CN112108007B - 一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于安全防护功能材料制造领域,涉及聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料,特别是指一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料及其加工方法。本发明利用水性静电纺丝形成PEO/PTFE纳米纤维。结合热镜面轧辊滚压的热能使水性静电纺丝烘干成型,再利用热镜面轧辊滚压的压力,重新使静电纺丝的丝在热风ES纤维立体空间内再构空间分布,形成新的三维空间分布。三明治结构膜离开热场后冷却,PEO和PE热黏结成稳定的膜结构,PTFE在PEO烘干成丝过程中PTFE分子链头、尾端被PEO分子挤压游离到纤维表面,形成PTFE分子链头、尾端游离包覆型纳米丝新型结构。具有自起静电、不粘、自清洁性能。
Description
技术领域
本发明属于安全防护功能材料制造领域,涉及聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料,特别是指一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料及其加工方法。
背景技术
聚四氟乙烯双向拉伸膜又称双拉膜、微孔膜,二十世纪七十年代由美国 GORE 公司研发成功。它是以聚四氟乙烯分散树脂为原料,通过横、纵两个方向的拉伸制备而成,其表面具有立体网状微孔结构。不同尺寸的微孔孔径和聚四氟乙烯材料本身优异的综合性能,赋予了聚四氟乙烯双向拉伸膜强大的选择性透过分离能力.目前除防护服需求外,适用于工业废气PM2.5排放控制的PTFE膜覆合滤材,新型聚四氟乙烯口罩用空气过滤材料也开发出来。达到如下技术标准要求:
PTFE 膜平均孔径:0.6844μm;
PTFE 膜厚度:51.4μm;
PTFE 膜强度:纵向拉伸强度 127.54MPa;横向拉伸强度 236.45MPa;
PTFE 膜阻力:23Pa(气体流速 2.5cm/s);
PTFE 膜过滤效率:97.7%(气体流速 5.3cm/s,颗粒尺寸 0.1-0.3μm);
PTFE 膜覆合材料过滤效率:99.6%(气体流速 5.3cm/s,颗粒尺寸 0.1-0.3μm);
PTFE 膜覆合材料阻力:48Pa(气体流速 5.3cm/s)。
聚四氟乙烯分散树脂是四氟乙烯(TFE) 单体在加有表面活性剂的水相中,通过乳液聚合手段,首先生成初级粒子,再凝集成次级粒子颗粒。次级粒子粒径约为几百微米,属于疏松颗粒。这种疏松颗粒是由纤维线团所构成,在机械力和一定温度作用下可拉伸变形成细纤维,这一过程被称为纤维化。在外力作用下,分散树脂颗粒之间可形成具有一定强度和立体分布构型的丝网结构,这种特性赋予了分散树脂特殊的加工方式和制品用途。
传统工艺
聚四氟乙烯双向拉伸膜是将分散树脂与液态润滑剂相混合,再经过: 浸润→制坯→推压→压延→脱除润滑剂→纵向拉伸→横向拉伸→高温定形→冷却等工序加工而成。
该工艺存在6个关键问题:
1、制胚工艺,将分散好的材料重新人为团聚;
2、高压挤出,消耗能源;
3、脱除润滑剂,置换方案,浪费溶剂,存在溶剂回收问题;
4、保温前提下双向拉伸,设备超长,能耗和环保要求高;
5、高温定型,需要定型空间和时间及高温;
6、冷却。
我国是聚四氟乙烯制品的生产和消费大国,拥有完整的产业链和庞大的市场,具备产品研发的产业基础和市场需求。但是目前该类产品的高能耗,技术工艺路线的不合理,需要我国相关企业应加强与高校及科研院所的产学研合作,努力提高聚四氟乙烯双向拉伸膜隔离防护产品质量和加工技术水平,早日使我国的生化隔离防护产品满足各行业发展的需求。本专利就是针对以上六大技术关键问题提出合理的技术解决方案。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料及其加工方法。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,步骤如下:
(1)以ES热风棉为基材接收水性聚四氟乙烯/PEO静电纺丝膜构成复合膜;
(2)将步骤(1)制备的复合膜面对面两层复合,形成ES热风棉在外,静电纺丝面在内的三明治结构膜;
(3)将步骤(2)制得的三明治结构膜经热镜面轧辊烘干滚压,形成压平的复合三明治结构膜。
所述步骤(3)中热镜面轧辊的加热方式为:蒸汽加热、电加热、电磁加热、油加热或天然气加热。
所述热镜面轧辊的加热温度为60-120℃。
所述热镜面轧辊处理的表面做聚四氟乙烯特氟龙不粘处理。
所述步骤(3)中复合三明治结构膜为双面光、单面光或全毛面的复合三明治结构膜。
所述双面光、单面光或全毛面的复合三明治结构膜是通过调整轧辊的间隙和膜的运行张力实现的。
所述运行张力为零张力。
