CN113334670A - 一种ptfe复合材料膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTFE复合材料膜及其制备方法，所述的PTFE复合材料膜由间隔设置的若干数量的基体膜和填充膜复合而成；所述的填充膜设置于中间层，所述的基体膜设置于所述的填充膜的两面；所述的基体膜为双向拉伸的PTFE膜材料，所述的填充膜为热塑性高分子膜材料，所述的双向拉伸PTFE膜的横向拉伸倍数为11~12倍，纵向拉伸倍数为5~7倍；所述的PTFE复合材料膜制备方法包括步骤：将填充膜和基体膜间隔设置，得到复合体；然后将所述的复合体在热压温度为100~280℃，压力恒定为0.2~0.4MPa，速度为5~10m/min下进行热压处理，得到PTFE复合材料膜。本发明所述的PTFE复合材料膜具有层间结合强度高、不易分层、高抗拉伸强度及高耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯膜材料的制备技术领域，具体涉及一种PTFE多层膜材料及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯（PTFE）膜材料具有强的耐高低温性能、疏水性、不粘性、自润滑性、耐腐蚀性能和耐摩擦性能，被广泛应用于服装、医疗、电子等领域，包括服装用膜、泡点膜和过滤滤料等。
但是由于PTFE具有对称分子链结构且带状结晶体极易被片状剥离，导致其具有易磨损、线碰撞系数大、抗蠕变性能差、承载能力低等缺点，很大程度上限制了其应用。因此，如何增加PTFE膜材料的抗拉伸强度及耐磨性是极为重要的。
申请号为CN201910428464.5的发明专利，公开了一种新型聚四氟乙烯密封材料及其制备方法，新型聚四氟乙烯密封材料选用的原料为聚四氟乙烯树脂，将聚四氟乙烯分散树脂过筛，然后加入助溶剂混合、预处理，然后预压成型毛坯挤出，经两辊压延，通过除去助溶剂，经过立体三维拉伸、热定型制得膨体聚四氟乙烯微孔膜，再将此微孔膜经过多层复合层压工艺制成高弹性聚四氟乙烯膨体板。该发明中能得到密封性良好材料，制备加工过程简单，制备原料易得，制备效率高，能弥补密封表面的不规则，密封性能可靠，尤其气体密封性能卓越，解决了生产过程中的“跑冒滴漏”现象。但是该发明的技术方案制得的聚四氟乙烯密封材料的强度低且耐磨性能较低。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种层间结合强度高、不易分层、高抗拉伸强度及高耐磨性能的PTFE复合材料膜。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PTFE复合材料膜，由间隔设置的若干数量的基体膜和填充膜复合而成；所述的填充膜设置于中间层，所述的基体膜设置于所述的填充膜的两面；所述的基体膜为双向拉伸的PTFE膜材料，所述的填充膜为热塑性高分子膜材料，所述的双向拉伸PTFE膜的横向拉伸倍数为11~12倍，纵向拉伸倍数为5~7倍。
优选地，所述的填充膜的数量为n层，所述的基体膜的数量为n+1层，n为1~4的整数。
优选地，所述的基体膜的厚度为20~40 μm；所述的填充膜的厚度为10~20 μm。填充膜厚度的大小会对PTFE复合材料膜的性能产生影响，厚度过小所述的填充膜无法对基体膜起到增强作用；厚度过大，基体膜与所述的填充膜之间复合不完全，填充膜无法完全填充进入基体膜的孔隙结构中，使得填充膜未与基体膜复合的剩余厚度较大，在使用过程中会导致PTFE复合材料膜产生分层。
优选地，所述的基体膜的平均孔径为1~5μm。保证填充膜在热压处理过程中，能够充分的填充进入基体膜的微孔结构中，保证了基体膜与填充膜之间的充分复合，进一步保证了制得的PTFE复合材料膜的使用性能，使其具有了较高的抗拉伸强度和耐磨性能。
优选地，所述的填充膜的特性粘度为0.5~1.2 dL/g。
优选地，所述的热塑性高分子膜材料包括聚乙烯膜、聚氯乙烯膜或聚氨酯膜中的一种或多种。
本发明的另一个目的是，提供一种PTFE复合材料膜的制备方法，包括步骤：将填充膜和基体膜间隔设置，得到复合体；然后将所述的复合体在热压温度为100~280℃，压力为0.2~0.4MPa，速度为5~10m/min下进行热压处理，得到 PTFE复合材料膜。热压温度过高、复合体的移动速度过慢，可能会导致基体膜力学性能下降，温度过低、复合体的移动速度过快，会使得填充膜不能充分进入基体膜微孔。
优选地，所述的热压处理的次数与所述的填充膜的层数相匹配。
优选地，所述的基体膜的制备方法，包括步骤：
① 混料：将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂混合后置于混料机中在高速旋转下进行混合；
② 熟化：经步骤①混料处理后得到的原料置于烘箱中进行熟化处理，熟化温度为40~50℃，熟化时间为8~12h；
③ 筛分：将经步骤②处理得到的熟化原料进行筛分处理，以筛除熟化产生的结块；
④ 圧坯：筛分后将聚四氟乙烯分散树脂的熟化原料置于圧坯机中进行预压制得毛坯，下压速度为0.05~0.1m/min；
⑤ 压延：使用压延机对步骤④所述的毛坯进行压延，得到基带，压辊温度设为35~45℃；
