CN113970239A - 一种ptfe基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水分离出来；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构。本发明实现了复合湿料的低温干燥，烘干后的物料呈现微观多孔结构，松散易碎，硬度均匀，极易分散，该技术直接提高了复合物料的流动性，大幅度降低复合物料后期加工难度，同时，安全地去除易燃易爆添加剂，大大提升了批量化生产中湿料烘干技术的安全性。

Description

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法

技术领域

本发明涉及高频基板复合材料制备技术领域，尤其涉及一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。

背景技术

随着5G技术的迅猛发展，高频信号传输及处理设备的使用频率不断提升，目前汽车防碰撞系统的雷达使用频率已经达到77GHz，这就对高频信号传输的基材性能尤其是介电性能提出了极高的要求。PTFE基复合材料因具有相对介电常数易于调整、高频损耗小、金属化成本低、电路加工与安装方便等一系列优点受到业界广泛关注，是目前较为理想的高频电路板基础材料。

在制备PTFE基复合基板的过程中，为了避免玻纤编织增强材料造成的“玻纤效应”现象，组分在X、Y、Z方向均匀分布的高均匀性基板材料逐渐成为研究的热点。授权公告号CN104211320B的发明专利公布了一种高平整度、高均匀性微波复合介质基板制备方法，授权公告号CN106751254B的发明专利公布了一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，该类基板材料均不采用玻纤布浸渍工艺，而是采用将增强材料（例如纤维等）与填料、乳液等原料混合的方法，在原料混合过程中，为了达到不同组分均匀混合，通常采用湿法混合技术，引入了大量的水介质；为了使固体物料从浆料中絮凝，通常选用易挥发分解的醇类絮凝剂。经过混合絮凝后的复合湿料包裹有质量分数高达15~60%的水以及3~15%的醇类物质。在批量生产过程中，湿料的含水量将达到上百公斤。传统的鼓风干燥箱以热风循环和排出湿气的方式对湿料进行烘干，当物料规模增大，所需加热时间加倍增长，能耗严重升高，并且存在表面先干、内部后干的现象，导致表面变色甚至发硬，物料内外均匀性差，造成后道加工的大量物料损失，严重影响合格率。此外，湿料中含有的大量醇类、酮类等物质在加热时迅速汽化，产生大量易燃气体，存在燃烧和爆炸的风险，严重制约了鼓风干燥箱在PTFE基复合湿料批量烘干时的使用。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。该方法采用低温超临界烘干与隧道炉连续烘干相结合的方式，安全地去除易燃易爆添加剂，提升了批量化生产中湿料烘干技术的安全性，并且实现了低能耗、连续性、均匀化烘干。采用该技术烘干后的物料呈现微观多孔结构，松散易碎，硬度均匀。微观多孔结构提高了复合物料的流动性，大幅度降低复合物料后期加工难度，提高了成品率，降本节能，满足工业化生产需求。

本发明技术方案是：一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法，其特征在于：首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构，操作步骤如下：

操作步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12~30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32~65℃之间，转速10~100r/min下，顺时针旋转2~6h；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：将经过超临界干燥的复合物料使用平板压制的方法，压力为0.5~2MPa，将立体物料扁平化处理；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉烘干条件，在50~100℃范围内，设置两个温度梯度，在0.5~2m/min的速度条件下，将扁平化处理完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6~30分钟，完成烘干。

由于超临界干燥技术，使气体和液体之间不再有界面存在，而是成为介于气体和液体之间的一种均匀的流体。这种流体逐渐从凝胶中排出，由于不存在气-液界面，也就不存在毛细管力，因此不会引起凝胶体的收缩和结构的破坏，直至全部流体都从凝胶中排出，最后得到充满气体的，具有纳米孔结构的材料 ，因此与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水都以流体方式都从凝胶中排出，因此可以快捷、安全地去除复合材料制作过程中添加的醇类、酮类、磺酸类等添加剂，减少生产人员的健康损害；

由于超临界干燥器内充入大量的二氧化碳气体，压力相对高，因此可以在较低的温度下（温度35-65℃）获得干燥的复合物料，与授权公告号CN104211320B发明专利所述方法相比，烘干温度大大降低，节省能源；

由于不存在气-液界面，也就不存在毛细管力，因此不会引起凝胶体的收缩和结构的破坏，直至全部流体都从凝胶中排出，因此可以获得包含短纤维、PTFE、填料在内的多孔结构复合材料，该种结构大大增加了材料的比表面积，增加了加工助剂与复合材料的接触面积，增加了复合物料的流动性，提升了加工效率和成品率，利于大规模生产；

该项技术对增强材料、填料、添加剂的种类与用量包容性极强，可以跟随不同材料体系、不同配方、不同用量便捷地调整超临界干燥和隧道炉烘干的工艺参数，应用广泛。

具体实施方式

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构。

具体实施例

实施例1

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到25MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至45℃，转速30r/min下，顺时针旋转4.5小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min，；梯度2为温度100℃，长度10m，速度2m/min，将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过12分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例2

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32℃，转速30r/min下，顺时针旋转6小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min；梯度2为温度100℃，长度10m，速度0.5m/min。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过21分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例3

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至65℃，转速30r/min下，顺时针旋转2小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min；梯度2为温度100℃，长度10m，速度2m/min。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例4

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至37℃，转速30r/min下，顺时针旋转4.5小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，2m/min，长度2m；梯度2为温度100℃，2m/min，长度10m。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例1至实施例4的技术条件及烘干后物料的检测结果汇总见表1。

表1：实施例1至实施例4的技术条件及烘干后物料的检测结果汇总表

通常，有机溶剂去除的彻底与否决定了物料的外观，如果有机溶剂去除彻底，物料的外观则无黄边、无硬结；水分去除的彻底与否则通过水分检测评价，含水率0.8%以下为合格，由表1数据可见，在权利要求限定的范围内，根据所需烘干的PTFE基复合湿料的重量，选择不同的超临界干燥技术条件，再通过合理调整隧道炉的温度及梯度，所得到的PTFE基复合物料均符合要求。

Claims (1)

1.一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法，其特征在于：首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构，操作步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12~30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32~65℃之间，转速10~100r/min下，顺时针旋转2~6h；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：将经过超临界干燥的复合物料使用平板压制的方法，压力为0.5~2MPa，将立体物料扁平化处理；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉烘干条件，在50~100℃范围内，设置两个温度梯度，在0.5~2m/min的速度条件下，将扁平化处理完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6~30分钟，完成烘干。