CN108201738A - 一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，包括玻璃纤维滤材层，在玻璃纤维滤材层的上侧面和下侧面对称设置有至少两层聚四氟乙烯膜层，在玻璃纤维滤材层和聚四氟乙烯膜层的双面均设置有粘结剂膜层。还提供了上述复合滤材的制备方法，将配制好的粘结剂膜层溶液放置于一个混合溶液槽中；将一层复合玻璃纤维基材和以复合玻璃纤维基材为中心对称设置的至少两层聚四氟乙烯滤膜层叠，然后导入装有粘结剂膜层溶液的混合溶液槽中；再导入装有粘结剂凝固剂的水槽中，使得粘结溶液凝固成多孔滤膜；再导入微波通道烘干，然后采用卷绕机卷起。本发明的复合滤材，强度大、单位面积过气量大、过滤精度高、有效提高材料的疏水性、耐高温、耐腐蚀。

Description

一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学领域，尤其涉及聚四氟乙烯材料的应用技术，具体来说是一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法。
背景技术
在空气过滤行业中，过滤器滤芯实用的基材一般可分为无机基材和有机基材两种，无机基材主要以玻璃纤维为主，有机基材主要以聚四氟乙烯为主。
玻璃纤维（glass fiber）是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点；但是，其缺点也很明显，主要表现为脆性大，耐磨性差等。
聚四氟乙烯（Teflon或PTFE），俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力等优点，尤其是其具有的强憎水性，特别适合作为空气过滤的基材；但是，聚四氟乙烯本身非常致密，以此材料做成的滤材存在通量小、孔径分布不均等方面的缺陷。
如何充分发挥两种基材的性能优势，弥合相互之间的不足，是整个空气过滤器行业从业者孜孜以求的目标。于是，有了玻璃纤维和聚四氟乙烯复合滤材，也取得了相当大的成功。中国专利（CN200510024216.2）公布了一种聚四氟乙烯复合膜的玻璃纤维基材，该基材具有良好的均匀性、表面平整，充分利用和发挥了玻璃纤维滤材阻力小，过滤效率高的特点，克服了玻璃纤维抗张强度差的不足，与四氟乙烯膜复合后，既保留了玻璃纤维滤材的优点，又利用了聚四氟乙烯膜耐高温、抗老化、憎水性能优的特点。中国专利（CN03129430.8）公布了一种聚四氟乙烯（PTFE）复合膜的过滤材料，该聚四氟乙烯（PTFE）复合膜过滤材料克服了以前的复合熔接滤材易造成滤材孔道的缺陷，制得的玻璃纤维-聚四氟乙烯复合滤材强度大、单位面积空气流通量大，极大提高了过滤效率。
上述发明所述的用于空气过滤的玻璃纤维-聚四氟乙烯复合滤材虽然在空气过滤滤材的各项性能上都表现出了极大的优越性，所述滤材也已经获得了广泛应用，但是在长期使用过程中依然存在着不少困扰。主要表现在：由于长期高湿度空气的过滤，或重复消毒的高温高湿环境使用等所造成的玻璃纤维滤材纤维断裂、甚至脱落，不但会影响使用效果，局限适用范围，而且会影响滤材的使用寿命。且上述发明所述的滤材制备方法由于描述过少而难以实现或操作实现难度过大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法，所述的这种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法要解决现有技术中的聚四氟乙烯多层复合滤材玻璃纤维易断裂、甚至脱落，影响使用寿命的技术问题。
本发明提供了一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，包括一个玻璃纤维滤材层，在所述的玻璃纤维滤材层的上侧面和下侧面对称设置有至少两层聚四氟乙烯膜层，玻璃纤维滤材层和聚四氟乙烯膜层的上侧面和下侧面均各自设置有粘结剂膜层。
进一步的，所述的玻璃纤维滤材层为辅助滤材兼多层复合滤材的支撑基材。
进一步的，所述的聚四氟乙烯膜层为主要滤材兼多层复合滤材的保护层。
进一步的，所述的粘结剂膜层是由含有造孔剂的有机高分子聚合物凝结生成，同时起到对聚四氟乙烯和玻璃纤维的粘合作用。
进一步的，所述的玻璃纤维滤材层由平均细度为0.01um至12um的玻璃纤维按不同的配比复合而成，所述的玻璃纤维滤材层的空气阻力为小于450pa,抗拉强度为大于0.35KN/m，平均厚度为20±5mm。
进一步的，所述的聚四氟乙烯膜层是以聚四氟乙烯为原料、经过膨化拉伸后形成的一种多孔滤膜，其孔径为0.01-0.1um。
进一步的，所述的粘结剂膜层是以有机高分子聚合物如聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟二乙烯为主要基材，辅以造孔剂氯化钠、氯化锂、氯化铵、碘化钾等，高分子聚合物优选高度疏水的聚偏氟二乙烯，造孔剂优选氯化铵。
本发明还提供了一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的制备方法，包括如下步骤：
