CN115230131B - 提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及膨体聚四氟乙烯薄膜制备技术领域，公开了一种提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置及方法，所述装置包括拉伸组件、电磁加热设备和拉伸加热组件；拉伸组件包括两个对称设置的环形轨道，环形轨道上环绕设置有多个链夹；环形轨道之间留出有拉伸空间，拉伸空间分为热平衡区、横向拉伸区、纵向拉伸区和定型区；电磁加热设备位于拉伸空间入口前端的预热区；拉伸加热组件包括位于热平衡区的第一加热矩阵、位于横向拉伸区的第二加热矩阵、位于纵向拉伸区的第三加热矩阵和位于定型区的烧结定型设备；其中，聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料。本申请有效提高了拉伸后的膨体聚四氟乙烯薄膜的厚度均匀性。

Description

提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置及方法

技术领域

本申请涉及膨体聚四氟乙烯薄膜制备技术领域，具体是指提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置及方法。

背景技术

现有航空航天工业领域，航空航天设备通常有着众多的口盖与大面积的复合材料面板，以便系统设备的使用与日常检查维护等。这类结构在连接时需要使用特定的密封剂或密封垫片，通常是各类橡胶、聚碳酸酯、硫化胶等，这些密封材料自身性能存在着诸多不足，比如重量大、适温区间狭窄、易老化、耐油性差、阻燃性差、机械性能差、安装不方便、寿命短，维护要求高等，在竞争越来越激烈的民用飞机领域逐渐无法满足设计要求。因此，在现下的民用飞机设计中，需要一种通用性好，使用方便、性能优良的密封材料满足航空航天应用领域下苛刻的重量与维护性要求。而聚四氟乙烯便是一类应用范围很广并具有良好耐化学特性的高分子材料，其具有宽阔的温度适应区间（-240℃至+260℃）、良好的抗老化性和优异的耐腐蚀性，可以抵抗几乎所有已知的航空润滑油，液压油，燃油，各类胶黏剂等化学品的腐蚀。通过聚四氟乙烯密封材料替代传统橡胶和聚酯薄膜密封件，可以有效达到减重增效的目的，提高了航空航天工业的市场竞争力。

采用聚四氟乙烯得到的密封材料一般是通拉伸的方法对聚四氟乙烯树脂进行膨体改性形成的膨体聚四氟乙烯，其是一种含有大量微孔、高韧性的低密度材料。膨体聚四氟乙烯保留了聚四氟乙烯的基本特性，同时赋予了聚四氟乙烯高度的柔韧性、可压缩性、耐蠕变性、自润滑性、低摩擦系数和很高的抗张强度，并改变了普通聚四氟乙烯密封材料存在的密度大、硬度高、可弯曲性差、密封所需压力大、恢复性差、热膨胀系数大、蠕变后易失效等缺点，因而使其成为了一种优良的密封材料。现有膨体聚四氟乙烯薄膜的制备方式常采用挤出拉伸法，其基本制备过程包括混合、预成型、推压、压延、脱油、双向拉伸、烧结定型、冷却收卷等步骤。

其中，在膨体聚四氟乙烯薄膜的拉伸过程中，需要在拉伸的同时对聚四氟乙烯膜片进行加热，以便对其进行拉伸。现有加热设备通常采用热风烘箱、电阻式加热器、卤素灯、红外加热设备等，并将加热设备安装在膨体聚四氟乙烯拉伸设备上以对聚四氟乙烯膜片进行加热。但是由于现有加热设备其热传导过程基本都是从聚四氟乙烯膜片外部向其内部进行，再加上聚四氟乙烯导热性差的特点，聚四氟乙烯膜片加热后的温度往往不均匀，会有内外温度差存在。在后续拉伸过程中，聚四氟乙烯膜片加热温度的不均匀还会导致聚四氟乙烯膜片不能被均匀拉伸，出现制备的膨体聚四氟乙烯薄膜厚度均匀性较差的问题。

发明内容

基于以上技术问题，本申请提供了提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置及方法，解决了现有膨体聚四氟乙烯薄膜在拉伸制备过程中，由于聚四氟乙烯膜片加热温度不均匀，导致拉伸后的膨体聚四氟乙烯薄膜存在薄膜厚度均匀性较差的问题。

