CN110528131B - 一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，属于聚四氟乙烯功能性材料制备领域，本发明通过将聚四氟乙烯分散颗粒料低温给油处理，熟化，真空模压成型，推压挤出料条，压出薄膜，脱脂，进行加热拉伸，将薄膜分切成扁丝，并且将扁丝单丝加捻制备成圆丝，将圆丝进行加热拉伸定型，制备成1250D PTFE单股缝纫线。通过本发明通过单丝加捻制备出的单股缝纫线，不仅能满足强度高、伸长率低指标，而且相比于多股缝纫线，摩擦系数低，更有利于高速缝纫线的使用。

Description

一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺
技术领域
本发明属于聚四氟乙烯功能性材料制备领域，特别涉及一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)具有耐温、耐腐蚀、耐老化、不粘附、不水解等优异特点，并有优异的低摩擦特性，将其制造出长丝，PTFE长丝可以用做缝纫线，用于PTFE耐高温除尘袋的缝制。
PTFE缝纫线需强度高，所以目前PTFE缝纫线的制备工艺均先单丝加捻得单股PTFE长纤维，然后经过二股、三股、四股等多股加捻，再经过加热定型，得到缝纫线。这是由于多股加捻的聚四氟乙烯之间抱合力强，容易满足高强度的要求。如果采用单股聚四氟乙烯纤维，与多股缝纫线在相同粗细下相比，单丝PTFE缝纫线的强度是明显低于多股缝纫线，所以单纱缝纫线在使用时很容易产生断丝，不仅影响工作效率，还会导致整个织物的机械性能下降。
而多股缝纫线虽然强度较大，通过合股后的加热定型，释放捻应力的同时也较好地保留单丝捻纹与合股捻文，而且各层纤维之间差异大，显著增加缝纫线的表面粗糙度，所以在使用时会产生严重摩擦问题，自润滑效果差，尤其当用于高速缝纫机时(2000转/min以上)，高速下，较高摩擦系数的缝纫线很容易产生断纱，断头和纱线起毛、起球纱等现象，对后续织物的质量、力学性能和影响均会产生严重影响，而且多股缝纫线的断裂伸长率高，这也是多股缝纫线存在的主要问题之一。
针对目前多股PTFE缝纫线断裂伸长率高，摩擦系数大，难以适用于高速缝纫机，而单纱缝纫线力学性能差的问题，所以还需要对生产工艺技术作更深探索、不断攻关研发，找出一种既能保证强度，又能降低摩擦系数的聚四氟乙烯缝纫线制备方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于高速缝纫机高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺。主要通过新工艺的热处理拉伸得到PTFE扁丝，通过单丝加捻制备单丝聚四氟乙烯缝纫线，在保证高强度、低伸长率的同时，显著降低传统PTFE的摩擦系数，从而更有利于在高速缝纫机中使用，显著减少因摩擦产生的断纱，断头和纱线起毛现象。
高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，具体操作步骤为：
(1)混料：向500～600μm聚四氟乙烯颗粒料中加入润滑油，在拌料机中搅拌均匀，搅拌后出料，在低于15℃的低温环境下存放8小时以上；
进一步，润滑油为石蜡油，加入量为聚四氟乙烯分散颗粒料质量的30～35％；
(2)熟化：将经步骤(1)存放后的聚四氟乙烯混合料装入熟化箱，在65～75℃恒温下熟化12～16h；
(3)预压：将步骤(2)熟化后的聚四氟乙烯混合料放入预压料筒内进行双面预压，油缸压力为10～12MPa，预压50～60min成型，得坯料；
(4)推压挤出：将步骤(3)坯料进入推压模腔内推压，连续挤出条型料，控制料条的横截面为扁圆形，将条型料放入60～80℃水中保温5～8h；
其中，推压挤出操作中，压缩比为300～350；
推压工艺过程，在高压缩比的作用下产生较大的剪切力，使分子结构取向一致，成纤维化率提高，并且都是沿长度方向取向排列。并且经过保温处理，有利于消除内应力，更有利于后续压延成膜、牵伸工艺的操作。
(5)压延成膜：将步骤(4)保温后的条型料经过导向板进入压延机压成膜；
(6)脱脂：将步骤(5)压延后的薄膜经过脱脂油回用设备脱脂，得脱脂膜；