1)一个制备粘结剂膜层溶液的步骤，将配制好的粘结剂膜层溶液放置于一个混合溶液槽中；
2)将一层复合玻璃纤维基材和以复合玻璃纤维基材为中心对称设置的至少两层聚四氟乙烯滤膜层叠，然后依顺序导入装有粘结剂膜层溶液的混合溶液槽中，使得所述的玻璃纤维滤材层和所述的聚四氟乙烯膜层的双面均设置有粘结剂膜层；
3)再导入装有粘结剂凝固剂的水槽中，使得粘结溶液凝固成多孔滤膜；
4)再导入微波通道烘干，然后采用卷绕机卷起。
进一步的，所述的粘结剂凝固剂是水、或者有机溶剂的水溶液，凝固浴液温度为10-50℃。
具体的，玻璃纤维滤材与聚四氟乙烯滤材通过粘结剂粘合的过程是：将滤材层叠、进入装有高分子聚合物-造孔剂混合溶液的装置，滤材双面粘着高分子聚合物-造孔剂混合溶液，形成增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的预配复合体。
其中，粘结剂凝固成多孔滤膜的过程是：将上述的增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的预配复合体进入装有凝固剂的装置，高分子聚合物-造孔剂混合溶液固化起到粘结作用，同时形成多孔滤膜作为复合滤材的滤材层，预配复合体最终形成增强型聚四氟乙烯多层复合滤材。
其中，多层复合滤材的烘干过程是：将上述的增强型聚四氟乙烯多层复合滤材进入烘干装备，烘干方式可以是红外、热风、微波等。
进一步的，这种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的层叠顺序依次为：粘结剂膜层-聚四氟乙烯膜层-粘结剂膜层-玻璃纤维基材层-粘结剂膜层-聚四氟乙烯膜层-粘结剂膜层。玻璃纤维膜层被高度疏水性的聚四氟乙烯膜层-粘结剂膜层层层夹裹，避免了高湿空气或高湿环境对玻璃纤维损伤所造成的断裂、剥离、脱落，延长使用寿命，提高使用效率。
进一步的，整个增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的制备过程是连续化的。
本发明的粘结剂不但可以起到对上述两种滤材的粘合剂作用；又由于其可以自发形成多孔结构的有机薄膜，本身作为多层复合滤材的一种滤材起到相对应的过滤作用，同时，不会对玻璃纤维滤材和聚四氟乙烯滤材的过滤孔道造成障碍。
本发明制得的增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，强度大、单位面积过气量大、过滤精度高、有效提高材料的疏水性、耐高温、耐腐蚀。
本发明既利用了玻璃纤维滤材阻力小，过滤效率高的特点，又利用了聚四氟乙烯膜耐高温、抗老化、憎水性能优的特点；既克服了以前的复合熔接滤材易造成滤材孔道的缺陷，又克服了原有技术形成的滤材在长期高湿度空气过滤或重复消毒的高温高湿环境下使用所造成的玻璃纤维滤材纤维断裂、甚至脱落的技术难题，提高了滤材的过滤精度，并延长滤材的使用寿命。
本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明克服了已有技术形成的滤材易造成滤材孔道堵塞的缺陷；克服了已有技术形成的滤材在长期高湿度空气过滤或重复消毒的高温高湿环境下使用所造成的玻璃纤维滤材纤维断裂、甚至脱落的缺陷。本发明形成的多层复合滤材比已有技术形成的滤材具有更加高的精度，满足更加严苛的使用要求。本发明的多层复合滤材制备方法，操作简单，经济实用。
附图说明
图1是本发明的多层复合滤材断面示意图。复合滤材的层叠顺序依次为：粘结剂膜层2-聚四氟乙烯膜层1-粘结剂膜层2-玻璃纤维基材层3-粘结剂膜层2-聚四氟乙烯膜层1-粘结剂膜层2。
图2是本发明的多层复合滤材制备方法示意图。图中，11是玻璃纤维滤材与聚四氟乙烯滤材通过粘结剂粘合装置；22是粘结剂凝固成多孔滤膜的凝固浴槽；33是多层复合滤材的烘干装备；44是成品卷绕机，整个生产过程连续化进行。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，包括玻璃纤维滤材层3，在所述的玻璃纤维滤材层3的上侧面和下侧面对称设置有至少两层聚四氟乙烯膜层1，在所述的玻璃纤维滤材层3和所述的聚四氟乙烯膜层1的双面均设置有粘结剂膜层2。
进一步的，所述的玻璃纤维滤材层3为辅助滤材兼多层复合滤材的支撑基材。
进一步的，所述的聚四氟乙烯膜层1为主要滤材兼多层复合滤材的保护层。
进一步的，所述的粘结剂膜层2是由含有造孔剂的有机高分子聚合物凝结生成，同时起到对聚四氟乙烯1和玻璃纤维3的粘合作用。
进一步的，所述的玻璃纤维滤材层1由平均细度为0.01um至12um的玻璃纤维按不同的配比复合而成，所述的玻璃纤维滤材层的空气阻力为小于450pa,抗拉强度为大于0.35KN/m，平均厚度为20±5mm。
进一步的，所述的聚四氟乙烯膜层1是以聚四氟乙烯为原料，经过膨化拉伸后形成的一种多孔滤膜，其孔径为0.01-0.1um。
进一步的，所述的粘结剂膜层2是以有机高分子聚合物如聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氟二乙烯为主要基材，辅以造孔剂氯化钠、氯化锂、氯化铵、碘化钾等，高分子聚合物优选高度疏水的聚偏氟二乙烯，造孔剂优选氯化铵。
