CN114908431A - 一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，包括步骤：(一)将颗粒状聚四氟乙烯分散粉末进行上下垂直振荡预处理以调节粉末中颗粒的伸长度；(二)将经振荡后的聚四氟乙烯分散粉末与助挤油剂按比例混合制得糊料后静置；(三)将静置后的糊料经挤压成型装置加压制得初始圆形长丝；(四)将初始圆形长丝依次进行热牵伸；(五)将热牵伸后的圆形长丝进行热定型后，卷绕得到聚四氟乙烯圆形长丝。通过该方法可制备获得聚四氟乙烯圆形长丝的质量密度为1.9～2.2g/cm3，质量密度变异系数<4％，提高了长丝质量密度均匀度。

Description

一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法
技术领域
本发明涉及聚四氟乙烯长丝制备方法，尤其涉及质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法。
背景技术
工业烟尘是大气污染的主要来源，已成为全世界面临的共同问题。目前，工业烟尘过滤材料主要为覆膜针刺毡，其中针刺毡主要为功能性纤维与增强基布通过针刺工艺加工制得，针刺毡经覆膜、裁切、缝合等工艺加工制成工业除尘滤袋，缝合工艺中采用的缝纫线可由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)圆形长丝合股制成。聚四氟乙烯化学稳定性好，不溶于常规溶剂，有“塑料王”之称，耐高低温性能优异(-260℃～260℃)同时具有表面不粘性、摩擦系数低等特点，成为制备工业烟尘过滤材料基布的理想材料。
由于极高的熔融粘度(1010～1011Pa·S)，聚四氟乙烯长丝无法采用常规熔融挤出法制备，目前一般采用糊料挤出法或切割法。专利CN104294382A公布了一种高强度低伸长聚四氟乙烯长丝制造工艺，该发明先将聚四氟乙烯分散粉末静置于温度低于15℃的环境进行平衡调节，然后再采用常规成型工艺制备高强度低伸长的聚四氟乙烯扁平长丝，再经加捻制成聚四氟乙烯圆形长丝。专利CN110528131A公布了一种高强度低摩擦聚四氟乙烯缝纫线的制造工艺，该发明将切割制得的初始聚四氟乙烯扁平长丝加捻、再进行热牵伸制得单股缝纫线。专利CN101713101A公布了一种聚四氟乙烯纤维长丝的生产方法，该技术先将聚四氟乙烯薄膜与聚酯薄膜胶粘复合，再分切复合的双层薄膜，接着通过去除聚酯薄膜、热牵伸聚四氟乙烯薄膜以制备聚四氟乙烯长丝。
现有技术中，聚四氟乙烯圆形长丝的制备工艺采用将常规聚四氟乙烯分散粉末通过挤出技术制备获得，或先将常规聚四氟乙烯分散粉末通过切割成型技术制备获得扁平长丝、再将通过加捻制成圆形长丝。在挤压成型或压延工艺中的颗粒间相对摩擦强度较低，导致原纤成型、分布不均匀，进而导致长丝内聚四氟乙烯结构不均匀，最终导致长丝质量密度不均匀。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高聚四氟乙烯挤出长丝的质量密度均匀度。
为实现上述目的，一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，包括步骤：
(一)将颗粒状聚四氟乙烯分散粉末进行上下垂直振荡预处理以调节粉末中颗粒的伸长度；
(二)将经振荡后的聚四氟乙烯分散粉末与助挤油剂按比例混合制得糊料后静置；
(三)将静置后的糊料经挤压成型装置加压制得初始圆形长丝；
(四)将初始圆形长丝依次进行热牵伸；
(五)将热牵伸后的圆形长丝进行热定型后，卷绕得到聚四氟乙烯圆形长丝。
进一步地，步骤(一)中，上下垂直振荡预处理在上下垂直振荡装置中进行；上下垂直振荡装置包括上盖、垂直振荡槽、垂直振动活塞、活塞驱动装置和底座；设置在底座之上的活塞驱动装置可驱动垂直振动活塞上下运动，从而带动垂直振荡槽进行振动。
进一步地，步骤(一)中，上下垂直振荡频率为10～250次/min，上下垂直振荡幅度为1～200mm，上下垂直振荡时间为1～300min，上下垂直振动环境温度为-40℃～50℃。
进一步地，经上下垂直振荡预处理的聚四氟乙烯分散粉末中颗粒的伸长度为0.8～4.0，优选地，伸长度为1.4-4.5。
进一步地，步骤(二)中，助挤油剂为航空煤油。
进一步地，步骤(二)中，聚四氟乙烯分散粉末与航空煤油按照质量比为100:10～30均匀混合获得糊料，并将糊料静置于温度为45℃～60℃环境中20～80小时。
进一步地，步骤(三)中，初始圆形长丝的直径为0.5-2mm。
进一步地，步骤(四)中，初始圆形长丝经温度为380～420℃的箱体以进行热牵伸加工，牵伸倍数为5～20倍，输入速度为1～10m/min，输出速度为5～150m/min。
进一步地，步骤(五)中，热牵伸后的圆形长丝输送至温度为390～440℃的箱体进行热定型加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝，输入速度为90～120m/min，输出速度为100～150m/min，质量密度为1.9～2.2g/cm3，质量密度变异系数<4％。
进一步地，颗粒状聚四氟乙烯分散粉末包括常规颗粒状聚四氟乙烯分散粉末和经物理或化学改性的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末。
