CN105970333A - 聚四氟乙烯纤维 - Google Patents

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    • D01F1/10—Other agents for modifying properties

Abstract

本申请公开了一种聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：聚四氟乙烯80‑90份，玻璃纤维15‑23份，炭纤维20‑24份，三氧化二铝2‑6份，石墨14‑18份，二氧化硅8‑12份，二硫化钼3‑6份，聚苯硫醚8‑10份，乙基三甲氧基硅烷6‑9份，铜粉3‑6份。本发明提供的聚四氟乙烯纤维，通过对聚四氟乙烯进行改性以及辅以特种填料，使得得到的聚四氟乙烯纤维的强度为20‑30cN/dtex，线膨胀系数为(2.13‑3.38)×10‑5K‑1，显著地提高了硬度，增加了导热性能；且由于降低了线性膨胀系数，进而也降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度，也提高了聚四氟乙烯纤维的尺寸稳定性。

Description

聚四氟乙烯纤维
技术领域
本公开一般涉及高分子材料技术领域，具体涉及过滤材料，尤其涉及聚四氟乙烯纤维。
背景技术
聚四氟乙烯纤维(简称PTFE)，在我国称为氟纶，作为当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，同时还具有高度的化学稳定性和卓越的耐化学腐蚀能力，如耐强酸、强碱、强氧化剂等，有突出的耐热、耐寒及耐摩性，且可在250℃的环境中长期使用，使得聚四氟乙烯纤维成为垃圾焚烧炉和煤锅炉等领域的排气净化滤材料的首选。例如，由PTFE纤维制作的高温粉尘滤袋已作为都市垃圾焚烧炉的滤袋而被广泛使用。而我国的传统行的火力发电、化工、冶金、水泥、垃圾焚烧等行业的烟气或者废气排亮量极其大，是造成我国空气污染的主要原因之一。而这些烟气或者废气含有二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘等，且大部分烟气或者废气的温度范围为100-250℃，因此，聚四氟乙烯纤维很适合做高温过滤材料，从而实现降低对空气的污染。
但是由于聚四氟乙烯纤维的线性膨胀系数大，硬度低，导热性差等缺点，使得聚四氟乙烯纤维在高温下体积增加，影响聚四氟乙烯纤维与其他成分的材料之间的配合，进而影响其材料化学性能的体现。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种线性膨胀系数低、导热性和硬度高的聚四氟乙烯纤维。
本发明提供一种聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：聚四氟乙烯80-90份，玻璃纤维15-23份，炭纤维20-24份，三氧化二铝2-6份，石墨14-18份，二氧化硅8-12份，二硫化钼3-6份，聚苯硫醚8-10份，乙基三甲氧基硅烷6-9份，铜粉3-6份。
本发明提供的聚四氟乙烯纤维，通过对聚四氟乙烯进行改性以及辅以特种填料，使得得到的聚四氟乙烯纤维的强度为20.3-31.2cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(2.13-3.38)×10-5K-1，显著地提高了硬度，增加了导热性能；且由于降低了线性膨胀系数，进而也降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度，也提高了该纤维的尺寸稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的氟乙烯纤维制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
本实施例提供聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯85份，玻璃纤维17份，炭纤维24份，三氧化二铝5份，石墨18份，二氧化硅11份，二硫化钼5份，聚苯硫醚9份，乙基三甲氧基硅烷7份，铜粉4份。
实施例二
本实施例提供聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯90份，玻璃纤维20份，炭纤维20份，三氧化二铝6份，石墨16份，二氧化硅8份，二硫化钼5份，聚苯硫醚8份，乙基三甲氧基硅烷6份，铜粉4份。
实施例三
本实施例提供聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯88份，玻璃纤维18份，炭纤维23份，三氧化二铝4份，石墨17份，二氧化硅10份，二硫化钼4份，聚苯硫醚8.5份，乙基三甲氧基硅烷7.5份，铜粉5份。
实施例四
本实施例提供聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯87份，玻璃纤维23份，炭纤维22份，三氧化二铝3份，石墨15份，二氧化硅12份，二硫化钼6份，聚苯硫醚10份，乙基三甲氧基硅烷9份，铜粉6份。
实施例五
本实施例提供聚四氟乙烯纤维，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯80份，玻璃纤维15份，炭纤维21份，三氧化二铝2份，石墨14份，二氧化硅9份，二硫化钼3份，聚苯硫醚8份，乙基三甲氧基硅烷6份，铜粉3份。
请参考图1，本发明采用如下制备工艺制备出聚四氟乙烯纤维：
步骤S1：取上述聚四氟乙烯制成水乳液，具体为：将聚四氟乙烯加水加乳化剂和引发剂进行聚合，形成水乳液。其中乳化剂如全氟辛酸铵，引发剂如过硫酸盐；
步骤S2：加入聚乙烯醇和聚氧化乙烯，混合均匀；
步骤S3：加入硼酸盐和氢氧化钠，并保持PH值为8-9；
步骤S4：然后利用螺杆挤出机进行纺丝，冷却，拉伸，得混合纤维，其中冷却温度为16-18℃，螺杆挤出机内熔融温度为250℃-270℃，拉伸率为2-4倍；
步骤S5：在混合纤维中加入上述玻璃纤维，炭纤维，三氧化二铝，石墨，二氧化硅，二硫化钼，聚苯硫醚，乙基三甲氧基硅烷，铜粉进行烧结，得聚四氟乙烯纤维，具体为在混合纤维中加入炭纤维、三氧化二铝、二氧化硅、铜粉和乙基三甲氧基硅烷后，混搅均匀，然后在空气中以50-90℃/小时的升温速率加热至300℃，保温1-2h，然后加入上述玻璃纤维、石墨、二硫化钼和聚苯硫醚再以50-80℃/小时的升温速率加热至350℃，保温3-4小时，然后冷却，得聚四氟乙烯纤维。