上述增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的制备方法为：
将一层空气阻力为350pa,抗拉强度0.45KN/m，厚度为19mm的复合玻璃纤维基材3和两层孔径为0.01um的聚四氟乙烯滤膜1层叠、顺序进入装有聚偏氟乙烯-氯化铵-二甲基甲酰胺（13/0.5/86.5）的混合溶液槽11，和装有25℃水的水槽22，再连续进入微波通道33烘干(2KW,3min)，卷绕机44卷起。
成品主要性能参数为：气流阻力650pa,抗拉强度25KN/m，过滤精度0.01um。蒸汽灭菌环境（121℃/30min）重复200次无明显变化。
实施例2
将一层空气阻力为370pa,抗拉强度0.40KN/m，厚度为20mm的复合玻璃纤维基材3和两层孔径为0.05um的聚四氟乙烯滤膜1层叠、顺序进入装有聚醚砜-氯化锂-二甲基亚砜（10/1/89）的混合溶液槽11，和装有25℃水-二甲基亚砜（9/1)的凝固浴槽22，再连续进入暖风通道33中烘干（50℃，10min)，卷绕机44卷起。
成品主要性能参数为：气流阻力620pa,抗拉强度20KN/m，过滤精度0.05um。蒸汽灭菌环境（121℃/30min）重复150次无明显变化。
虽然以上描述了本发明的增强型聚四氟乙烯多层复合滤材及其制备方法的具体实施方式，但是对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可以做出多种变更或修饰，但这些变更和修饰也应视为本发明的保护范围，因为本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。

Claims (9)

1.一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，包括一个玻璃纤维滤材层，其特征在于：在所述的玻璃纤维滤材层的上侧面和下侧面对称设置有至少两层聚四氟乙烯膜层，玻璃纤维滤材层和聚四氟乙烯膜层的上侧面和下侧面均各自设置有粘结剂膜层。
2.根据权利要求1所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的玻璃纤维滤材层为辅助滤材兼多层复合滤材的支撑基材；所述的聚四氟乙烯膜层为主要滤材兼多层复合滤材的保护层；所述的粘结剂膜层由含有造孔剂的有机高分子聚合物凝结生成。
3.根据权利要求1所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的玻璃纤维滤材层由平均细度为0.01um至12um的玻璃纤维复合而成，所述的玻璃纤维滤材层的空气阻力小于450pa,抗拉强度为大于0.35KN/m，平均厚度为20±5mm。
4.根据权利要求1所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的聚四氟乙烯膜层是以聚四氟乙烯为原料、经过膨化拉伸后形成的多孔滤膜，其孔径为0.01-0.1um。
5.根据权利要求1所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的粘结剂膜层由有机高分子聚合物和造孔剂组成，所述的有机高分子聚合物为聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯、聚氯乙烯或者聚偏氟二乙烯，所述的造孔剂为氯化钠、氯化锂、氯化铵或者碘化钾。
6.根据权利要求5所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的粘结剂膜层由聚偏氟乙烯、氯化铵和二甲基甲酰胺组成，所述的聚偏氟乙烯、氯化铵和二甲基甲酰胺的质量比为13：0.5：86.5。
7.根据权利要求5所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材，其特征在于：所述的粘结剂膜层由聚醚砜、氯化锂和二甲基亚砜组成，所述的聚醚砜、氯化锂和二甲基亚砜的质量比为10：1：89。
8.一种制备如权利要求1所述的增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的方法，其特征在于：包括如下步骤：
一个制备粘结剂膜层溶液的步骤，将配制好的粘结剂膜层溶液放置于一个混合溶液槽中；
将一层复合玻璃纤维基材和以复合玻璃纤维基材为中心对称设置的至少两层聚四氟乙烯滤膜层叠，然后依顺序导入装有粘结剂膜层溶液的混合溶液槽中，使得所述的玻璃纤维滤材层和所述的聚四氟乙烯膜层的双面均设置有粘结剂膜层；
再导入装有粘结剂凝固剂的水槽中，使得粘结溶液凝固成多孔滤膜；
再导入微波通道烘干，然后采用卷绕机卷起。
9.根据权利要求8所述的一种增强型聚四氟乙烯多层复合滤材的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂凝固剂是水、或者有机溶剂的水溶液，凝固浴液温度为10-50℃。
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