为解决以上技术问题，本申请采用的技术方案如下：

一种提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，包括拉伸组件、电磁加热设备和拉伸加热组件；拉伸组件包括两个对称设置的环形轨道，环形轨道上环绕设置有多个用于夹持聚四氟乙烯膜片侧边的链夹，链夹在驱动机构的带动下环绕环形轨道回转活动；两个环形轨道之间留出有拉伸空间，拉伸空间通过环形轨道的宽幅变化依次分为热平衡区、横向拉伸区、纵向拉伸区和定型区；电磁加热设备位于拉伸空间入口前端的预热区，用于对聚四氟乙烯膜片进行预热；拉伸加热组件包括位于热平衡区的第一加热矩阵、位于横向拉伸区的第二加热矩阵、位于纵向拉伸区的第三加热矩阵和位于定型区的烧结定型设备，第一加热矩阵、第二加热矩阵和第三加热矩阵包括多个均匀分布的加热元件；

其中，聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料。

进一步的，拉伸空间还包括位于定型区之后的冷却区，冷却区上设置有冷却设备，冷却设备用于将烧结定型后的膨体聚四氟乙烯薄膜冷却至室温。

进一步的，第一加热矩阵、第二加热矩阵和第三加热矩阵布置于聚四氟乙烯膜片上侧、下侧或上下两侧。

进一步的，环形轨道包括靠近拉伸空间的工作轨道和远离拉伸空间的回程轨道，回程轨道上设置有冷却机构，冷却机构用于对链夹进行冷却。

进一步的，加热元件为发热温度可控的发热灯、电热管或电热丝。

本申请中，还公开了一种提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，基于上述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，包括：

通过电磁加热设备对制备的聚四氟乙烯膜片进行预热，其中，聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料；

通过链夹对聚四氟乙烯膜片进行装夹，并通过驱动机构驱动链夹带动聚四氟乙烯膜片沿拉伸空间轴向活动；

聚四氟乙烯膜片经过热平衡区时，通过第一加热矩阵对聚四氟乙烯膜片进行热平衡，使聚四氟乙烯膜片保持温度均匀；

聚四氟乙烯膜片经过横向拉伸区时，通过第二加热矩阵对聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对热平衡后的聚四氟乙烯膜片进行横向拉伸；其中，第二加热矩阵中加热元件的加热温度从聚四氟乙烯膜片横向中央到横向两边呈梯度降低分布；

聚四氟乙烯膜片经过纵向拉伸区时，通过第三加热矩阵对聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对横向拉伸后的聚四氟乙烯膜片进行纵向拉伸；

聚四氟乙烯膜片经过定型区时，通过烧结定型设备对聚四氟乙烯膜片进行烧结定型，得到膨化聚四氟乙烯薄膜。

进一步的，聚四氟乙烯膜片的制备方法包括：

将聚四氟乙烯树脂、填料和助剂油均匀混合后并熟化，获得聚四氟乙烯糊料；其中，填料是铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片；

对聚四氟乙烯糊料以预定压力进行预成型，得到料坯；

对料坯进行推压，得到棒状坯；

对棒状坯进行压延，得到聚四氟乙烯膜片；

对聚四氟乙烯膜片进行脱油，使聚四氟乙烯膜片中的助剂油挥发。

进一步的，当填料是石墨烯纳米片时，还包括对石墨烯纳米片进行预处理，预处理包括：

采用双氧水对石墨烯纳米片进行预氧化处理；

分别采用KH550无水乙醇溶液和SDBS水溶液对预氧化处理后的石墨烯纳米片进行表面活化处理；

对表面活化处理后的石墨烯纳米片依次经过超声分散、真空抽滤、洗涤和干燥后得到表面改性的石墨烯纳米片。

进一步的，当填料是铁粉时，还包括对铁粉进行脱除，脱除操作包括：

将膨体聚四氟乙烯薄膜浸入酸性油性水乳溶液中，对铁粉进行溶解去除；

铁粉溶解去除后，将膨体聚四氟乙烯薄膜从酸性油性水乳溶液中取出，并清洗、干燥。

进一步的，烧结定型包括一次定型和二次定型，二次定型的定型温度高于一次定型的定型温度。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请通过在用于拉伸的聚四氟乙烯膜片中加入了铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，由于铁粉、石墨与石墨烯均是优良的导磁性材料，使得聚四氟乙烯膜片在拉伸制备膨体聚四氟乙烯薄膜的过程中，可以通过预热区的电磁加热设备对聚四氟乙烯膜片中的铁粉、石墨或石墨烯进行电磁感应加热。