⑥ 脱脂：将经过压延得到的基带在脱脂机中进行热处理，去除助挤剂，并充分膨化；
⑦ 拉伸处理：对经脱脂后得到的基带进行拉伸处理，所述拉伸处理包括纵向拉伸和横向处理；
⑧ 热定型：将所述的基带拉伸处理后进行热定型，得到PTFE微孔膜，定型速度为5~10 m/min，定型时间为30~60 s，定型温度为360~380℃。
本发明产生的有益效果包括：
1. 本发明采用将基体膜与填充膜间隔设置后进行热压处理，使得填充膜对基体膜的微孔结构进行填充增强，得到PTFE复合材料膜；所述的PTFE复合材料膜具有较好的抗拉伸强度和较好的耐磨性能。此外，将填充膜设置于中间层，保证所述的填充膜的两面均设置有基体膜，保证了所述的填充膜在热压处理时不与热辊接触，避免了粘辊情况的发生。
2. 本发明所述的填充膜和基体膜的数量由预制得的多层PTFE复合膜材料的厚度决定，所述的填充膜的数量为1~4层，避免了制得PTFE复合材料膜的厚度过大，造成的资源浪费。
3. 应用领域广泛，根据所述的填充膜的原材的不同，具有不同的应用领域；
当所述的填充膜为聚乙烯膜时，制备得到的PTFE复合材料膜可以用于与薄木复合制成柔性装饰薄木，还可以用作汽车内饰等；
当所述的填充膜为聚氯乙烯膜时，制备得到的PTFE复合材料膜可与土工布复合制成土工复合膜，作为地下建筑防水材料；还可设置于地板、天花板、PVC发泡板的表层，起防腐防潮的作用；
当所述的填充膜为聚氨酯膜时，制备得到的PTFE复合材料膜具有良好的密封效果，可用作密封材料，例如滤袋封口条。
4. 使用的化学试剂的种类较少，降低生产成本，并且热压成型工艺简单，容易实现，适于大批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地详细说明。
本发明采用将基体膜与填充膜间隔设置后进行热压处理，使得填充膜对基体膜的微孔结构进行填充增强，得到PTFE复合材料膜。然后对得到的PTFE复合材料膜进行抗拉伸强度测试和耐磨性能测试。
本发明实施例中，所述的热压温度为热压处理时热压机的热辊的温度，热压速度为基体膜与填充膜的传动速度。
【抗拉伸强度测试】 采用YG026T型电子强力机，试样宽度10mm，隔距100mm，拉速500mm/min。
【耐磨性测试】采用GBT21196.2-2007规定的马丁代尔法织物耐磨性测试，使用的仪器为YG401E马丁代尔耐磨试验机，摩擦次数为100时测定质量损失率，试样直径38mm，摩擦负荷9kpa，磨料为No.600水砂纸。
所述的基体膜的制备方法，包括步骤：
① 混料：将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂混合后置于混料机中在高速旋转下进行混合，所述的助挤剂为煤油；
② 熟化：经步骤①混料处理后得到的原料置于烘箱中进行熟化处理，熟化温度为40~50℃，熟化时间为8~12h；
③ 筛分：将经步骤②处理得到的熟化原料进行筛分处理，以筛除熟化产生的结块；
④ 圧坯：筛分后将聚四氟乙烯分散树脂的熟化原料置于圧坯机中进行预压制得毛坯，下压速度为0.05~0.1m/min；
⑤ 压延：使用压延机对步骤④所述的毛坯进行压延，得到基带，压辊温度设为35~45℃；
⑥ 脱脂：将经过压延得到的基带在脱脂机中进行热处理，去除助挤剂，并充分膨化；
⑦ 拉伸处理：对经脱脂后得到的基带进行拉伸处理，所述拉伸处理包括纵向拉伸和横向处理；
⑧ 热定型：将所述的基带拉伸处理后进行热定型，得到PTFE微孔膜，定型速度为5~10 m/min，定型时间为30~60 s，定型温度为360~380℃。
实施例1
PTFE复合材料膜包括间隔设置的1层填充膜和2层基体膜，所述的填充膜设置于所述的两层基体膜之间。所述的填充膜为聚氨酯（Polyurethane, PU）膜，厚度为20 μm；所述的基体膜的孔径为3 μm，厚度为30 μm。将填充膜和基体膜间隔设置，得到复合体后进行一次热压，热压温度为190℃，压力恒定为0.2~0.4MPa，速度为8 m/min。制得的PTFE复合材料膜的厚度为75 μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.7 N/mm²；质量损失率为9.2%。
实施例2
PTFE复合材料膜包括间隔设置的2层填充膜和3层基体膜。所述的填充膜材料为聚氨酯膜，厚度为20 μm；所述基体膜的孔径为3 μm，厚度为30 μm。将基体膜1、填充膜1、和基体膜2依次间隔设置，得到复合体1后进行一次热压；再填充膜2设置于复合体1的一面，将基体膜3设置于所述的填充膜2远离所述的复合体1的一面，得到复合体2，然后再进行热压处理，得到PTFE复合材料膜。其中，热压温度为190℃，压力恒定为0.2~0.4MPa，速度为8 m/min。制得的PTFE复合材料膜的厚度为100 μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.3 N/mm²；质量损失率为7.5%。
实施例3
