一种PTFE微孔膜制备方法与流程

一种ptfe微孔膜制备方法
技术领域
1.本发明属于聚四氟乙烯微孔膜制备技术领域，具体涉及一种ptfe微孔膜制备方法。


背景技术：

2.聚四氟乙烯分散树脂是一种白色的、柔软发粘的粉状塑料类材料，因其具有优良的耐候性、耐腐性、绝缘性、耐老化性，且具备无毒、可纤维化等特点，被称为“塑料王”。
3.聚四氟乙烯制作的聚四氟乙烯微孔膜，又称聚四氟乙烯微孔膜被广泛应用在人工血管、心脏修补膜、分离和过滤膜、密封、电气绝缘、野外用品等方面。聚四氟乙烯微孔膜具有良好的生物相容性及特有的微孔结构，无毒、无致癌、无致敏等副作用。
4.目前，国内外普遍认可的制备工艺为推压成型-拉伸法，该方法主要过程是将聚四氟乙烯分散树脂与助剂混合后通过推压设备挤出成型制成ptfe初生中空纤维，进而通过拉伸致孔使纤维表面形成微孔结构，而后烧结定型使微孔结构固化，最终制得聚四氟乙烯微孔膜。由此可知，拉伸过程是制膜工艺的关键步骤，对制备所需孔径大小、结构均匀的聚四氟乙烯微孔膜尤为重要。
5.授权公告号为cn105521716b的文件公开了一种聚四氟乙烯中空纤维膜的二级拉伸制备方法，先进行第一级拉伸形成一定数量的原始微孔结构，然后进行第二级拉伸，进一步使微孔结构生长、伸长，并且断裂几率下降，但是在两级拉伸中尤其是第一级拉伸中，由于ptfe本身的收缩性质，拉伸形成的微孔结构往往因材料表面收缩又缩小，孔径达不到要求，影响形成的薄膜的强度。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种ptfe微孔膜制备方法，通过对ptfe基带进行多级纵向拉伸的方式，可以有效控制基带热缩率在5~10%范围内，并且工艺简单易操作、处理时间短，具有良好的工业应用前景。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种ptfe微孔膜制备方法，包括：将聚四氟乙烯基带送入纵向拉伸装置进行多级纵向拉伸，得到一级拉伸基带；所述多级纵向拉伸的拉伸温度为100~200℃，拉伸倍数为50~150%；其中，所述聚四氟乙烯基带在所述纵向拉伸装置处理后热收缩率为5~10%。
8.作为本发明的进一步优选，所述纵向拉伸装置包括喂料辊、设置在所述喂料辊侧端的收卷辊、以及设置在所述喂料辊和所述收卷辊之间的至少一个通过顶起的方式对聚四氟乙烯基带进行加强拉伸的多级拉伸结构，所述多级拉伸结构包括设置在聚四氟乙烯基带下端的固定驱动单元、设置在所述固定驱动单元上的多个顶起单元、以及设置在所述固定驱动单元上并与所述固定驱动单元连接且用于依次顶起所述顶起单元的移动驱动单元。
9.作为本发明的进一步优选，所述聚四氟乙烯基带通过所述移动驱动单元在所述固定驱动单元驱动下依次推动所述顶起单元顶起所述聚四氟乙烯基带的方式形成多个加强
拉伸部，并且所述加强拉伸部在所述顶起单元复位的过程中进行回缩。
10.作为本发明的进一步优选，所述固定驱动单元包括设置在所述喂料辊和所述收卷辊之间并位于所述聚四氟乙烯基带下端的固定箱体、设置在所述固定箱体下表面上的正反转电机、设置在所述固定箱体内并与所述正反转电机连接的驱动链条。
11.作为本发明的进一步优选，所述移动驱动单元包括设置在所述固定箱体内且两端与所述驱动链条连接的活动架、设置在所述活动架上的移动轮、设置在所述活动架上并与所述移动轮转动连接的限位杆。
12.作为本发明的进一步优选，所述顶起单元包括设置在所述固定箱体上端的u型活动架、设置在所述u型活动架上的顶起辊、设置在所述u型活动架下端的插接柱、设置在所述固定箱体上表面并用于插入所述插接柱的连接孔、设置在所述插接柱下表面上的固定槽、以及设置在所述固定槽内并与所述移动轮抵接的连接轮。
13.作为本发明的进一步优选，所述移动驱动单元还包括设置在所述固定箱体内并用于安装所述移动轮的限位架、设置在所述限位架上并与所述限位杆移动连接的安装槽。
14.作为本发明的进一步优选，所述多级拉伸结构还包括设置在所述固定箱体上并用于支撑所述u型活动架且位于所述u型活动架下端的多个限位支撑单元，单个所述限位支撑单元包括设置在所述限位架两端的两个固定板、设置在所述固定箱体两侧端上并与所述固定板适配的两个插接孔、设置在所述固定板上的多个限位插接孔、以及设置在所述u型活动架两侧端并分别与两个所述固定板上的限位插接孔插接的两个支撑柱。
15.作为本发明的进一步优选，所述顶起单元还包括设置在插接柱上并位于所述固定箱体上端的限位板。
16.作为本发明的进一步优选，所述固定驱动单元还包括设置在所述固定箱体两端上并用于安装所述驱动链条的两个定向轮。