由于作为填料的铁粉、石墨或石墨烯均匀分散在聚四氟乙烯膜片中，对其进行电磁感应加热便可以产生均匀分散的热点，从而使得整个聚四氟乙烯膜片内外各处能够受热均匀，在后续拉伸过程中，便能够拉伸出薄膜厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜。

因此，本申请通过在聚四氟乙烯膜片中加入铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，并与电磁加热设备、拉伸加热组件配合，便可制备出薄膜厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜，有效提升了膨体聚四氟乙烯薄膜的均匀度。

此外，本申请通过在聚四氟乙烯膜片中加入铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，还可以有效提升聚四氟乙烯膜片的导热性，提高其加热效率。

此外，制备的膨体聚四氟乙烯薄膜中由于具有石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，可以通过石墨微粉或石墨烯纳米片对膨体聚四氟乙烯进行改性，有效改善了膨体聚四氟乙烯薄膜的疲劳脆裂抵抗性能、耐磨性能和抵御塑性蠕变的能力。

如果需要制备的是不含填料的膨体聚四氟乙烯薄膜，则在拉伸阶段选择铁粉作为填料，在制备出厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜后，再对薄膜中的铁粉进行脱除，以得到不含填料的膨体聚四氟乙烯薄膜。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置的结构示意框图。

图2为提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法的流程示意图。

图3为制备聚四氟乙烯膜片的方法的流程示意图。

图4为石墨烯纳米片预处理的流程示意图。

图5为聚四氟乙烯树脂前处理的流程示意图。

其中，1环形轨道，2冷却设备，3烧结定型设备，4冷却机构，5第三加热矩阵，6第二加热矩阵，7第一加热矩阵，8电磁加热设备。

其中，图1中的箭头表示聚四氟乙烯膜片的行进方向。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

参阅图1，在一些实施例中，一种提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，包括拉伸组件、电磁加热设备8和拉伸加热组件；拉伸组件包括两个对称设置的环形轨道1，环形轨道1上环绕设置有多个用于夹持聚四氟乙烯膜片侧边的链夹，链夹在驱动机构的带动下环绕环形轨道1回转活动；两个环形轨道1之间留出有拉伸空间，拉伸空间通过环形轨道1的宽幅变化依次分为热平衡区、横向拉伸区、纵向拉伸区和定型区；电磁加热设备8位于拉伸空间入口前端的预热区，用于对聚四氟乙烯膜片进行预热；拉伸加热组件包括位于热平衡区的第一加热矩阵7、位于横向拉伸区的第二加热矩阵6、位于纵向拉伸区的第三加热矩阵5和位于定型区的烧结定型设备3，第一加热矩阵7、第二加热矩阵6和第三加热矩阵5包括多个均匀分布的加热元件；

其中，聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料。

本实施例中，由于在用于拉伸的聚四氟乙烯膜片中加入了铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，由于铁粉、石墨与石墨烯均是优良的导磁性材料，使得聚四氟乙烯膜片在拉伸制备膨体聚四氟乙烯薄膜的过程中，可以通过预热区的电磁加热设备8对聚四氟乙烯膜片中的铁粉、石墨或石墨烯进行电磁感应加热。

由于作为填料的铁粉、石墨或石墨烯均匀分散在聚四氟乙烯膜片中，对其进行电磁感应加热便可以产生均匀分散的热点，从而使得整个聚四氟乙烯膜片内外各处能够受热均匀，在后续拉伸过程中，便能够拉伸出薄膜厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜。

因此，本申请通过在聚四氟乙烯膜片中加入铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，并与电磁加热设备8、拉伸加热组件配合，便可制备出薄膜厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜，有效提升了膨体聚四氟乙烯薄膜的均匀度。

