步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套9的上表面向右下方运行至模芯固定板25的膜基片出口25-1,从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整。将从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷。所得的聚四氟乙烯膜基带的长度为100m,宽度为π×90mm~π×120mm,厚度为0.10mm至0.15mm。
本实施例的聚四氟乙烯微孔膜基带的制备方法中,没有采用压延工艺;在将聚四氟乙烯料压坯后,直接将圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒6中,从挤出头组件7挤出后得到管状薄膜,由切割刀裁开后得到膜基带;在聚四氟乙烯料的挤出过程中,挤出装置的挤出头组件7起到了对聚四氟乙烯纤维结构进行梳理的作用,使得聚四氟乙烯微孔膜的纤维结构中孔隙率更高,孔隙均匀,没有团状的粘合在一起的聚四氟乙烯高分子。
(实施例3、聚四氟乙烯微孔膜的制备方法)
本实施例的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法使用实施例1所述的挤出装置,包括以下步骤:
①混料。向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h,然后筛分过300目筛,收集过筛的树脂待用。
所用的聚四氟乙烯树脂粉末的聚合度为700万~1000万;所述润滑剂为18~20的烷烃。
②压坯。将步骤①获得的聚四氟乙烯树脂料取出后室温下冷却,冷却至45℃~55℃时,送入压坯机中在45℃~55℃下压制成圆柱形毛坯。该圆柱形毛坯的直径小于挤出装置的料筒6的内径,两者的直径差小于0.5mm。
③挤出。将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒6中,料筒的加热温度为80℃。启动推油缸4,推油缸4向右推进,将料筒6中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件7的进料端,继续向右推进,经过了模套71的主体71-1的左段腔体与模芯72的前段72-1之间的预挤段后,进入模芯72的中段72-2与模套71的主体71-1的中段腔体之间的平稳段,然后进入模套71的主体71-1的右段腔体与模芯72的后段72-3之间的挤出段,最后聚四氟乙烯催化料从挤出头组件7的出料端即模芯72的导出段72-4的左端与出口套71-2之间形成的环形空腔挤出,刚从环形空腔挤出时得到的是聚四氟乙烯树脂管状薄膜。挤出时控制模套71的加热温度为95℃,挤出速度为3m/min,挤出压力为1.0Mpa。
④裁切。开动切割组件8的电机82,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯72的导出段72-4运行至切割组件8的刀片83下方,刀片83与模芯72的导出段72-4之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带。步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套9的上表面向右下方运行至模芯固定板25的膜基片出口25-1,从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整。将从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷。所得的聚四氟乙烯膜基带的长度为100m,宽度为π×90mm~π×120mm,厚度为0.10mm至0.15mm。
⑦拉伸。将步骤⑥的聚四氟乙烯膜基带在124℃~140℃下进行纵向拉伸,拉伸倍数为1.5~1.65,室温下静置消除应力后,在60℃~100℃下进行横向拉伸,拉伸倍数为6~10。
横向拉伸时,所采用的加热方式是双面阵列点状加热。即在待横向拉伸膜的上表面上方和下表面下方,阵列排布加热器和传感器,每个加热器间隔50mm设置,每个加热器的温度由电脑程序控制。控制加热器的温度时,根据传感器返回的可见光透过率,透过率越高,加热器的温度越低,低至60℃,透过率越低,说明该处膜厚,提高加热器的温度,最高至100℃。
⑧定型。横向拉伸后得到的薄膜在260℃~295℃下固化20s~24s(本实施例中为22s)后,得到厚度为15~90微米的聚四氟乙烯微孔膜。
本实施例所得到的聚四氟乙烯微孔膜的SEM结果见图5、图6和图7,图5为聚四氟乙烯微孔膜在2000倍SEM镜下的纤维结构图片,图6为聚四氟乙烯微孔膜在5000倍SEM镜下的纤维结构图片,图7为聚四氟乙烯微孔膜在10000倍SEM镜下的纤维结构图片。由上述SEM图片可见,本实施例制备的聚四氟乙烯微孔膜的纤维孔隙规则均匀、孔隙率高,单位重量下比表面积大。
(实施例4、具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法)
本实施例的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜的制备方法使用实施例1所述的挤出装置,包括以下步骤:
