CN111391372A - 复合ptfe膜的特氟龙布及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改性特氟龙布技术领域，尤其是涉及一种复合PTFE膜的特氟龙布及其制备方法和应用。所述复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，包括如下步骤：(a)玻纤布基材于硅油乳液中浸润处理后干燥；(b)在经步骤(a)处理后的玻纤布两面浸涂PTFE悬浮乳液后干燥；(c)在经步骤(b)处理后的玻纤布两面复合PTFE膜，于345～400℃烧结处理3～48h，降温。本发明制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布，具有抗拉强度高，耐折性能好，耐高温性能好，同时能够耐不同浓度的酸、碱以及有机溶剂的腐蚀，能够适于在烟气管道、脱硫除尘、工业排风等恶劣严苛的工况中，具有较长的使用寿命。

Description

复合PTFE膜的特氟龙布及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及改性特氟龙布技术领域，尤其是涉及一种复合PTFE膜的特氟龙布及其制备方法和应用。
背景技术
特氟龙布，学名为聚四氟乙烯涂覆玻璃纤维布。现有市场上的特氟龙布均采用无碱或中碱玻纤布浸涂PTFE(也称聚四氟乙烯或特氟龙)悬浮乳液，然后在高温环境中烧结而成。在实际生产中，由于PTFE悬浮乳液的产品特性，只能采用多层次烧结，后一层涂覆前一层烧结，利用本体在高温环境中熔融状态相互粘连，达到在玻纤布表面形成一层PTFE膜，得到特氟龙布。
特氟龙布具有一定的特氟龙特性，包括阻燃性、耐气候性、耐腐蚀性、耐高温性和表面不粘性(表面摩擦系数很低，在0.03左右)。根据这些特性，特氟龙布被广泛用于工况恶劣的环境中。但是在实际生产运用中，也发现了特氟龙布的致命缺点。由于特氟龙布是以玻纤为基材，加工方式是以浸涂悬浮乳液的形式生产，受制于悬浮乳液颗粒大小和生产工艺的限制，产品表面并未完全烧结成一体，特氟龙布表面形成的PTFE膜在肉眼或低倍放大镜下可见大小不一的龟裂纹。这样的产品在在用于工况恶劣的环境中时，如果再同时具有一定的压强，腐蚀性气体或液体等很容易从龟裂纹渗透到产品内部，造成基材的腐蚀，破坏了产品的强度和韧度，继而缩短整个产品的使用寿命，使其他生产环节的停工、停产等，造成很大的破坏和资源浪费。
为了避免上述问题，现有技术中尝试氟橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶或PVC等材料，然而这些材料仍旧无法达到特殊的严苛的工况要求。
因而，提供一种具有高强度、耐折性能好、耐高温、耐酸碱以及耐有机溶剂腐蚀，使用寿命长的高性能材料具有重要意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，以解决现有技术中的特氟龙布无法满足严苛的工况要求的技术问题。
本发明的第二目的在于提供复合PTFE膜的特氟龙布，其具有优异的强度、耐折、耐高温、耐酸碱以及耐有机溶剂腐蚀的性能，使用寿命长。
本发明的第三目的在于提供上述复合PTFE膜的特氟龙布在严苛工况的环境中的应用，比如烟气管道、脱硫除尘、工业排风等领域。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，包括如下步骤：
(a)玻纤布基材于硅油乳液中浸润处理后干燥；
(b)在经步骤(a)处理后的玻纤布两面浸涂PTFE悬浮乳液后干燥；
(c)在经步骤(b)处理后的玻纤布两面复合PTFE膜，于345～400℃烧结处理3～48h，降温。
本发明制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布，具有抗拉强度高，耐折性能好，耐高温性能好，同时能够耐不同浓度的酸、碱以及有机溶剂的腐蚀，能够适于在烟气管道、脱硫除尘、工业排风等恶劣严苛的工况中，具有较长的使用寿命。
由于PTFE与其他成分相容性差，通常PTFE只能与自己粘连，因而现有技术中需要多层烧结的方式，但多层烧结的方式导致产品未完全烧结成一体而形成龟裂纹。