优选的，拉伸空间还包括位于定型区之后的冷却区，冷却区上设置有冷却设备2，冷却设备2用于将烧结定型后的膨体聚四氟乙烯薄膜冷却至室温。

其中，冷却设备2将膨体聚四氟乙烯薄膜冷却至室温后，方便将其收卷储存。

具体的，第一加热矩阵7、第二加热矩阵6和第三加热矩阵5布置于聚四氟乙烯膜片上侧、下侧或上下两侧。

优选的，环形轨道1包括靠近拉伸空间的工作轨道和远离拉伸空间的回程轨道，回程轨道上设置有冷却机构4，冷却机构4用于对链夹进行冷却。

其中，回程轨道上设置的冷却机构4，可以对链夹进行冷却，其目的在于，由于链夹本身是采用金属制备，聚四氟乙烯薄膜拉伸过程中，也会受到加热矩阵的持续加热作用，高温的链夹在后续夹持过程中可能会穿透聚四氟乙烯膜片，产生夹持不牢固的问题。因此，可以通过冷却机构4对链夹进行降温，以方便链夹的下一次装夹。

具体的，加热元件为发热温度可控的发热灯、电热管或电热丝。

优选的，拉伸加热组件通过温度控制器进行加热温度控制，温度控制器可以对各个加热元件进行单独控制。

其中，温度控制器可以有效对各个加热矩阵上的电磁加热元件进行温度控制，以保证聚四氟乙烯薄膜拉伸过程中的加热温度。

具体的，烧结定型设备3为烧结炉。

具体的，电磁加热设备8其加热核心为电磁感应加热线圈。

参阅图2，在一些实施例中，还公开了一种提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，基于上述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，包括：

S201，通过电磁加热设备8对制备的聚四氟乙烯膜片进行预热，其中，聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料；

具体的，预热温度为150～200℃。

S202，通过链夹对聚四氟乙烯膜片进行装夹，并通过驱动机构驱动链夹带动聚四氟乙烯膜片沿拉伸空间轴向活动；

S203，聚四氟乙烯膜片经过热平衡区时，通过第一加热矩阵7对聚四氟乙烯膜片进行热平衡，使聚四氟乙烯膜片保持温度均匀；

S204，聚四氟乙烯膜片经过横向拉伸区时，通过第二加热矩阵6对聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对热平衡后的聚四氟乙烯膜片进行横向拉伸；其中，第二加热矩阵6中加热元件的加热温度从聚四氟乙烯膜片横向中央到横向两边呈梯度降低分布；

其中，对于膨体聚四氟乙烯薄膜双向拉伸设备，由于其横向拉伸过程是通过链夹夹住聚四氟乙烯膜片横向两侧边缘在一个梯形轨道上进行扩幅而实现的，拉伸应力在从边缘向中间逐步传递的过程中存在衰减和滞后效应，使得拉伸制备的膨体聚四氟乙烯薄膜中间区域厚度大于两边区域，从而产生中间区域孔径小两边区域孔径大的结果，影响了膜的实用性能和使用范围。

针对上述问题研究发现，在其它拉伸条件相同的情况下，拉伸温度的升高可以使得聚四氟乙烯膜片变得更易被拉伸，原因是温度的提高起到了温度补偿的作用，使得其在相同的条件下更易被拉伸。因此，通过设置在横向拉伸过程中，聚四氟乙烯膜片横向中间和横向两边加热温度存在温度差的技术手段，使得聚四氟乙烯横向上温度相对较高的横向中间区域的易拉伸性高于横向两边，从而获得中间薄两边厚的膜的结构，进而在横向拉伸过程中可以被均匀扩幅，以提高制备的膨体聚四氟乙烯薄膜厚度的均匀性。

具体的，第二加热矩阵6中加热元件的加热温度从聚四氟乙烯膜片横向中央到横向两边呈梯度降低分布。即聚四氟乙烯膜片横向中间区域的温度会高于横向两边的区域温度，使横向拉伸温度在聚四氟乙烯膜片横向方向上形成加热温度变化的温度场。

其中，横向温度场分布设置为中间区域温度T + 20～100℃，高于两边区域温度T℃，各个电磁加热元件的温度可根据需要从横向中间到横向两边逐渐降低，降低幅度为5～10℃。

