CN105423003B - 可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法。该可熔性聚四氟乙烯管材由可熔性聚四氟乙烯颗粒制成，其中，该可熔性聚四氟乙烯颗粒通过实心棒状物进行造粒加工形成，以及该实心棒状物通过在熔融状态下的可熔性聚四氟乙烯中加入超细短纤维混合成混合物，然后再将该混合物由挤出机挤出形成。该方法包括超细短纤维的制备步骤、可熔性聚四氟乙烯颗粒的制备步骤以及可熔性聚四氟乙烯管材的制备步骤。本发明的可熔性聚四氟乙烯管材不仅可以采用热塑性成型的加工方法加工，而且还能够大大提高可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的强度和韧性，同时具有降低材料的收缩率等优点，从而能够大大提高管材的使用寿命，降低使用成本。

Description

可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法

技术领域

本发明涉及管材领域，具体涉及一种可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法。

背景技术

可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材具有优良的耐高低温特性，在-20～200℃的条件下可长期使用。具有良好的化学稳定性，仅高温下氟蒸气，碱金属与它起作用，对其它所有的浓、稀无机有机酸、碱、酯均不发生反应。低表面摩擦系数，拒水，拒油，管壁内外不积垢。无毒，不易燃烧等特点，具有高透明度，在所有塑料中光折射率最低，易二次加工性，可自封，可自焊，可翻边。可广泛应用于半导体制造装置，热交换器、蒸气配管，高纯度试剂输送管，各种腐蚀性介质(苛刻溶剂)输送管道，复极式离子膜法烧碱生产中进出口挠性软管，各种频率电线电缆护套，槽绝缘管等，具有广泛的用途。

然而，做为高性能塑料管材，PFA管材往往使用在较为苛刻的环境，如高温环境等。在使用过程中主要存在以下问题：

第一、随着温度的升高，尤其是达到200℃以后，PFA管材的强度明显下降，260℃时，其强度几乎接近于零。

第二、PFA的热膨胀系数比金属或其他材料高得多，因此在冷热交替的过程中，温度的变化会造成一定的热应力，PFA层的收缩率比金属等其它材料要大得多，容易造成PFA层剥离，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种可熔性聚四氟乙烯管材及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种可熔性聚四氟乙烯管材，所述可熔性聚四氟乙烯管材由可熔性聚四氟乙烯颗粒制成，其中，所述可熔性聚四氟乙烯颗粒通过对实心棒状物进行造粒加工形成，以及所述实心棒状物通过在熔融状态下的可熔性聚四氟乙烯中加入超细短纤维混合成混合物，然后再将该混合物由挤出机挤出形成。

较佳地，所述可熔性聚四氟乙烯管材由聚四氟乙烯颗粒在熔融状态下，经混合、搅拌、推压、挤出、定型、拉伸以及冷却工艺制备而成。

较佳地，所述拉伸包括加热拉伸、粗拉挤压拉伸以及细拉挤压拉伸。

较佳地，所述实心棒状物通过在熔融状态下的可熔性聚四氟乙烯中加入5～50％的超细短纤维混合形成。

所述超细短纤维包括聚四氟乙烯纤维、不锈钢纤维、碳纤维、玻璃纤维或陶瓷纤维。

较佳地，所述聚四氟乙烯纤维由聚四氟乙烯分散树脂制成。

较佳地，所述超细短纤维由聚四氟乙烯分散树脂经制胚、压延、拉伸、分切、加捻成束、卷曲、切断及开松处理形成。

较佳地，所述超细短纤维的线密度为1～5den、长度为0.5～5mm、和/或热收缩率＜3％。

较佳地，所述可熔性聚四氟乙烯颗粒的直径为2～6mm，和/或所述实心棒状物的截面直径为1～5mm。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备可熔性聚四氟乙烯管材的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：超细短纤维的制备；

步骤2：可熔性聚四氟乙烯颗粒的制备：

将步骤1获得的超细短纤维加入到熔融状态的聚四氟乙烯中，从而获得可熔性聚四氟乙烯颗粒；

步骤3：可熔性聚四氟乙烯管材的制备：

将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，再通过推压、挤出、定型、拉伸、冷却处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯管材。

较佳地，所述步骤1包括以下步骤：

1.1选取聚四氟乙烯分散树脂；

1.2将该聚四氟乙烯分散树脂制胚、压延、拉伸、分切、加捻成束、卷曲、切断及开松，从而获得超细短纤维。

较佳地，所述拉伸包括加热拉伸、粗拉挤压拉伸以及细拉挤压拉伸。

较佳地，所述超细短纤维的线密度为1～5den、长度为0.5～5mm、和/或热收缩率＜3％。

较佳地，所述步骤2包括以下步骤：

2.1选取可熔性聚四氟乙烯；

2.2将该可熔性聚四氟乙烯树脂放在不锈钢容器中并进行加热、搅拌处理，在加热过程中，不断搅拌，加热至完全熔融状态；

2.3加入步骤一所获得的超细短纤维，混合均匀，通过挤出机挤出棒状物，获得可熔性聚四氟乙烯棒；

2.4对步骤2.3所获得可熔性聚四氟乙烯棒进行造粒处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯颗粒。