(7)烧结拉伸：将脱脂膜进入牵伸定型烘箱中进行加热拉伸，烘箱中设有含有5个牵伸辊筒的牵伸机，辊筒上下交错排布(如图1所示)。
烘箱加热温度为400～450℃，总拉伸倍率为15～17倍，薄膜进入烘箱的拉伸速率为1～1.5m/min，出烘箱的拉伸速率为20～25m/min。
其中，每个牵伸辊筒的拉伸倍数不同，进膜到出膜辊筒的拉伸倍数依次为总拉伸倍数的17％、11％、17％、11％、44％。
(8)收卷：将拉伸出来的薄膜，以20～25m/min的速度收卷成卷膜，收卷后放置自然冷却，放置冷却时间在6h以上。
进一步，优选放置冷却12～24h，放置结束后再进行后续操作；
进一步，优选的操作室的温度低于20℃。
收卷冷却的目的主要是为了降低冷却速率，延长冷却时间，从而保证充分的时间进行内部结构调整，有利分子链重新排列进入规整的晶格。因此缓慢冷却时间越长，内部结晶越充分。有利于PTFE强度增加，断裂生成率的降低。
(9)将步骤(8)放置后的薄膜纵向分切成PTFE扁丝，通过加捻机单丝加捻制备成圆丝，然后将圆丝经过弧形板进行加热拉伸，拉伸后以0.5～4℃/min冷却至室温，得到线密度为1250D(旦尼尔)的PTFE缝纫线的。
其中，弧形板表面温度为350～380℃，拉伸线速度为6～10m/min，拉伸倍率为3～4倍。加捻捻数为480～500捻/m。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的聚四氟乙烯制造工艺，进行了热牵伸、热定型，减少因多次牵伸而造成的纤维形变，纤维粗细均匀性差的问题，并且通过本发明熟化、预压、推压、牵伸，冷却等条件选择，优化了聚四氟乙烯膜的纵向分子取向的一致性，提高了聚四氟乙烯膜的拉伸强度，降低了伸长率，本发明拉伸得到的缝纫线截面为圆形，且表面光滑。
(2)本发明采用单丝加捻制备的单股缝纫线，相比于2股或多股缝纫线，抗拉强度等同，但断裂伸长率明显降低，重要的是，本发明制备的聚四氟乙烯高速缝纫机，细度分布均匀，滑动性优异，具有极低的摩擦系数，相比2股或多股缝纫线能得到显著的降低，从而更有利于高速缝纫机的使用，显著减少断纱，断头和纱线起毛的现象。
附图说明
图1为本发明牵伸定型烘箱中牵伸机的结构图。
具体实施方式
实施例1
(1)混料：向聚四氟乙烯分散颗粒料中加入石蜡油，加入量为聚四氟乙烯分散颗粒料质量的32％；在拌料机中搅拌均匀，搅拌后出料，在5℃的低温环境下存放24h；
(2)熟化：将经步骤(1)存放后的聚四氟乙烯混合料装入熟化箱，在65℃恒温下熟化12h；
(3)预压：将步骤(2)熟化后的聚四氟乙烯混合料放入预压料筒内进行双面预压，油缸压力为12MPa，预压60min成型，得坯料；
(4)推压挤出：将步骤(3)坯料进入推压模腔内推压，压缩比为300，连续挤出条型料，控制料条的横截面为扁圆形，将条型料放入80℃水中保温5h；
(5)压延成膜：将步骤(4)保温后的条型料经过导向板进入压延机压成膜；
(6)脱脂：将步骤(5)压延后的薄膜经过脱脂油回用设备脱脂，得脱脂膜；
(7)烧结拉伸：将脱脂膜进入牵伸定型烘箱中进行加热拉伸，烘箱中设有5个牵伸辊筒，辊筒上下交错排布，薄膜进入烘箱经过加热拉伸得薄膜。
烘箱加热温度为450℃，总拉伸倍率为15倍，薄膜进入烘箱的拉伸速率为1.2m/min，出烘箱的拉伸速率为23m/min。其中，每个牵伸辊筒的拉伸倍数不同，依次为总拉伸倍数的17％、11％、17％、11％、44％。
(8)收卷：将拉伸出来的薄膜，以25m/min的速度收卷成卷膜，收卷后放置自然冷却，放置冷却时间在15h。操作室温度为5～10℃。
(9)将步骤(8)放置后的薄膜纵向分切成PTFE扁丝，通过加捻机单丝加捻制备成圆丝，加捻的捻数为480捻/m，然后将圆丝经过弧形板进行加热拉伸，弧形板表面温度为350℃，拉伸线速度为6m/min，拉伸后以3℃/min冷却至室温，得到线密度为1250D的PTFE缝纫线，收卷得成品。
经检测：实施例1中制备的1250D单丝缝纫线，断裂强度为54.2cN/tex，断裂伸长率为4％，静摩擦系数为0.15。
实施例2
(1)混料：向聚四氟乙烯分散颗粒料中加入石蜡油，加入量为聚四氟乙烯分散颗粒料质量的30％；在拌料机中搅拌均匀，搅拌后出料，在5℃的低温环境下存放24h；
(2)熟化：将经步骤(1)存放后的聚四氟乙烯混合料装入熟化箱，在75℃恒温下熟化16h；