具体的，横向温度场分布设置为中间区域温度为150～300℃。

S205，聚四氟乙烯膜片经过纵向拉伸区时，通过第三加热矩阵5对聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对横向拉伸后的聚四氟乙烯膜片进行纵向拉伸；

具体的，纵向拉伸温度为150～300℃。

S206，聚四氟乙烯膜片经过定型区时，通过烧结定型设备3对聚四氟乙烯膜片进行烧结定型，得到膨化聚四氟乙烯薄膜。

其中，聚四氟乙烯膜片通过拉伸制备的膨体聚四氟乙烯薄膜上会形成微孔，微孔会在自然条件下回缩，直至微孔消失，因此想要获得稳定的膨体聚四氟乙烯薄膜，还需要进行烧结定型。烧结过后，膨体聚四氟乙烯薄膜的尺寸稳定性和力学性能会有很大提高。

本实施例中，通过在聚四氟乙烯膜片中加入铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，并与电磁加热设备8、拉伸加热组件配合完成膨体聚四氟乙烯薄膜的拉伸制备，便可制备出薄膜厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜，有效提升了膨体聚四氟乙烯薄膜的均匀度。

其中，通过在聚四氟乙烯膜片中加入铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，还可以有效提升聚四氟乙烯膜片的导热性，提高其加热效率。

其中，制备的膨体聚四氟乙烯薄膜中由于具有石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料，可以通过石墨微粉或石墨烯纳米片对膨体聚四氟乙烯进行改性，有效改善了膨体聚四氟乙烯薄膜的疲劳脆裂抵抗性能、耐磨性能和抵御塑性蠕变的能力。

如果需要制备的是不含填料的膨体聚四氟乙烯薄膜，则在拉伸阶段选择铁粉作为填料，在制备出厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜后，再对薄膜中的铁粉进行脱除，以得到不含填料的膨体聚四氟乙烯薄膜。

其中，聚四氟乙烯膜片在拉伸时的扩幅倍率根据需要的薄膜厚度确定，扩幅倍率大则薄膜厚度变小、反之薄膜厚度变大。例如，具体横拉扩幅倍率对应薄膜厚度如下：扩幅倍率为20～25倍，对应膜厚度为0.020～0.035mm；扩幅倍率为18～20倍，对应膜厚度为0.025～0.045mm；扩幅倍率为15～18倍，对应膜厚度为0.040～0.060mm。

其中，聚四氟乙烯膜片在拉伸时的线速度可根据拉伸温度高低进行改变，温度高时拉伸过程容易进行，可提高线速度、反之可降低线速度。例如，拉伸温度为160～220℃时，线速度为18～20m/min；拉伸温度为220～280℃时，线速度为20～22m/min时。

优选的，拉伸温度为玻璃化温度到熔融点温度之间，具体是100℃到327℃之间。其中，拉伸温度的升高有利于提高纤维的长度，其中最适宜拉伸出长纤维的温度在180～300℃。

优选的，烧结定型包括一次定型和二次定型，二次定型的定型温度高于一次定型的定型温度。

其中，一次定型的定型温度为300℃～320℃，一次定型后立刻进行二次定型，二次定型温度为350℃～380℃。通过两次高温定型的目的是释放聚四氟乙烯在压延、拉伸过程中产生的内应力，从而降低薄膜的热收缩率。

参阅图3，在一些实施例中，聚四氟乙烯膜片的制备方法包括：

S301，将聚四氟乙烯树脂、填料和助剂油均匀混合后并熟化，获得聚四氟乙烯糊料；其中，填料是铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片；

具体的，混合操作采用高速混合机完成。

具体的，由于聚四氟乙烯树脂颗粒之间存在较大的摩擦，加入助剂油可以作为润滑剂，增加颗粒之间的黏合，降低树脂颗粒间及树脂与挤出装置容器之间的摩擦力，从而提高加工性能。

具体的，助剂油实际上是一种是聚四氟乙烯表面浸润且令其分支团聚的液态物质，助剂油一般具有常温下不易挥发、具有良好的润滑性与渗透性、与聚四氟乙烯树脂不起化学反应、干燥萃取时能够全部逸出的特性。因此，对于助剂油的选择一般采用烷烃含量较高且价格便宜的煤油、石脑油、航空燃料以及异链烷烃等。其中，为了使助剂油更有效地浸润树脂颗粒表面，可加入少量分散剂。分散剂实质是一种可以调节表面张力，令溶剂加快分散的助剂。