较佳地，所述可熔性聚四氟乙烯颗粒的直径为2～6mm。

较佳地，所述实心棒状物的直径为1～5mm。

较佳地，在所述步骤2.2中，搅拌速度为10～30r/min，加热时的升温速度为5℃/min，以及升温至250～350℃后保持温度恒定。

较佳地，所述步骤3包括以下步骤：

3.1将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，充分混合、搅拌，从而获得熔融状态的聚四氟乙烯颗粒；

3.2将步骤3.1所获得的熔融状态的聚四氟乙烯颗粒通过推压、挤出、定型、拉伸、冷却处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯管材。

本发明的可熔性聚四氟乙烯管材不仅可以采用热塑性成型的加工方法加工，而且还能够大大提高可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的强度和韧性，同时具有降低材料的收缩率等优点，从而能够大大提高管材的使用寿命，降低使用成本。

本发明的超细短纤维具有耐高温、耐腐蚀、强度高等特点。由于在制备过程中通过多次拉伸工艺使纤维强度大大提高，常温下拉伸强度高达700～800Mpa，是PFA材料的20～30倍，线密度为1～5den，长度为0.5～5mm，热收缩率＜3％。

本发明的增强型可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材与未改性前的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材相比强度增加2～10倍，热收缩率减少50％以上，大大提高了使用寿命。

具体实施方式

以下将对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，这些实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

术语说明

本发明中的超细短纤维是指长期耐温在260℃以上，熔融温度在300℃以上，细度在0.5～5den，分切长度在0.5～5mm，强度在300MPa以上的纤维，其包含但不仅限于聚四氟乙烯、不锈钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等耐高温纤维。

本发明人经过广泛而深入的研究，首次研发了一种增强型且耐高温、耐腐蚀的可熔性聚四氟乙烯管材，该可熔性聚四氟乙烯管材不仅可以采用热塑性成型的加工方法加工，而且还能够大大提高聚四氟乙烯(PFA)管材的强度和韧性，同时具有降低材料的收缩率等优点，从而能够大大提高管材的使用寿命，降低使用成本。

本发明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材由增强型可熔性聚四氟乙烯颗粒在熔融状态下、充分混合、搅拌、推压、挤出、定型、拉伸、冷却等工艺制备而成。其中，熔融状态的温度为300～370℃。

增强型可熔性聚四氟乙烯颗粒通过在熔融状态下的可熔性聚四氟乙烯(PFA)中加入5～50％的高强度超细短纤维，再混合均匀后，经挤出机挤出直径为1～5mm的实心棒状物，然后通过造粒机造粒成2～6mm的颗粒。其中，高强度超细短纤维包括聚四氟乙烯、碳纤维、玻璃纤维等。

下面以聚四氟乙烯超细短纤维为例来说明高强度超细短纤维的制造过程。总的来说，聚四氟乙烯超细短纤维由聚四氟乙烯分散树脂经制胚、压延、拉伸、加热拉伸、分切、加捻成束、粗拉挤压拉伸、细拉挤压拉伸、加热拉伸、卷曲、切断及开松工艺制成。

通过该工艺制成的这种超细短纤维具有耐高温、耐腐蚀、高强度等优点。由于在制备过程中通过多次拉伸工艺从而使纤维强度大大提高，因此，本发明的超细短纤维常温下拉伸强度高达700～800Mpa，是PFA材料的20～30倍，线密度为1～5den，长度为0.5～5mm，热收缩率＜3％。

本发明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材通常通过以下方法制成，该方法包括以下步骤：

步骤1：超细短纤维的制备(以聚四氟乙烯超细短纤维为例)，其包括以下步骤：

1.1选取聚四氟乙烯分散树脂。

1.2将该聚四氟乙烯分散树脂制胚、压延、拉伸、加热拉伸、分切、加捻成束、粗拉挤压拉伸、细拉挤压拉伸、加热拉伸、卷曲、切断及开松，从而获得超细短纤维。

步骤2：可熔性聚四氟乙烯颗粒的制备，其包括以下步骤：

2.1选取可熔性聚四氟乙烯(PFA)。

2.2将可熔性聚四氟乙烯(PFA)加热至熔融状态，加热温度为300～370℃。

2.3加入步骤一所获得的超细短纤维，混合均匀，通过挤出机挤出直径为1～5mm的实心棒状物，获得可熔性聚四氟乙烯棒。

2.4造粒机对步骤2.3所获得可熔性聚四氟乙烯棒进行造粒处理，从而获得2～6mm的可熔性聚四氟乙烯颗粒。

步骤3：可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制备，其包括以下步骤：

3.1将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，充分混合、搅拌，从而获得熔融状态的聚四氟乙烯颗粒。