本发明采用硅油乳液将玻纤布预先浸润处理，利用硅油乳液在玻纤布表面占好孔隙，避免后续步骤浸涂PTFE悬浮乳液后，PTFE悬浮乳液进入玻纤布的玻纤纱本身的结构中；硅油占据玻纤布之间的空隙后，让PTFE悬浮乳液浸涂在硅油外侧，待后续高温烧结时被烧掉，这样能够给玻纤布提供更大的空间，以便发挥玻纤布的柔韧性和耐折强度。通过浸涂PTFE悬浮乳液，得到表面均匀布满PTFE细小颗粒且透气的处理后的玻纤布。进一步在此基础上，将PTFE膜复合于玻纤布两表面，使布满在玻纤布的PTFE细小颗粒与PTFE膜完全结合，形成剥离强度高，且两面均匀成膜的复合PTFE膜的特氟龙布。
其中，在后续高温条件处理时，硅油成分可以被烧掉，保留孔隙。由于复合PTFE膜会使整体特氟龙布硬度提高，而通过上述硅油乳液预先浸润处理，能够在增加强度的同时保证柔软性和透气性。本发明采用特定的烧结温度，能够保证硅油被烧掉，避免对后续复合PTFE膜造成影响。
在本发明一优选实施方式中，步骤(c)中，所述PTFE膜经预先表面处理后，再进行复合。优选的，所述预先表面处理的方法包括：去应力处理。
在本发明一具体实施方式中，所述去应力处理的方法包括：热退火和/或添加氟化物处理。具体去应力处理的方式可根据实际需求进行常规选择，如上述热退火及添加氟化物处理的方式可采用常规的方式进行。
在本发明一具体实施方式中，所述PTFE膜的厚度为0.07mm～0.15mm。优选的，所述PTFE膜的厚度为0.1～0.11mm，更优选为0.1mm。
在本发明一具体实施方式中，重复步骤(b)2次至6次。如，可以重复2次、3次、4次、5次和6次。
其中，步骤(b)重复的次数根据玻纤布基材的厚度和PTFE悬浮乳液的浓度进行调整选择。当玻纤布越厚，需要的PTFE越多；比如，玻纤布每增厚0.2mm，可多重复一次。
本发明中，玻纤布基材可根据实际需求进行选择，如在本发明一具体实施方式中，所述玻纤布基材采用直径为4～8μm玻纤纱织成，如6μm。
在本发明一具体实施方式中，所述硅油乳液的质量分数为3～15％。
在本发明一具体实施方式中，步骤(a)中，所述干燥的温度为100～150℃，优选为100～120℃；步骤(a)中，所述干燥的时间为5～15min，优选为8～10min。所述干燥的方式可以为烘干。
如在不同实施方式中，所述干燥的温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃等等。通过调整上述干燥的温度，将浸润处理后的玻纤布上的溶剂烘干，使硅油在玻纤布表面占好孔隙。
在本发明一具体实施方式中，步骤(a)中，所述浸润处理的操作为将玻纤布基材浸渍于硅油乳液中1～10min，优选为2～5min。
如在不同实施方式中，所述浸渍的时间可以为1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min和10min等等。
在本发明一具体实施方式中，步骤(b)中，所述PTFE悬浮乳液的比重为1.20～1.40g/cm3。
在本发明一具体实施方式中，步骤(b)中，所述干燥的温度为345～400℃，优选为350～390℃。其中，所述干燥的方式为烘干，具体可于烘炉中进行烘干。
在本发明一具体实施方式中，步骤(c)中，所述烧结处理时，在复合PTFE膜的玻纤布表面施加8～12kg的压力。具体的，在实际操作中，可将复合PTFE膜的玻纤布卷曲处理施加压力。
在本发明一具体实施方式中，所述降温包括：以4～20℃/h的降温速率降至60℃以下。
在本发明一具体实施方式中，所述降温包括：以16～20℃/h的降温速率降至150～160℃；以4～6℃/h的降温速率由150～160℃降至60℃以下。
在本发明一具体实施方式中，所述降温的时间为24～36h。
本发明还提供了采用上述任一制备方法制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布。
本发明还提供了上述复合PTFE膜的特氟龙布在烟气管道、脱硫除尘、工业排风等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布，具有抗拉强度高，耐折性能好，耐高温性能好，同时能够耐不同浓度的酸、碱以及有机溶剂的腐蚀，能够适于在烟气管道、脱硫除尘、工业排风等恶劣严苛的工况中，具有较长的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明具体实施方式中采用的部分试剂信息可以如下：
玻纤布，采用直径6μm玻纤纱织成玻纤布，厂商为海宁杰特玻纤布业有限公司；
硅油乳液，型号为阳乳306，厂商为上海楚艺佳有机硅材料有限公司；其中，不同质量分数3％～20％的硅油乳液是用一定浓度的硅油乳液稀释而成；