具体的，对于聚四氟乙烯树脂、石墨微粉和助剂油三者的混合，可以采用以下混合方式：其一是干法混合，即先将石墨微粉加入助剂油中混合，再将该混合液加入到聚四氟乙烯树脂中均匀混合；其二是湿法混合，即将石墨微粉加入到分散聚四氟乙烯的乳液中充分混合，凝聚干燥后，再加入助剂油均匀混合。

具体的，熟化操作通过电热恒温鼓风干燥箱完成，其熟化温度为35℃～55℃，熟化时间为8～10小时。

具体的，聚四氟乙烯树脂可以选用聚四氟乙烯悬浮树脂和聚四氟乙烯分散树脂。其中，聚四氟乙烯树脂的粒径在300～500微米之间。

具体的，铁粉的粒径为2～6微米。

具体的，石墨微粉的粒径小于1～4微米。

具体的，石墨烯纳米片厚度在20纳米左右。

优选的，溶剂油与聚四氟乙烯树脂的质量比为20～30:100。

优选的，石墨微粉与聚四氟乙烯树脂的质量比为2～5∶100，石墨微粉与聚四氟乙烯树脂的质量比为0.5～5∶100，石墨烯纳米片与聚四氟乙烯树脂的质量比为0.5～2∶100。

其中，随着石墨微粉与石墨烯纳米片的添加含量的增加，会导致聚四氟乙烯膜片的拉伸强度逐渐减弱，为保证后期能够将聚四氟乙烯膜片双向拉伸形成膨体聚四氟乙烯薄膜，应将石墨微粉与石墨烯纳米片的添加量控制在合理范围。

S302，对聚四氟乙烯糊料以预定压力进行预成型，得到料坯；

具体的，预成型操作通过预压机完成，其目的是使聚四氟乙烯糊料初步成坯。

S303，对料坯进行推压，得到棒状坯；

具体的，推压操作通过推压机完成。已知聚四氟乙烯树脂是由球形颗粒组成，每个球形颗粒都是聚四氟乙烯分子链折叠而成。在室温下，颗粒受剪切力作用，容易把分子链拉出形成纤维。推压装置的口模具有锥形结构，在挤出过程中，由于受剪切力的作用，相邻的聚四氟乙烯球形颗粒受力挤出短纤维而发生交联，但聚四氟乙烯树脂球形颗粒没有受到破坏。

当推压装置的挤出管受力拉伸，纤维会从颗粒中被拉伸出来，未拉伸出来的部分构成节点，从而形成结点-纤维的特殊孔结构。后续再经过双向拉伸制备的膨体聚四氟乙烯薄膜，就是由这种结点-纤维结构层叠而成。且由于后续制备的膨体聚四氟乙烯薄膜是通过双向拉伸制备的，其结点-纤维结构呈星状分布。

S304，对棒状坯进行压延，得到聚四氟乙烯膜片；

具体的，压延操作通过双辊压延机完成。

S305，对聚四氟乙烯膜片进行脱油，使聚四氟乙烯膜片中的助剂油挥发。

具体的，脱油操作通过电热恒温鼓风干燥箱或电加热辊完成，通过对聚四氟乙烯膜片进行加热使助剂油挥发完成脱油。

本实施例中，加入铁粉、石墨或石墨烯的目的在于使聚四氟乙烯膜片能够被电磁加热设备8进行加热，从而通过填充的铁粉、石墨或石墨烯在预热阶段对聚四氟乙烯膜片进行均匀加热，以保证聚四氟乙烯膜片受热均匀，从而在拉伸过程中，能够拉伸出厚度均匀的膨体聚四氟乙烯薄膜。

此外，石墨和石墨烯不仅具备有能够被电磁感应加热的特性，还具有在330～400摄氏度烧结时能够稳定存在且自身不会集簇，且不会与聚四氟乙烯或助剂油相互反应，不易吸潮、团结，且材料粒度较小、均匀的特点。因此，将石墨微粉或石墨烯纳米片加入膨体聚四氟乙烯薄膜中，其并不会改变聚四氟乙烯的基本物理特性。且将石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料加入膨体聚四氟乙烯薄膜中还可以改善膨体聚四氟乙烯薄膜其疲劳脆裂抵抗性能、耐磨性能和抵御塑性蠕变的能力。