(3)预压：将步骤(2)熟化后的聚四氟乙烯混合料放入预压料筒内进行双面预压，油缸压力为12MPa，预压50min成型，得坯料；
(4)推压挤出：将步骤(3)坯料进入推压模腔内推压，压缩比为340，连续挤出条型料，控制料条的横截面为扁圆形，将条型料放入60℃水中保温5h；
(5)压延成膜：将步骤(4)保温后的条型料经过导向板进入压延机压成膜；
(6)脱脂：将步骤(5)压延后的薄膜经过脱脂油回用设备脱脂，得脱脂膜；
(7)烧结拉伸：将脱脂膜进入牵伸定型烘箱中进行加热拉伸，烘箱中设有5个牵伸辊筒，辊筒上下交错排布，薄膜进入烘箱，经过加热拉伸，得薄膜。
加热温度为450℃，总拉伸倍率为17倍，薄膜进入烘箱的拉伸速率为1m/min，出烘箱的拉伸速率为20m/min。其中，每个牵伸辊筒的拉伸倍数不同，依次为总拉伸倍数的17％、11％、17％、11％、44％。
(8)收卷：将拉伸出来的薄膜，以20m/min的速度收卷成卷膜，收卷后放置自然冷却，放置冷却时间在20h，操作室温度为5～10℃。
(9)将步骤(8)放置后的薄膜纵向分切成PTFE扁丝，通过加捻机单丝加捻制备成单股圆丝，加捻的捻数为480捻/m，然后将圆丝经过弧形板进行加热拉伸，弧形板表面温度为350℃，拉伸线速度为10m/min，拉伸后以2℃/min冷却至室温，得到线密度为1250D的PTFE缝纫线。
经检测：实施例2中制备的1250D单丝缝纫线，断裂强度为55.3cN/tex，断裂伸长率为4％。摩擦系数为0.14。
实施例3
(1)混料：向聚四氟乙烯分散颗粒料中加入石蜡油，加入量为聚四氟乙烯分散颗粒料质量的28％；在拌料机中搅拌均匀，搅拌后出料，在0℃的低温环境下存放24h；
(2)熟化：将经步骤(1)存放后的聚四氟乙烯混合料装入熟化箱，在65℃恒温下熟化16h；
(3)预压：将步骤(2)熟化后的聚四氟乙烯混合料放入预压料筒内进行双面预压，油缸压力为12MPa，预压50min成型，得坯料；
(4)推压挤出：将步骤(3)坯料进入推压模腔内推压，压缩比为350，连续挤出条型料，控制料条的横截面为扁圆形，将条型料放入70℃水中保温8h；
(5)压延成膜：将步骤(4)保温后的条型料经过导向板进入压延机压成膜；
(6)脱脂：将步骤(5)压延后的薄膜经过脱脂油回用设备脱脂，得脱脂膜；
(7)烧结拉伸：将脱脂膜进入牵伸定型烘箱中，烘箱中设有5个牵伸辊筒，辊筒上下交错排布，薄膜进入烘箱经过加热拉伸，得薄膜。
加热温度为450℃，总拉伸倍率为17倍，薄膜进入烘箱的拉伸速率为1.5m/min，出烘箱的拉伸速率为25m/min。其中，每个牵伸辊筒的拉伸倍数不同，依次为总拉伸倍数的17％、11％、17％、11％、44％。
(8)收卷：将拉伸出来的薄膜，以25m/min的速度收卷成卷膜，收卷后放置自然冷却，放置冷却时间在24h。操作室温度为5～10℃。
(9)将步骤(8)放置后的薄膜纵向分切成PTFE扁丝，通过加捻机单丝加捻制备成圆丝，加捻的捻数为480捻/m，然后将圆丝经过弧形板进行加热拉伸，弧形板表面温度为380℃，拉伸线速度为10m/min，拉伸后以0.5℃/min冷却至室温，得到线密度为1250D的PTFE缝纫线。
经检测：实施例3中制备的1250D单丝缝纫线，断裂强度为56.4cN/tex，断裂伸长率为4％。摩擦系数为0.12。
对比例1
对比例1与实施例3相比，区别在于：步骤(7)烘箱中未设置5个牵伸辊筒，采用直线拉伸，其余操作与实施例3相同，检测结果见表1。
对比例2
对比例2与实施例3相比，区别在于：步骤(7)烘箱每个牵伸辊筒的拉伸倍数相同，均为总拉伸倍数的20％，其余操作与实施例3相同，检测结果见表1。
对比例3
对比例3与实施例3相比，区别在于：步骤(7)烘箱每个牵伸辊筒的拉伸倍数分别为总拉伸倍数的44％、17％、11％、17％、11％(进膜到出膜顺序)，其余操作与实施例3相同，检测结果见表1。
对比例4
对比例4与实施例3相比，区别在于：步骤(2)熟化温度为50℃，其余操作与实施例3相同，检测结果见表1。
对比例5
对比例5与实施例3相比，区别在于：步骤(4)未将条型料放入70℃水中保温8h，其余操作与实施例3相同，缝纫线检测结果见表1。
对比例6