PTFE复合材料膜包括间隔设置的3层填充膜和4层基体膜。所述的填充膜材料为聚氨酯膜，厚度为20 μm；所述基体膜的孔径为3 μm，厚度为30 μm。将基体膜1、填充膜1、和基体膜2依次间隔设置，得到复合体1后进行第一次热压处理；将填充膜2设置于复合体1的一面，将基体膜3设置于所述的填充膜2远离所述的复合体1的一面，得到复合体2，然后再进行第二次热压处理；将填充层3设置于复合体2的一面，再将基体膜4设置于所述的填充层3的另一面，得到复合体3，将所述的复合体3进行第三次热压处理后得到PTFE复合材料膜。其中，热压温度为190℃，压力恒定为0.2~0.4MPa，速度为8 m/min。制得的PTFE复合材料膜的厚度为140 μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.7 N/mm²；质量损失率为6.5%。
实施例4
PTFE复合材料膜包括间隔设置的4层填充膜和5层基体膜。所述的填充膜材料为聚氨酯膜，厚度为20 μm；所述基体膜的孔径为3 μm，厚度为30 μm。将基体膜1、填充膜1、和基体膜2依次间隔设置，得到复合体1后进行第一次热压处理；将填充膜2设置于复合体1的一面，将基体膜3设置于所述的填充膜2远离所述的复合体1的一面，得到复合体2，然后再进行第二次热压处理；将填充层3设置于复合体2的一面，再将基体膜4设置于所述的填充层3的另一面，得到复合体3，将所述的复合体3进行第三次热压处理；将填充膜4设置于复合体3的一面，然后将基体膜5设置于填充4的另一面，得到复合体4，将所述的复合体4进行第四次热压处理后得到PTFE复合材料膜。其中，热压温度为190℃，压力恒定为0.2~0.4MPa，速度为8m/min。制得的PTFE复合材料膜的厚度为185 μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为6.5 N/mm²；质量损失率为5.7%。
实施例5
与实施例1相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜孔径为1μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.6 N/mm²；质量损失率为9.7%。
实施例6
与实施例1相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜的厚度20μm，填充膜厚度30μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.0 N/mm²；质量损失率为9.2%。
实施例7
与实施例1相比较，本实施例的不同之处在于，热辊速度为10m/min。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.5 N/mm²；质量损失率为10.3%。
实施例8
与实施例2相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜孔径为1μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.9 N/mm²；质量损失率为9.3%。
实施例9
与实施例2相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜的厚度20μm，填充膜厚度30μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.5 N/mm²；质量损失率为9.1%。
实施例10
与实施例2相比较，本实施例的不同之处在于，热辊速度为10m/min。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.9 N/mm²；质量损失率为8.7%。
实施例11
与实施例3相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜孔径为1μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.5 N/mm²；质量损失率为7.6%。
实施例12
与实施例3相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜的厚度20μm，填充膜厚度30μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.6 N/mm²；质量损失率为7.3%。
实施例13
与实施例3相比较，本实施例的不同之处在于，热辊速度为10m/min。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.4 N/mm²；质量损失率为7.5%。
实施例14
与实施例4相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜孔径为1μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.9 N/mm²；质量损失率为6.1%。
实施例15
与实施例4相比较，本实施例的不同之处在于，基体膜的厚度20μm，填充膜厚度30μm。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为6.0 N/mm²；质量损失率为6.8%。
实施例16