此外，石墨和石墨烯还是性能优良的固体润滑剂，将其作为填料加入到膨体聚四氟乙烯薄膜中，可以有效提高膨体聚四氟乙烯薄膜的摩擦性能。

而在一些密封场景中，则需要不含有填料的膨体聚四氟乙烯薄膜，此时聚四氟乙烯膜片则可以加入铁粉，并在后续膨体聚四氟乙烯薄膜制备完成后对铁粉进行脱除，便可得到不含填料的膨体聚四氟乙烯薄膜。

参阅图4，优选的，当填料是石墨烯纳米片时，还包括对石墨烯纳米片进行预处理，预处理包括：

S401，采用双氧水对石墨烯纳米片进行预氧化处理；

S402，分别采用KH550无水乙醇溶液和SDBS水溶液对预氧化处理后的石墨烯纳米片进行表面活化处理；

具体的，KH550无水乙醇溶液的质量分数为1%。

具体的，SDBS水溶液的质量浓度为1mg/mL。

S403，对表面活化处理后的石墨烯纳米片依次经过超声分散、真空抽滤、洗涤和干燥后得到表面改性的石墨烯纳米片。

其中，由于石墨烯比表面积高、易团聚。因此，在石墨烯使用前，对其进行表面改性处理。经过预处理后的石墨烯其团聚现象会得到较大改善，使其具有较好的分散效果。经过表面改性的石墨烯纳米片作为填料加入膨体聚四氟乙烯薄膜之中后，可以明显改善膨体聚四氟乙烯的抗拉前度、断裂伸长率、压缩回弹性能和抗蠕变松弛性能。

优选的，当填料是铁粉时，还包括对铁粉进行脱除，脱除操作包括：将膨体聚四氟乙烯薄膜浸入酸性油性水乳溶液中，对铁粉进行溶解去除；铁粉溶解去除后，将膨体聚四氟乙烯薄膜从酸性油性水乳溶液中取出，并清洗、干燥。

其中，由于膨体聚四氟乙烯薄膜是微孔膜，则酸性油性水乳溶液便可渗入微孔处与铁粉进行反应，以达到脱除铁粉的目的。

具体的，对于酸性油性水乳溶液可以通过柴油加入乳化剂、10%左右的盐酸溶液，进行超声搅拌后形成。这是由于盐酸水溶液不能进行膨体聚四氟乙烯薄膜内部，所以需要通过制备的酸性油性水乳溶液的油性特征进入膨体聚四氟乙烯薄膜内部对铁粉进行溶解脱除。

参阅图5，优选的，将聚四氟乙烯树脂与石墨微粉混合之前，还包括：

S501，将聚四氟乙烯树脂放入冷藏室储存；

S502，将冷藏后的聚四氟乙烯树脂转移至中转库平衡到室温；

S503，将平衡到室温的聚四氟乙烯树脂进行筛分，筛除或打散结团的聚四氟乙烯树脂。

其中，对聚四氟乙烯树脂进行冷藏存储的目的是为了防止树脂成团，将其从冷藏库中取出转移至中转库在密封条件下由低温缓慢恢复至视为，可以减少冷却过程中空气中水分在树脂表面凝结成水。

如上即为本申请的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述申请的验证过程，并非用以限制本申请的专利保护范围，本申请的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于，包括：

拉伸组件，所述拉伸组件包括两个对称设置的环形轨道，所述环形轨道上环绕设置有多个用于夹持聚四氟乙烯膜片侧边的链夹，所述链夹在驱动机构的带动下环绕所述环形轨道回转活动；两个环形轨道之间留出有拉伸空间，所述拉伸空间通过所述环形轨道的宽幅变化依次分为热平衡区、横向拉伸区、纵向拉伸区和定型区；

电磁加热设备，所述电磁加热设备位于所述拉伸空间入口前端的预热区，用于对聚四氟乙烯膜片进行预热；

拉伸加热组件，所述拉伸加热组件包括位于所述热平衡区的第一加热矩阵、位于所述横向拉伸区的第二加热矩阵、位于所述纵向拉伸区的第三加热矩阵和位于所述定型区的烧结定型设备，所述第一加热矩阵、所述第二加热矩阵和所述第三加热矩阵包括多个均匀分布的加热元件；