对比例6与实施例3相比，区别在于：步骤(8)未采用收卷冷却方式，拉伸后摊放自然冷却，冷却至室温后进行后续操作，其余操作与实施例3相同，缝纫线检测结果见表1。
对比例7-8
对比例7-8与实施例3相比，区别在于：加捻的捻数为600捻/m、400捻/m，其余操作与实施例3中相同，制备出的长丝的性能数据如表1所示。
对比例9
对比例9与实施例3相比，区别在于：弧形板加热速度为20m/min，其余操作与实施例3中相同，制备出的长丝的性能数据如表1所示。
对比例10-11
对比例10-11与实施例3相比，区别在于：弧形板表面加热温度为320℃、420℃，其余操作与实施例3中相同，制备出的长丝的性能数据如表1所示。
对比例12
对比例12是采用市售PTEF长丝双股加捻，捻数为捻数为480捻/m，加捻后拉伸热定型，热定型温度为380℃，热定型得线密度为1250D的PTFE缝纫线。制备出的长丝的性能数据如表1所示。
对比例13
对比例13是采用市售PTEF长丝三股加捻，捻数为捻数为480捻/m，加捻后拉伸热定型，热定型温度为380℃，热定型得线密度为1250D的PTFE缝纫线。制备出的长丝的性能数据如表1所示。
对比例14
对比例14是采用市售PTEF长丝四股加捻，捻数为捻数为480捻/m，加捻后拉伸热定型，热定型温度为380℃，热定型得线密度为1250D的PTFE缝纫线。制备出的长丝的性能数据如表1所示。
Figure BDA0002208793230000081

Claims (5)

1.一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，具体操作步骤为：
（1）混料：向聚四氟乙烯颗粒料中加入润滑油，在拌料机中搅拌均匀，出料，在低温环境下存放8小时以上；
（2）熟化：将经步骤（1）存放后的聚四氟乙烯混合料装入熟化箱，熟化；
（3）预压：将步骤（2）熟化后的聚四氟乙烯混合料放入预压料筒内进行双面预压，得坯料；
（4）推压挤出：将步骤（3）坯料进入推压模腔内推压，连续挤出条型料，控制条型料的横截面为扁圆形，将条型料放入60~80℃水中保温5~8 h；
（5）压延成膜：将步骤（4）保温后的条型料经过导向板进入压延机压成膜；
（6）脱脂：将步骤（5）压延后的薄膜经过脱脂油回用设备脱脂，得脱脂膜；
（7）烧结拉伸：将脱脂膜进入拉伸定型烘箱中进行烧结拉伸，烘箱中设有5个拉伸辊筒，辊筒上下交错排布，脱脂膜进入烘箱经过烧结拉伸得薄膜；
烘箱的加热温度为400~450℃，总拉伸倍数为15~17倍，薄膜进入烘箱的拉伸速率为1~1.5m/min，出烘箱的拉伸速率为20~25m/min；
5个拉伸辊筒的拉伸倍数不同，从进膜到出膜的辊筒拉伸倍数依次为总拉伸倍数的17%、11%、17%、11%、44%；
（8）收卷：将拉伸出来的薄膜，以20~25m/min的速度收卷成卷膜，收卷后放置自然冷却，放置冷却时间在6h以上；
（9）将步骤（8）放置冷却后的薄膜纵向分切成聚四氟乙烯扁丝，通过加捻机单丝加捻制备成圆丝，然后将圆丝经过表面温度350~380℃的弧形板进行加热拉伸，得到线密度为1250D（旦尼尔）的聚四氟乙烯缝纫线。
2.根据权利要求1所述高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，其特征在于：步骤（1）中所述润滑油为石蜡油，加入量为聚四氟乙烯颗粒料质量的30~35％，低温环境为0~15℃。
3.根据权利要求1所述高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，其特征在于：步骤（2）中所述熟化条件为：在65~75℃恒温下熟化12~16h。
4.根据权利要求1所述高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，其特征在于：步骤（3）中所述预压压力为10~12MPa，预压50~60min成型。
5.根据权利要求1所述高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，其特征在于：步骤（9）中所述弧形板的拉伸线速度为6~10m/min，加捻捻度为480~500捻/m。
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