①混料。将催化剂粉料在烘箱内加热至72℃~78℃待用,本实施例的催化剂粉料由五氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛纳米颗粒组成。五氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛的质量比为3~5∶5~10∶2~5。
除了上述组合的催化剂,催化剂粉体还可以由二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、氧化锌、氧化铜中的一种或一种以上纳米颗粒组成。
向聚四氟乙烯树脂粉末中加入润滑剂混合均匀,聚四氟乙烯树脂粉末与润滑剂的质量比为1∶0.35~0.42;加热至72℃~78℃并在该温度下静置12~24h,然后筛分过300目筛,收集过筛的树脂。
将过筛的聚四氟乙烯树脂颗粒与催化剂粉料混合均匀得到聚四氟乙烯催化料。催化剂粉料与聚四氟乙烯树脂颗粒的质量比为0.11~0.13∶1。催化剂粉料的温度与聚四氟乙烯树脂颗粒的温度差不超过2℃。
②压坯。将步骤①获得的聚四氟乙烯催化料取出后室温下冷却,冷却至45℃~55℃时,送入压坯机中在45℃~55℃下压制成圆柱形毛坯。该圆柱形毛坯的直径小于挤出装置的料筒6的内径,两者的直径差小于0.5mm。
③挤出。将步骤②得到的圆柱形毛坯送入挤出装置的料筒6中,料筒的加热温度为75℃。启动推油缸4,推油缸4向右推进,将料筒6中聚四氟乙烯树脂料压入挤出头组件7的进料端,继续向右推进,经过了模套71的主体71-1的左段腔体与模芯72的前段72-1之间的预挤段后,进入模芯72的中段72-2与模套71的主体71-1的中段腔体之间的平稳段,然后进入模套71的主体71-1的右段腔体与模芯72的后段72-3之间的挤出段,最后聚四氟乙烯树脂料从挤出头组件7的出料端即模芯72的导出段72-4的左端与出口套71-2之间形成的环形空腔挤出,刚从环形空腔挤出时得到的是聚四氟乙烯树脂管状薄膜。挤出时控制模套71的加热温度为90℃,挤出速度为2 m/min,挤出压力为1.2 MPa。
④裁切。开动切割组件8的电机82,步骤③刚从环形空腔挤出的聚四氟乙烯管状薄膜顺着模芯72的导出段72-4运行至切割组件8的刀片83下方,刀片83与模芯72的导出段72-4之间的部分被裁开,管状薄膜被裁开得到矩形聚四氟乙烯膜基带。
⑤导出基带。步骤④裁开聚四氟乙烯树脂管状薄膜后得到的膜基带沿着展开套9的上表面向右下方运行至模芯固定板25的膜基片出口25-1,收集从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带待平整处理。
⑥平整。将从膜基带出口25-1出来的聚四氟乙烯膜基带送入两个相对旋转的辊之间,从两辊之间出来后得到平整的聚四氟乙烯膜基带,收卷。所得的聚四氟乙烯膜基带的长度为100m,宽度为π×90mm~π×120mm,厚度为0.10mm至0.15mm。
⑦拉伸。将步骤⑥的聚四氟乙烯膜基带在124℃~140℃下进行纵向拉伸,拉伸倍数为1.5~1.65,室温下静置消除应力后,在60℃~100℃下进行横向拉伸,拉伸倍数为6~10。
⑧定型。横向拉伸后得到的薄膜在260℃~295℃下固化24s~30s后,得到厚度为25~80的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜。所得的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜由于聚四氟乙烯微孔膜的纤维孔隙规则均匀、孔隙率高,从而大大增加了催化剂的附着面积、以及催化剂与待处理物料中的硫化物、氮氧化合物等污染物的接触面积,提高了聚四氟乙烯微孔膜的催化性能。
(应用例1)
将实施例4制得的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜与聚酯毡覆合制作成除尘袋。
将制得的除尘袋装配在除尘器上,向除尘袋中通入含有7~8%的氮氧化物+硫氧化物的燃煤烟气,空气流量为40万m3/h。经检测,从除尘袋流出的气体中氮氧化物+硫氧化物的含量下降至0.14~1.6%,污染物处理率为80%~98%。
可见本发明制备的具有催化降解功能的聚四氟乙烯微孔膜催化效率高,有害气体的降解率高。
(对比例1、聚四氟乙烯微孔膜的制备方法)
本对比例制备聚四氟乙烯微孔膜的方法其余与实施例3相同,不同之处在于步骤③中,将步骤②压坯得到的圆柱形毛坯在推压机上,在200℃~250℃下推压成直径22mm的圆条;然后将圆条放置在压延机上,压制成宽度为300mm左右的膜基带。得到膜基带后按照实施例3的方法拉伸定型得到聚四氟乙烯微孔膜。
本对比例所得到的聚四氟乙烯微孔膜的SEM结果见图8、图9和图10,图8为聚四氟乙烯微孔膜在2000倍SEM镜下的纤维结构图片,图9为聚四氟乙烯微孔膜在5000倍SEM镜下的纤维结构图片,图10为聚四氟乙烯微孔膜在10000倍SEM镜下的纤维结构图片。由上述SEM图片可见,本对比例制备的聚四氟乙烯微孔膜中存在大量的紊乱的粘合在一起的聚四氟乙烯纤维团,纤维团体积大,纤维结构中的孔隙少,孔隙率低,单位重量下比表面积较实施例3的微孔膜小。