本发明提出的一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝制备方法，通过如下工艺流程：粉末振荡、糊料制备、静置、挤压成型、热牵伸、热定型、卷绕等工艺加工制成。本发明采用粉末振荡技术先将颗粒状聚四氟乙烯分散粉末中的球形颗粒通过上下垂直振动预加工处理以改变颗粒形状，将分散粉末中颗粒的伸长度由<0.5提高至0.8～5.0，接着将经振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末与助挤油剂以一定质量比例混合制得糊料，再经静置、挤压成型、热牵伸、热定型、卷绕等工艺加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝。制备获得的聚四氟乙烯圆形长丝的质量密度为1.9～2.2g/cm3，质量密度变异系数<4％。该质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝可广泛用于工业滤料用缝纫线以及工作于苛刻环境中的过滤材料，具有显著的经济效益和社会效益。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明采用上下垂直振荡技术对颗粒状聚四氟乙烯分散粉末进行振荡预加工处理，通过提高分散粉末中颗粒间的相互作用强度来提高聚四氟乙烯挤出长丝的结构均匀性，进而提高挤出长丝的质量密度均匀度。
2)本发明提供的一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，能够提高成品率。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例中的上下垂直振荡装置的结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例中的聚四氟乙烯颗粒的结构示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例中的工艺流程图；
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图3所示，在根据本发明的一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法的实施方式中，采用的一种上下垂直振荡装置如图1所示。该装置包括上盖1、垂直振荡槽3、垂直振动活塞4、活塞驱动装置5和底座6。设置在底座6之上的活塞驱动装置5可驱动垂直振动活塞4上下运动，从而带动垂直振荡槽3进行振动。使用时，将PTEE分散粉末置于垂直振荡槽3中，盖好上盖1，设定好振荡频率、幅度和时间后，启动垂直振动活塞4即可进行步骤一中的振荡预加工处理。本申请利用聚四氟乙烯粉末颗粒的冷流性，通过上下垂直振荡颗粒，使得聚四氟乙烯伸长度增加。
本申请中颗粒的伸长度＝log2(a/b)，如图2所示，a为颗粒拟合椭圆的主轴长，b为颗粒拟合椭圆的次轴长。
颗粒状聚四氟乙烯分散粉末经过上下垂直振荡之后，其中部分球形颗粒伸长(球形颗粒间相对滑移能力较强，但颗粒间摩擦小难以形成原纤)；为了使颗粒间形成原纤，通过增加颗粒伸长度来增加颗粒间的相互摩擦强度(也就是降低颗粒间相对滑移能力)来使得原纤量增加，进而提高后道作用力分布。
颗粒间相对滑移的能力随着颗粒伸长度的增加而减少，当相对滑移能力降低至一定程度后，在挤压成型过程中，分散颗粒间原纤数量大大降低，导致在挤压成型体中颗粒间原纤数量降低、挤压成型体结构不均匀性增加，进而导致最终产品均匀性降低。如果颗粒伸长度太大的话，颗粒间堆砌密实度大大增加，导致在挤压成型工艺中颗粒间无法形成有效的相对滑移，反而导致终端产品结构不均匀性增加。即颗粒间的原纤量随着颗粒伸长度的增加表现出先增加后降低的变化趋势。
实施例1
步骤一、采用常规颗粒状聚四氟乙烯分散粉末或经物理或化学改性的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末为原料，将一定量的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末置于上下垂直振荡装置中进行上下垂直振荡预加工处理，上下垂直振荡频率为50次/min，上下垂直振荡幅度为15mm，上下垂直振荡时间为30min，上下垂直振动环境温度为15℃，经上下垂直振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末中颗粒的伸长度为1.4。
步骤二、将上述经振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末与航空煤油混合，两者按照质量比为100:20均匀混合获得糊料，并将糊料静置于温度为50℃环境中50小时；
步骤三、将步骤二中静置后的糊料倒入挤压成型装置，加压制成直径为0.8mm初始圆形长丝；
步骤四、将步骤三中的初始圆形长丝经温度为390℃的箱体以进行热牵伸加工，牵伸倍数为10倍，输入速度为5m/min，输出速度为50m/min；
步骤五、将步骤四中经热牵伸加工的初始圆形长丝输送至温度为400℃的箱体进行热定型加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝，输入速度为90m/min，输出速度为120m/min，质量密度为2.1g/cm3，质量密度变异系数3％。
实施例2
步骤一、采用常规颗粒状聚四氟乙烯分散粉末或经物理或化学改性的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末为原料，将一定量的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末置于上下垂直振荡装置中进行上下垂直振荡预加工处理，上下垂直振荡频率为50次/min，上下垂直振荡幅度为15mm，上下垂直振荡时间为60min，上下垂直振动环境温度为15℃，经上下垂直振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末中颗粒的伸长度为2.8。