PTFE悬浮乳液，型号为JF-4DCD，厂商为浙江巨化股份有限公司；其中，不同比重1.20～1.40的PTFE悬浮乳液是由一定浓度的PTFE悬浮乳液稀释而成；
PTFE膜，厚度为0.1mm，厂商为上海惟冰新材料有限公司。
实施例1
本实施例提供了复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，包括如下步骤：
(1)将0.8mm厚的玻纤布浸润于质量分数为3％的硅油乳液中3min，取出后置于100～120℃的烘箱内8～10min烘干；
(2)在经步骤(1)处理后的玻纤布两面浸涂比重为1.20的PTFE悬浮乳液后，在360℃的烘炉中烘干；然后重复上述浸涂操作3次；
(3)取经去应力处理的PTFE膜，在经步骤(2)处理后的玻纤布两面复合经去应力处理的PTFE膜；在其表面施加10kg的压力并于355℃的温度下保温烧结3h；
(4)待烧结完成后，缓慢降温，接触PTFE膜的内应力；其中，降温的条件包括：以18℃/h的降温速率降至150～160℃；以5℃/h的降温速率由150～160℃降至60℃，然后自然冷却至室温，得到复合PTFE膜的特氟龙布。
实施例2～实施例24
实施例2～实施例24参考实施例1的制备方法，具体各个步骤区别的参数如下表1和表2所示。
表1不同实施例的具体参数
Figure BDA0002422292010000071
Figure BDA0002422292010000081
表2不同实施例的具体参数
Figure BDA0002422292010000082
比较例1
比较例1参考实施例1的制备方法，区别在于：不包括步骤(1)，直接在玻纤布基材表面进行后续步骤(2)和步骤(3)。
采用比较例1的制备方法制备得到的特氟龙布，硬度偏硬，耐折性能下降，影响最终产品的使用寿命。
比较例2
比较例2参考实施例1的制备方法，区别在于：不包括步骤(3)。
实验例1
为了对比说明本发明采用的不同条件对产品性能的影响，进行以下对比试验。
取6μm纱织成的玻纤布，分别取20cm×20cm小样A、B、C、D、E五块，分别浸润于质量分数为3％、5％、10％、15％、20％五个硅油乳液中3min，取出后置于100～120℃烘箱内8～10min烘干，取出称重，具体数据如下表3。
表3不同硅油乳液处理后的称重质量
编号 处理前 硅油乳液处理后
A 34g 34.12g
B 34g 34.2g
C 34g 34.4g
D 34g 34.6g
E 34g 34.8g
分别将上述硅油乳液处理的小样A、B、C、D、E五份样品分别裁切成4个10cm×10cm小样，分别标示为：A1、A2、A3、A4；B1、B2、B3、B4；C1、C2、C3、C4；D1、D2、D3、D4；E1、E2、E3、E4。将上述20份样品分别分组为a组、b组、c组、d组，a组包括A1、B1、C1、D1、E1，b组包括A2、B2、C2、D2、E2，c组包括A3、B3、C3、D3、E3，d组包括A4、B4、C4、D4、E4。
将上述a、b、c、d四组样品分别浸入比重为1.20、1.27、1.37、1.40四组PTFE悬浮乳液中1min取出，置于360℃烘箱内烘干，如此重复三次，分别称重，具体数据如下表4。
表4不同PTFE悬浮乳液处理后的称重质量
Figure BDA0002422292010000091
Figure BDA0002422292010000101
对上述a、b、c、d四组产品分别放大观察，对产品粗糙度、透气性、柔软度、PTFE颗粒排列均匀程度进行测试，测试结果见表5。
表5不同处理后的产品性质
Figure BDA0002422292010000102
Figure BDA0002422292010000111
实验例2
按照实验例1中的操作，将硅油乳液处理的小样A、B、C、D、E五份样品分别裁切成4个10cm×10cm小样，分别标示为：A1、A2、A3、A4；B1、B2、B3、B4；C1、C2、C3、C4；D1、D2、D3、D4；E1、E2、E3、E4。将上述20份样品分别分组为1组、2组、3组、4组、5组，1组包括A1、A2、A3、A4，2组包括B1、B2、B3、B4，3组包括C1、C2、C3、C4，4组包括D1、D2、D3、D4，5组包括E1、E2、E3、E4。
将上述五组样品按照实施例1中步骤(3)和(4)的操作进行加工，区别仅在于，1组的烧结温度为345℃，2组的烧结温度为355℃，3组的烧结温度为370℃，4组的烧结温度为385℃，5组的烧结温度为400℃。对不同处理后的小样分别进行性能测试，测试结果见表6-表7。