在上述制备工艺中，全氟辛酸铵和过硫酸盐的重量份数为10-12份和8-10份；聚乙烯醇和聚氧化乙烯的重量份数为20-24份和16-20份；硼酸盐的重量份数为4-8份。
为了说明本发明提供的聚四氟乙烯纤维的优异性能，本申请人对上述实施例一至实施例五制备出的聚四氟乙烯纤维在强度及线性膨胀系数方面进行了测试，其中根据ISO11359-2的规定测量方法测量线性膨胀系数，根据ISO5079-1997的规定进行聚四氟乙烯纤维的强度测试。
经测试，得到如下结果：
实施例一提供的聚四氟乙烯纤维，聚四氟乙烯纤维的密度为2.0g/cm3，强度为20.3cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(2.87-3.18)×10-5K-1，其中在250-260℃时线膨胀系数为3.12×10-5K-1，显著地增加了导热性能和提高了硬度，且降低了线性膨胀系数，进而降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度。
实施例二提供的聚四氟乙烯纤维，聚四氟乙烯纤维的密度为2.2g/cm3，强度为25.5cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(2.45-3.01)×10-5K-1，其中在250-260℃时线膨胀系数为2.78×10-5K-1，显著地增加了导热性能和提高了硬度，且降低了线性膨胀系数，进而降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度。
实施例三提供的聚四氟乙烯纤维，聚四氟乙烯纤维的密度为2.5g/cm3，强度为31.2cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(2.13-2.66)×10-5K-1，其中在250-260℃时线膨胀系数为2.32×10-5K-1，显著地增加了导热性能和提高了硬度，且降低了线性膨胀系数，进而降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度。
实施例四提供的聚四氟乙烯纤维，聚四氟乙烯纤维的密度为2.33g/cm3，强度为29..2cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(2.41-2.84)×10-5K-1，其中在250-260℃时线膨胀系数为2.75×10-5K-1，显著地增加了导热性能和提高了硬度，且降低了线性膨胀系数，进而降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度。
实施例五提供的聚四氟乙烯纤维，聚四氟乙烯纤维的密度为2.0g/cm3，强度为23.1cN/dtex，在100-280℃内线膨胀系数为(3.13-3.38)×10-5K-1，其中在250-260℃时线膨胀系数为3.24×10-5K-1，显著地增加了导热性能和提高了硬度，且降低了线性膨胀系数，进而降低了聚四氟乙烯纤维在250℃内的体积变化程度。
在本申请中，碳纤维具有高强度、热膨胀系数小且耐高温，具有优良耐热性。玻璃纤维具有熔点高、高温力学性能优良、绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好等特点。聚四氟乙烯纤维(PTFE)具有极佳的化学稳定性，不与环境介质发生反应，能承受大部分强酸、强碱、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。此外吸水率极低，热稳定性能优异。
本申请人认为本发明提供的聚四氟乙烯纤维在强度性能之所以有显著的提升，在在100-280℃内线性膨胀系数性能之所以有显著的降低是因为采用炭纤维、玻璃纤维和聚四氟乙烯纤维三种纤维进行配合，并在聚四氟乙烯、玻璃纤维、炭纤维、三氧化二铝、石墨、二氧化硅、二硫化钼、聚苯硫醚、乙基三甲氧基硅烷、铜粉的作用下发生协同作用，同时与传统烧结工艺不同，在烧结过程中将上述原料在不同的温度下分别放入，使得聚四氟乙烯纤维中的三种纤维在强度、散热性能方面形成积聚效应，使得聚四氟乙烯纤维材料显著地提高了强度和散热性能，降低了线性膨胀系数。此外，本申请人通过大量的实验还发现，只有满足本申请提供的各组分的对应的重量分数关系以及本文所述的制备工艺才能实现上述优异效果。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种聚四氟乙烯纤维，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯80-90份，玻璃纤维15-23份，炭纤维20-24份，三氧化二铝2-6份，石墨14-18份，二氧化硅8-12份，二硫化钼3-6份，聚苯硫醚8-10份，乙基三甲氧基硅烷6-9份，铜粉3-6份。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯85-90份，玻璃纤维17-20份，炭纤维22-24份，三氧化二铝3-5份，石墨16-18份，二氧化硅9-11份，二硫化钼3-5份，聚苯硫醚8-9份，乙基三甲氧基硅烷7-8份，铜粉4-6份。
3.根据权利要求2所述的聚四氟乙烯纤维，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：
聚四氟乙烯88份，玻璃纤维18份，炭纤维23份，三氧化二铝4份，石墨17份，二氧化硅10份，二硫化钼4份，聚苯硫醚8.5份，乙基三甲氧基硅烷7.5份，铜粉5份。
4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维，其特征在于，所述聚四氟乙烯纤维的密度为2.0-2.5g/cm3。
5.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维，其特征在于，所述聚四氟乙烯纤维的强度为20.3-31.2cN/dtex。
6.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纤维，其特征在于，所述聚四氟乙烯纤维在100-280℃内线膨胀系数为(2.13-3.38)×10-5K-1。
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