CN109550409A - 一种聚四氟乙烯中空纤维膜及其无极拉伸制备方法 - Google Patents

一种聚四氟乙烯中空纤维膜及其无极拉伸制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，包括以下步骤：S01，将聚四氟乙烯分散树脂、溶剂油按比例混合均匀后密封陈化；S02，陈化后的混合料压制成中空柱形坯体；S03，将中空柱形坯体推挤形成初生聚四氟乙烯中空纤维；S04，进行加热脱油处理；S05，将聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸；S06，在一定张力下烧结定型，最后进行收卷。本发明还公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜，由上述制备方法得到。本发明提供的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸及其制备方法，能够增大初生中空纤维膜外径及拉伸倍率可调范围，微孔性能控制准确容易。

Description

一种聚四氟乙烯中空纤维膜及其无极拉伸制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯中空纤维膜及其无极拉伸制备方法，属于PTFE微孔膜及其制备。
背景技术
PTFE(聚四氟乙烯)由于具有一系列优异的化学和物理性能，是一种非常重要的工程塑料，在很多领域都有应用。聚四氟乙烯微孔膜具有耐酸碱、耐化学腐蚀等特性，是环保、化工、生物医疗等行业的理想膜分离材料。
PTFE微孔膜按产品形态可以分为平板膜、中空纤维膜和管式膜，目前产品主要以平板膜为主，商品化的中空纤维膜主要有日本住友的POREFLON和美国GORE的ZEFLOUR等。中空纤维膜通常采用推挤成型获得初生膜丝，对初生膜丝进行轴向拉伸以获得微孔结构。轴向拉伸主要是通过两组或多组牵引辊轮之间的速度差实现对膜丝的一级或多级拉伸，为避免初生PTFE中空纤维膜在速度突变状态下拉伸而出现断丝情况，对初生中空纤维膜外径及拉伸倍率可调范围较小，且对微孔性能控制亦较为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够增大初生中空纤维膜外径及拉伸倍率可调范围，微孔性能控制准确容易的聚四氟乙烯中空纤维膜及其无极拉伸制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，包括以下步骤：
S01，将聚四氟乙烯分散树脂、溶剂油按比例混合均匀后密封陈化；
S02，将S01陈化后的混合料倒入带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体；
S03，将S02中得到的中空柱形坯体放入挤压缸内，通过柱塞推挤形成初生聚四氟乙烯中空纤维；
S04，将S03中形成的聚四氟乙烯中空纤维进行加热脱油处理；
S05，将S04中脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸；
S06，将S05中拉伸后的聚四氟乙烯中空纤维膜在一定张力下烧结定型，最后进行收卷。
S01中，以质量分数计，聚四氟乙烯分散树脂的质量分数为70～80％，溶剂油质量分数为20～30％。
S01中，分散型聚四氟乙烯树脂的结晶度为98～99.9％、分子量为200万～1000万。
S01中，溶剂油为煤油、白油、甲苯、酒精、丙酮中的至少一种。
S01中，密封陈化的条件为：温度为40～60℃，时间为6～24小时。
S02中，压坯机温度为40～50℃；S03中，柱塞推挤挤出温度为40～60℃。
S05中，螺杆直径逐级增加，膜丝的拉伸倍率等于膜丝所缠绕螺杆的最大直径与最小直径之比。
螺杆直径为10～250mm，最大直径与最小直径比值范围为2～25，螺杆转速为5～30rpm。
S04中，脱油段温度为220～260℃；S05中，拉伸段温度为260～360℃；S06中，烧结段温度为360～420℃。
一种聚四氟乙烯中空纤维膜，由上述一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法得到，制备得到的聚四氟乙烯中空纤维膜的外径为0.2～4.0mm，孔径为37～5163nm，孔隙率为52～92％。
本发明的有益效果：
1、本发明方法可解决PTFE中空纤维膜在外力作用下无法进行大倍率拉伸的问题，本发明方法可实现2～25倍的拉伸，可制备5μm孔径的PTFE中空纤维膜；
2、本发明方法可解决超细中空纤维膜在外力作用下拉伸易断丝问题，可制备出外径0.2～0.6mm的超细PTFE中空纤维膜；
3、本发明方法可根据实际需要实现对微孔结构的精确控制；
4、本发明提供的制备方法工艺简单、易行，容易工业化生产。
附图说明
图1为本发明中螺杆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明所使用的原料、测试设备均为市购。孔径分析仪：CFP-1200A，美国PMI公司。
具体实施例1
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂F104、煤油按71:29质量比例混合均匀后于40℃下密封陈化12小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入50℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入60℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径0.8mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于250℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为360℃，选用螺杆最小端直径d为25mm，最大端直径D为50mm，D/d值为2，长度为750mm，螺杆转速控制为10rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为390℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径0.6mm，平均孔径37nm，孔隙率52％。
具体实施例2
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂F106、甲苯按76:24质量比例混合均匀后于60℃下密封陈化24小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入50℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入60℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径0.5mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于220℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为290℃，选用螺杆最小端直径d为25mm，最大端直径D为75mm，D/d值为3，长度为750mm，螺杆转速控制为5rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为360℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径0.2mm，平均孔径158nm，孔隙率69％。
具体实施例3