利用上述的方法加工的聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明利用水性静电纺丝形成PEO/PTFE纳米纤维。结合热镜面轧辊滚压的热能使水性静电纺丝烘干成型,再利用热镜面轧辊滚压的压力,重新使静电纺丝的丝在热风ES纤维立体空间内再构空间分布,形成新的三维空间分布。三明治结构膜离开热场后冷却,PEO和PE热黏结成稳定的膜结构,PTFE在PEO烘干成丝过程中PTFE分子链头、尾端被PEO分子挤压游离到纤维表面,形成PTFE分子链头、尾端游离包覆型纳米丝新型结构。具有自起静电、不粘、自清洁性能。
2、如果仅仅将三明治结构膜大包围角包覆在热镜面轧辊表面,而不压轧,则形成单面光滑的新型复合三明治结构膜。在张力和包覆压力的作用下,重新使静电纺丝的丝在热风ES纤维立体空间内再构空间分布,形成新的三维空间分布。三明治结构膜离开热场后冷却,PEO和PE热黏结成稳定的膜结构,PTFE在PEO烘干成丝过程中头、尾端被PEO分子挤压游离到纤维表面,形成PTFE包覆型纳米丝新型结构。具有不粘自清洁性能。
3、由于ES蓬松结构的原因,纳米纤维和ES构成非传统的三维复合,形成粗滤、精滤一次完成的低气阻,高滤效的新性能。容尘量极高,满足高效过滤的技术要求。由于ES压延一体,膜力学性能较好,不会分层,纵横拉伸强力高。断裂伸长可定制。本申请的工艺以水做溶剂,无废气排放的环保问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为加工原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付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1
一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,步骤如下:
14克/平方米的ES热风棉为基材接收水性聚四氟乙烯/PEO静电纺丝膜构成17克/平方米复合膜。复合膜静电纺丝面对面两层复合,形成ES热风面在外,静电纺丝面在内的三明治结构膜。三明治结构膜经热镜面轧辊烘干滚压,形成压平的复合三明治结构膜14.5克/平方米。根据使用对象的需求,通过调整轧辊的间隙0.5毫米和膜的运行零张力实现双面光复合三明治结构聚四氟乙烯过滤膜的加工。
实施例2
一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,步骤如下:
14克/平方米的ES热风棉为基材接收水性聚四氟乙烯/PEO静电纺丝膜构成18克/平方米复合膜。复合膜静电纺丝面对面两层复合,形成ES热风面在外,静电纺丝面在内的三明治结构膜。三明治结构膜经热镜面轧辊烘干滚压,形成压平的复合三明治结构膜14.6克/平方米。根据使用对象的需求,通过调整轧辊的间隙4毫米和膜的运行10N张力实现单毛面复合三明治结构聚四氟乙烯过滤膜的加工。
实施例3
一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,步骤如下:
14克/平方米的ES热风棉为基材接收水性聚四氟乙烯/PEO静电纺丝膜构成18克/平方米复合膜。复合膜静电纺丝面对面两层复合,形成ES热风面在外,静电纺丝面在内的三明治结构膜。三明治结构膜经热镜面轧辊烘干滚压,形成压平的复合三明治结构膜14.6克/平方米。根据使用对象的需求,通过调整轧辊的间隙4毫米和膜的运行零张力实现双毛面复合三明治结构聚四氟乙烯过滤膜的加工。
实施效果例
本发明利用水性静电纺丝形成PEO/PTFE纳米纤维。结合热镜面轧辊滚压的热能使水性静电纺丝烘干成型,再利用热镜面轧辊滚压的压力,重新使静电纺丝的丝在热风ES纤维立体空间内再构空间分布,形成新的三维空间分布。三明治结构膜离开热场后冷却,PEO和PE热黏结成稳定的膜结构,PTFE在PEO烘干成丝过程中PTFE分子链头、尾端被PEO分子挤压游离到纤维表面,形成PTFE分子链头、尾端游离包覆型纳米丝新型结构。具有自起静电、不粘、自清洁性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,其特征在于,步骤如下:
(1)以ES热风棉为基材接收水性聚四氟乙烯/PEO静电纺丝膜构成复合膜;
(2)将步骤(1)制备的复合膜面对面两层复合,形成ES热风棉在外,静电纺丝面在内的三明治结构膜;
(3)将步骤(2)制得的三明治结构膜经热镜面轧辊烘干滚压,形成压平的复合三明治结构膜,所述热镜面轧辊的加热温度为60-120℃,其中复合三明治结构膜为双面光、单面光或全毛面的复合三明治结构膜;所述双面光、单面光或全毛面的复合三明治结构膜是通过调整轧辊的间隙和膜的运行张力实现的;所述运行张力为零张力。
2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,其特征在于,所述步骤(3)中热镜面轧辊的加热方式为:蒸汽加热、电加热、电磁加热、油加热或天然气加热。
3.根据权利要求2所述的聚四氟乙烯纳米纤维过滤材料的加工方法,其特征在于:所述热镜面轧辊处理的表面做聚四氟乙烯特氟龙不粘处理。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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