其中，横向拉伸强度测试方法参考：GB/T1040.3-2006；纵向拉伸强度测试方式参考：GB/T1040.3-2006；抗穿刺强度测试方法参考GB/T20220-2006；折弯强度测试方法参考：GB/T16578.1-2008；撕裂强度测试方法参考：GB/T16578.1-2008；耐温测试方法参考：GB/T7141-2008；20％HCl溶液测试方法参考：GB/T11547-2008，GB/T17643-2011；20％NaOH溶液测试方法参考：GB/T13934-2006，GB/T17643-2011；防火等级测试方法参考：GB5022-1995(2001)。另外，抗穿刺强度只测试至576N。
表6不同处理后的产品性质
Figure BDA0002422292010000112
Figure BDA0002422292010000121
表7不同处理后的产品性质
Figure BDA0002422292010000122
Figure BDA0002422292010000131
从上表中可知，本发明的复合PTFE膜的特氟龙布，具有优异的物理和化学性质，可应用到烟气管道，脱硫除尘，工业排风等严苛工况的环境中。甚至可以直接接触浓硫酸，浓盐酸，氢氟酸和王水等强腐蚀性产品。大大提高了产品的使用寿命，节省了大量宝贵的时间且提高了资源利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)玻纤布基材于硅油乳液中浸润处理后干燥；
(b)在经步骤(a)处理后的玻纤布两面浸涂PTFE悬浮乳液后干燥；
(c)在经步骤(b)处理后的玻纤布两面复合PTFE膜，于345～400℃烧结处理3～48h，降温。
2.根据权利要求1所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述PTFE膜经预先表面处理后，再进行复合；
优选的，所述预先表面处理的方法包括：去应力处理。
3.根据权利要求1所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，所述PTFE膜的厚度为0.07～0.15mm；
优选的，所述PTFE膜的厚度为0.1～0.11mm。
4.根据权利要求1所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，重复步骤(b)2次至6次。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，所述硅油乳液的质量分数为3～15％；
优选的，步骤(a)中，所述干燥的温度为100～150℃，所述干燥的时间为5～15min；
优选的，步骤(a)中，所述浸润处理的操作为将玻纤布基材浸渍于硅油乳液中1～10min。
6.根据权利要求1-4任一项所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述PTFE悬浮乳液的比重为1.20～1.40g/cm3；
优选的，步骤(b)中，所述干燥的温度为345～400℃，优选为350～390℃。
7.根据权利要求1所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述烧结处理时，在复合PTFE膜的玻纤布表面施加8～12kg的压力。
8.根据权利要求1所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，其特征在于，所述降温包括：以4～20℃/h的降温速率降至60℃以下；
优选的，所述降温包括：以16～20℃/h的降温速率降至150～160℃；以4～6℃/h的降温速率由150～160℃降至60℃以下；
优选的，所述降温的时间为24～36h。
9.采用权利要求1-8任一项所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布。
10.权利要求1-8任一项所述的复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法制备得到的复合PTFE膜的特氟龙布或权利要求9所述的复合PTFE膜的特氟龙布在烟气管道、脱硫除尘和/或工业排风领域中的应用。
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