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂F104、白油按80:20质量比例混合均匀后于40℃下密封陈化6小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入40℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入40℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径4mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于260℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为360℃，选用螺杆最小端直径d为25mm，最大端直径D为250mm，D/d值为10，长度为1500mm，螺杆转速控制为30rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为420℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径3.2mm，平均孔径2169nm，孔隙率85％。
具体实施例4
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂261、丙酮按70:30质量比例混合均匀后于40℃下密封陈化24小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入40℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入40℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径5.0mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于220℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为360℃，选用螺杆最小端直径d为10mm，最大端直径D为250mm，D/d值为25，长度为2000mm，螺杆转速控制为30rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为420℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径4.0mm，平均孔径5163nm，孔隙率92％。
具体实施例5
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂132、酒精按75:25质量比例混合均匀后于50℃下密封陈化12小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入50℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入60℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径4.0mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于260℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为360℃，选用螺杆最小端直径d为40mm，最大端直径D为200mm，D/d值为5，长度为1200mm，螺杆转速控制为15rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为420℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径3.6mm，平均孔径936nm，孔隙率87％。
具体实施例6
步骤一，将聚四氟乙烯分散树脂F104、煤油按71:29质量比例混合均匀后于40℃下密封陈化12小时。
步骤二，将陈化后混合料倒入40℃带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体。
步骤三，将柱形坯体放入50℃挤压缸内，通过柱塞推挤形成外径2.0mm的初生PTFE中空纤维。
步骤四，将形成的PTFE中空纤维于220℃下加热脱油处理直到溶剂油完全脱除。
步骤五，脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，螺杆的结构如图1所示，由螺杆最小端进入，由最大端牵出，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸。具体地，拉伸段温度为260℃，选用螺杆最小端直径d为10mm，最大端直径D为200mm，D/d值为20，长度为1500mm，螺杆转速控制为8rpm。
步骤六，初生PTFE中空纤维经螺杆在一定张力下烧结定型，烧结段温度为400℃，最后进行收卷后获得聚四氟乙烯中空纤维膜，制备的聚四氟乙烯中空纤维膜各项性能测试结果为：外径0.8mm，平均孔径4385nm，孔隙率91％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，将聚四氟乙烯分散树脂、溶剂油按比例混合均匀后密封陈化；
S02，将S01陈化后的混合料倒入带有芯棒的圆柱形压坯机内压制成中空柱形坯体；
S03，将S02中得到的中空柱形坯体放入挤压缸内，通过柱塞推挤形成初生聚四氟乙烯中空纤维；
S04，将S03中形成的聚四氟乙烯中空纤维进行加热脱油处理；
S05，将S04中脱油后的聚四氟乙烯中空纤维从底部进入旋转螺杆，利用螺杆逐渐变大的直径实现螺杆表面线速度的无极增加，从而实现对初生聚四氟乙烯中空纤维的无极拉伸；
S06，将S05中拉伸后的聚四氟乙烯中空纤维膜在一定张力下烧结定型，最后进行收卷。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S01中，以质量分数计，聚四氟乙烯分散树脂的质量分数为70～80％，溶剂油质量分数为20～30％。
3.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S01中，分散型聚四氟乙烯树脂的结晶度为98～99.9％、分子量为200万～1000万。
4.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S01中，溶剂油为煤油、白油、甲苯、酒精、丙酮中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S01中，密封陈化的条件为：温度为40～60℃，时间为6～24小时。
6.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S02中，压坯机温度为40～50℃；S03中，柱塞推挤挤出温度为40～60℃。
7.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S05中，螺杆直径逐级增加，膜丝的拉伸倍率等于膜丝所缠绕螺杆的最大直径与最小直径之比。
8.根据权利要求7所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：螺杆直径为10～250mm，最大直径与最小直径比值范围为2～25，螺杆转速为5～30rpm。
9.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法，其特征在于：S04中，脱油段温度为220～260℃；S05中，拉伸段温度为260～360℃；S06中，烧结段温度为360～420℃。
10.一种聚四氟乙烯中空纤维膜，其特征在于：由权利要求1到9任一所述一种聚四氟乙烯中空纤维膜无极拉伸制备方法得到，制备得到的聚四氟乙烯中空纤维膜的外径为0.2～4.0mm，孔径为37～5163nm，孔隙率为52～92％。
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