其中，所述聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料。

2.根据权利要求1所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于：

所述拉伸空间还包括位于所述定型区之后的冷却区，所述冷却区上设置有冷却设备，所述冷却设备用于将烧结定型后的膨体聚四氟乙烯薄膜冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于：

所述第一加热矩阵、所述第二加热矩阵和所述第三加热矩阵布置于所述聚四氟乙烯膜片上侧、下侧或上下两侧。

4.根据权利要求1所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于：

所述环形轨道包括靠近所述拉伸空间的工作轨道和远离所述拉伸空间的回程轨道，所述回程轨道上设置有冷却机构，所述冷却机构用于对所述链夹进行冷却。

5.根据权利要求1所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于：

所述加热元件为发热温度可控的发热灯、电热管或电热丝。

6.提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，基于权利要求1至5任意一项权利要求所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸装置，其特征在于，包括：

通过所述电磁加热设备对制备的聚四氟乙烯膜片进行预热，其中，所述聚四氟乙烯膜片中均匀填充有铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片作为填料；

通过所述链夹对所述聚四氟乙烯膜片进行装夹，并通过驱动机构驱动所述链夹带动所述聚四氟乙烯膜片沿所述拉伸空间轴向活动；

所述聚四氟乙烯膜片经过所述热平衡区时，通过所述第一加热矩阵对所述聚四氟乙烯膜片进行热平衡，使所述聚四氟乙烯膜片保持温度均匀；

所述聚四氟乙烯膜片经过所述横向拉伸区时，通过所述第二加热矩阵对所述聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对热平衡后的所述聚四氟乙烯膜片进行横向拉伸；其中，所述第二加热矩阵中加热元件的加热温度从所述聚四氟乙烯膜片横向中央到横向两边呈梯度降低分布；

所述聚四氟乙烯膜片经过所述纵向拉伸区时，通过所述第三加热矩阵对所述聚四氟乙烯膜片进行加热；同时在加热环境下，对横向拉伸后的所述聚四氟乙烯膜片进行纵向拉伸；

所述聚四氟乙烯膜片经过所述定型区时，通过所述烧结定型设备对所述聚四氟乙烯膜片进行烧结定型，得到膨化聚四氟乙烯薄膜。

7.根据权利要求6所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯膜片的制备方法包括：

将聚四氟乙烯树脂、填料和助剂油均匀混合后并熟化，获得聚四氟乙烯糊料；其中，所述填料是铁粉、石墨微粉或石墨烯纳米片；

对所述聚四氟乙烯糊料以预定压力进行预成型，得到料坯；

对所述料坯进行推压，得到棒状坯；

对所述棒状坯进行压延，得到聚四氟乙烯膜片；

对所述聚四氟乙烯膜片进行脱油，使所述聚四氟乙烯膜片中的助剂油挥发。

8.根据权利要求7所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，其特征在于，当所述填料是石墨烯纳米片时，还包括对所述石墨烯纳米片进行预处理，所述预处理包括：

采用双氧水对所述石墨烯纳米片进行预氧化处理；

分别采用KH550无水乙醇溶液和SDBS水溶液对预氧化处理后的石墨烯纳米片进行表面活化处理；

对表面活化处理后的石墨烯纳米片依次经过超声分散、真空抽滤、洗涤和干燥后得到表面改性的石墨烯纳米片。

9.根据权利要求6所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，其特征在于，当所述填料是铁粉时，还包括对所述铁粉进行脱除，所述脱除操作包括：

将所述膨体聚四氟乙烯薄膜浸入酸性油性水乳溶液中，对所述铁粉进行溶解去除；

所述铁粉溶解去除后，将所述膨体聚四氟乙烯薄膜从酸性油性水乳溶液中取出，并清洗、干燥。

10.根据权利要求6所述的提高膨体聚四氟乙烯薄膜均匀度的双向拉伸方法，其特征在于：

所述烧结定型包括一次定型和二次定型，所述二次定型的定型温度高于所述一次定型的定型温度。

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