3.2将步骤3.1所获得的熔融状态的聚四氟乙烯颗粒通过推压、挤出、定型、拉伸、冷却处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材。

下面通过具体实施例对本发明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制造方法进行详细说明。

步骤1：超细短纤维的制备(以聚四氟乙烯超细短纤维为例)：

1.1选取聚四氟乙烯分散树脂。

1.2将该聚四氟乙烯分散树脂制胚、压延、拉伸、加热拉伸、分切、加捻成束、粗拉挤压拉伸、细拉挤压拉伸、加热拉伸、卷曲、切断及开松，从而获得超细短纤维，其中，该超细短纤维的线密度为1～5den，长度为0.5～5mm，热收缩率＜3％。

步骤2：可熔性聚四氟乙烯颗粒的制备：

2.1选取可熔性聚四氟乙烯(PFA)。

2.2将该可熔性聚四氟乙烯树脂放在不锈钢容器中并进行加热、搅拌处理，其中，搅拌速度为10～30r/min，升温速度为5℃/min，升温至250～350℃后稳定，在加热过程中，不断搅拌，加热至完全熔融状态。

2.3加入步骤一所获得的超细短纤维，混合均匀，通过挤出机挤出直径为1～5mm的实心棒状物，获得可熔性聚四氟乙烯棒。

2.4通过造粒机对步骤2.3所获得可熔性聚四氟乙烯棒进行造粒处理，从而获得2～6mm的可熔性聚四氟乙烯颗粒。

步骤3：可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制备：

3.1将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，充分混合、搅拌，从而获得熔融状态的聚四氟乙烯颗粒。将这种颗粒经多道加热工序，将熔化混合均匀的胚料经螺杆挤出机推压挤出，通过模具定型后，进入真空定径仓定径，然后进入水槽冷却定型，制备出直径大小不同的可熔性聚四氟乙烯管材。

3.2将步骤3.1所获得的熔融状态的聚四氟乙烯颗粒经螺杆挤出机推压挤出，通过模具定型后，进入真空定径仓定径，然后进入水槽冷却定型，从而获得直径大小不同的可熔性聚四氟乙烯管材。

本发明的超细短纤维具有耐高温、耐腐蚀、强度高等特点。由于在制备过程中通过多次拉伸工艺使纤维强度大大提高，常温下拉伸强度高达700～800Mpa，是PFA材料的20～30倍，线密度为1～5den，长度为0.5～5mm，热收缩率＜3％。

表1普通的聚四氟乙烯(PFA)管材与本发明的增强型可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材性能对照表。

由表1可以看出，本发明的增强型可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材与未改性前的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材相比强度增加2～10倍，热收缩率减少50％以上，大大提高了使用寿命。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。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。

Claims (5)

1.一种制备可熔性聚四氟乙烯管材的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：超细短纤维的制备；

步骤2：可熔性聚四氟乙烯颗粒的制备：

将步骤1获得的超细短纤维加入到熔融状态的聚四氟乙烯中，从而获得可熔性聚四氟乙烯颗粒；

步骤3：可熔性聚四氟乙烯管材的制备：

将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，再通过推压、挤出、定型、拉伸、冷却处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯管材；

其中，所述步骤1包括以下步骤：

1.1选取聚四氟乙烯分散树脂；

1.2将该聚四氟乙烯分散树脂制胚、压延、拉伸、分切、加捻成束、卷曲、切断及开松，从而获得超细短纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超细短纤维的线密度为1～5den、长度为0.5～5mm、和/或热收缩率＜3％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步骤2包括以下步骤：

2.1选取可熔性聚四氟乙烯；

2.2将该可熔性聚四氟乙烯树脂放在不锈钢容器中并进行加热、搅拌处理，在加热过程中，不断搅拌，加热至完全熔融状态；

2.3加入步骤一所获得的超细短纤维，混合均匀，通过挤出机挤出棒状物，获得可熔性聚四氟乙烯棒；

2.4对步骤2.3所获得可熔性聚四氟乙烯棒进行造粒处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯颗粒。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述步骤2.2中，搅拌速度为10～30r/min，加热时的升温速度为5℃/min，以及升温至250～350℃后保持温度恒定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述步骤3包括以下步骤：

3.1将步骤二所获得的可熔性聚四氟乙烯颗粒加热至熔融状态，充分混合、搅拌，从而获得熔融状态的聚四氟乙烯颗粒；

3.2将步骤3.1所获得的熔融状态的聚四氟乙烯颗粒通过推压、挤出、定型、拉伸、冷却处理，从而获得可熔性聚四氟乙烯管材。