步骤二、将上述经振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末与航空煤油混合，两者按照质量比为100:20均匀混合获得糊料，并将糊料静置于温度为50℃环境中50小时；
步骤三、将步骤二中静置后的糊料倒入挤压成型装置，加压制成直径为0.8mm初始圆形长丝；
步骤四、将步骤三中的初始圆形长丝经温度为390℃的箱体以进行热牵伸加工，牵伸倍数为10倍，输入速度为5m/min，输出速度为50m/min；
步骤五、将步骤四中经热牵伸加工的初始圆形长丝输送至温度为400℃的箱体进行热定型加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝，输入速度为90m/min，输出速度为120m/min，质量密度为2.12g/cm3，质量密度变异系数2％。
实施例3
步骤一、采用常规颗粒状聚四氟乙烯分散粉末或经物理或化学改性的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末为原料，将一定量的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末置于上下垂直振荡装置中进行上下垂直振荡预加工处理，上下垂直振荡频率为60次/min，上下垂直振荡幅度为15mm，上下垂直振荡时间为80min，上下垂直振动环境温度为15℃，经上下垂直振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末中颗粒的伸长度为4.5。
步骤二、将上述经振荡预加工处理的聚四氟乙烯分散粉末与航空煤油混合，两者按照质量比为100:20均匀混合获得糊料，并将糊料静置于温度为50℃环境中50小时；
步骤三、将步骤二中静置后的糊料倒入挤压成型装置，加压制成直径为0.8mm初始圆形长丝；
步骤四、将步骤三中的初始圆形长丝经温度为390℃的箱体以进行热牵伸加工，牵伸倍数为10倍，输入速度为5m/min，输出速度为50m/min；
步骤五、将步骤四中经热牵伸加工的初始圆形长丝输送至温度为400℃的箱体进行热定型加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝，输入速度为90m/min，输出速度为120m/min，质量密度为2.15g/cm3，质量密度变异系数3.6％。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其特征在于，包括步骤：
(一)将颗粒状聚四氟乙烯分散粉末进行上下垂直振荡预处理以调节粉末中颗粒的伸长度；
(二)将经振荡后的聚四氟乙烯分散粉末与助挤油剂按比例混合制得糊料后静置；
(三)将静置后的糊料经挤压成型装置加压制得初始圆形长丝；
(四)将初始圆形长丝依次进行热牵伸；
(五)将热牵伸后的圆形长丝进行热定型后，卷绕得到聚四氟乙烯圆形长丝。
2.如权利要求1所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(一)中，上下垂直振荡预处理在上下垂直振荡装置中进行；上下垂直振荡装置包括上盖、垂直振荡槽、垂直振动活塞、活塞驱动装置和底座；设置在底座之上的活塞驱动装置可驱动垂直振动活塞上下运动，从而带动垂直振荡槽进行振动。
3.如权利要求2所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(一)中，上下垂直振荡频率为10～250次/min，上下垂直振荡幅度为1～200mm，上下垂直振荡时间为1～300min，上下垂直振动环境温度为-40℃～50℃。
4.如权利要求3所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，经上下垂直振荡预处理的聚四氟乙烯分散粉末中颗粒的伸长度为0.8～4.0。
5.如权利要求4所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(二)中，助挤油剂为航空煤油。
6.如权利要求5所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(二)中，聚四氟乙烯分散粉末与航空煤油按照质量比为100:10～30均匀混合获得糊料，并将糊料静置于温度为45℃～60℃环境中20～80小时。
7.如权利要求6所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(三)中，初始圆形长丝的直径为0.5-2mm。
8.如权利要求7所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(四)中，初始圆形长丝经温度为380～420℃的箱体以进行热牵伸加工，牵伸倍数为5～20倍，输入速度为1～10m/min，输出速度为5～150m/min。
9.如权利要求8所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，步骤(五)中，热牵伸后的圆形长丝输送至温度为390～440℃的箱体进行热定型加工制成质量密度均匀度高的聚四氟乙烯圆形长丝，输入速度为90～120m/min，输出速度为100～150m/min，质量密度为1.9～2.2g/cm3，质量密度变异系数<4％。
10.如权利要9求所述的质量密度均匀度高的聚四氟乙烯挤出长丝制备方法，其中，颗粒状聚四氟乙烯分散粉末包括常规颗粒状聚四氟乙烯分散粉末和经物理或化学改性的颗粒状聚四氟乙烯分散粉末。
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