与实施例4相比较，本实施例的不同之处在于，热辊速度为10m/min。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.8 N/mm²；质量损失率为6.2%。
实施例17
与实施例1相比较，实施例17的区别在于，所述的填充膜为聚乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.5 N/mm²；质量损失率为8.1%。
实施例18
与实施例2相比较，实施例18的区别在于，所述的填充膜为聚乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.8 N/mm²；质量损失率为5.6%。
实施例19
与实施例3相比较，实施例19的区别在于，所述的填充膜为聚乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.5 N/mm²；质量损失率为7.2%。
实施例20
与实施例4相比较，实施例20的区别在于，所述的填充膜为聚乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为4.8 N/mm²；质量损失率为7.6%。
实施例21
与实施例1相比较，实施例21的区别在于，所述的填充膜为聚氯乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.4 N/mm²；质量损失率为8.3%。
实施例22
与实施例2相比较，实施例22的区别在于，所述的填充膜为聚氯乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为6.1 N/mm²；质量损失率为9.3%。
实施例23
与实施例3相比较，实施例23的区别在于，所述的填充膜为聚氯乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.4 N/mm²；质量损失率为5.9%。
实施例24
与实施例4相比较，实施例24的区别在于，所述的填充膜为聚氯乙烯膜。分别进行拉伸强度测试和耐磨性能测试，得到PTFE复合材料膜的抗拉伸强度为5.8 N/mm²；质量损失率为9.6%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PTFE复合材料膜，其特征在于：由间隔设置的若干数量的基体膜和填充膜复合而成；所述的填充膜设置于中间层，所述的基体膜设置于所述的填充膜的两面；所述的基体膜为双向拉伸的PTFE膜材料，所述的填充膜为热塑性高分子膜材料，所述的双向拉伸PTFE膜的横向拉伸倍数为11~12倍，纵向拉伸倍数为5~7倍。
2.根据权利要求1所述的一种PTFE复合材料膜，其特征在于：所述的填充膜的数量为n层，所述的基体膜的数量为n+1层，n为1~4的整数。
3.根据权利要求1所述的一种PTFE复合材料膜，其特征在于：所述的基体膜的厚度为20~40 μm；所述的填充膜的厚度为10~20 μm。
4.根据权利要求1所述的一种PTFE复合材料膜，其特征在于：所述的基体膜的平均孔径为1~5μm。
5.根据权利要求1所述的一种PTFE复合材料膜，其特征在于：所述的填充膜的特性粘度为0.5~1.2 dL/g。
6.根据权利要求1所述的一种PTFE复合材料膜，其特征在于：所述的热塑性高分子膜材料包括聚乙烯膜、聚氯乙烯膜或聚氨酯膜中的一种或多种。
7.一种PTFE复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：将填充膜和基体膜间隔设置进行组坯，得到复合体；然后将所述的复合体在热压温度为100~280℃，压力为0.2~0.4MPa，速度为5~10m/min的条件下进行热压处理，得到 PTFE复合材料膜。
8.根据权利要求7所述的一种PTFE复合材料膜的制备方法，其特征在于：所述的热压处理的次数与所述的填充膜的层数相匹配。
9.根据权利要求7所述的一种PTFE复合材料膜的制备方法，所述的基体膜的制备方法，包括步骤：
① 混料：将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂混合后置于混料机中在高速旋转下进行混合；
② 熟化：经步骤①混料处理后得到的原料置于烘箱中进行熟化处理，熟化温度为40~50℃，熟化时间为8~12h；
③ 筛分：将经步骤②处理得到的熟化原料进行筛分处理，以筛除熟化产生的结块；
④ 圧坯：筛分后将聚四氟乙烯分散树脂的熟化原料置于圧坯机中进行预压制得毛坯，下压速度为0.05~0.1m/min；
⑤ 压延：使用压延机对步骤④所述的毛坯进行压延，得到基带，压辊温度设为35~45℃；
⑥ 脱脂：将经过压延得到的基带在脱脂机中进行热处理，去除助挤剂，并充分膨化；
⑦ 拉伸处理：对经脱脂后得到的基带进行拉伸处理，所述拉伸处理包括纵向拉伸和横向处理；
⑧ 热定型：将所述的基带拉伸处理后进行热定型，得到PTFE微孔膜，定型速度为5~10m/min，定型时间为30~60 s，定型温度为360~380℃。
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