17.综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明在聚四氟乙烯基带进行第一次拉伸后即有效控制聚四氟乙烯基带拉伸后的热收缩率，避免产生在后续处理中热缩程度过大导致微孔孔径达不到要求，从而影响ptfe微孔膜的强度的问题，得到的ptfe微孔膜热收率控制在10%以下，纵向拉伸强度大于120mpa。
18.本发明提供的工艺简单可控，耗时短、资源消耗少，具有良好的工业应用前景。
19.本发明提供的纵向拉伸装置结构简单、便于维修，并且不需要借助电控设备或者气泵等调节件，生产成本低，有利于应用推广。
附图说明
20.附图1为本发明纵向拉伸装置的结构示意图。
21.附图2为本发明多级拉伸结构的结构示意图。
22.附图3为本发明移动驱动单元的位置结构示意图。
23.附图4为本发明顶起单元的结构示意图。
24.附图5为本发明移动驱动单元及限位支撑单元的位置结构示意图。
25.附图6为本发明多级拉伸结构的部分结构俯视图。
26.附图7为本发明限位支撑单元的部分结构俯视图。
27.附图说明：加强拉伸部a、喂料辊1、收卷辊2、固定驱动单元3、固定箱体301、正反转电机302、驱动链条303、定向轮304、调节架305、顶起单元4、u型活动架401、顶起辊402、插接柱403、连接孔404、固定槽405、连接轮406、限位板407、移动驱动单元5、活动架501、移动轮502、限位杆503、限位架504、安装槽505、限位支撑单元6、固定板601、插接孔602、限位插接孔603、支撑柱604。
具体实施方式
28.在现有技术中，纵向拉伸时往往采用多次拉伸的方法，并且每次拉伸过后都需进行预定型处理以防止拉伸基带回缩，上述方法不仅处理时间长，而且能源损耗也较大，并且在定型过程中拉伸基带仍然会发生不可避免的回缩。
29.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的改进重点在于：如何在聚四氟乙烯基带进行第一次拉伸（即纵向拉伸）时如何控制聚四氟乙烯基带拉伸后的热收缩率，避免在后续处理中热缩程度过大导致微孔孔径达不到要求，从而影响ptfe微孔膜的强度。
30.实施例1本实施例提供一种ptfe微孔膜制备方法，包括：将聚四氟乙烯基带送入纵向拉伸装置进行多级纵向拉伸，得到一级拉伸基带；所述多级纵向拉伸的拉伸温度为100~200℃，拉伸倍数为50~150%；其中，所述聚四氟乙烯基带在所述纵向拉伸装置处理后热收缩率为5~10%。
31.在本实施例中，纵向拉伸是指聚四氟乙烯基带的输送方向，其为制备ptfe微孔膜工艺中的一个环节，在对聚四氟乙烯基带进行多级纵向拉伸后，还需要进行横向拉伸、烧结定型、冷却等处理步骤，上述步骤采用现有工艺即可，故不再赘述。
32.在本实施例中，如附图1所示，所述纵向拉伸装置包括喂料辊1、设置在所述喂料辊1侧端的收卷辊2、以及设置在所述喂料辊1和所述收卷辊2之间的至少一个通过顶起的方式对聚四氟乙烯基带进行加强拉伸的多级拉伸结构，所述多级拉伸结构包括设置在聚四氟乙烯基带下端的固定驱动单元3、设置在所述固定驱动单元3上的多个顶起单元4、以及设置在所述固定驱动单元3上并与所述固定驱动单元3连接且用于依次顶起所述顶起单元4的移动驱动单元5。所述聚四氟乙烯基带通过所述移动驱动单元5在所述固定驱动单元3驱动下依次推动所述顶起单元4顶起所述聚四氟乙烯基带的方式形成多个加强拉伸部a，并且所述加强拉伸部a在所述顶起单元4复位的过程中进行回缩。
33.在200℃以下的热缩收率是ptfe微孔膜在高温下结构稳定性的表现，数值越低说明结构越稳定，越有利于微孔膜的使用。本实施例提供的纵向拉伸装置能够完成控制所述聚四氟乙烯基带热收缩率在5~10%范围内的要求，其原理包括：首先，在纵向拉伸中将温度设置在200℃以下，优选为100~200℃范围内进行拉伸，在该温度范围内，基带中的分子链通过热运动而调整构象重新排列，其内部应力缓慢并且充分的释放，因此回缩的过程也是缓慢而充分；其次，本装置除了提供一个基础的作用于基带两端的拉伸外力之外，在基带的中部增设了一个多级拉伸结构，提供一个额外的拉伸外力作用于基带中部，避免出现基带两端与中部受力不均导致形成的制膜中间厚两端薄的问题；第三，本实施例提供的多级拉伸结构对于基带中部的作用力是规律的间歇性作用力，更具体地说是一种与波形类似的作用力，在基带在连续拉伸收卷的过程中，多个顶起单元4在纵向上依次从下端顶起基带，基带
被顶起的部分的拉伸效果得到增强形成多个连续的加强拉伸部a，而在顶起单元4落下时，加强拉伸部a由于失去顶起作用力，被加强拉伸的部分一定程度上变得松弛，材质本身发生回缩，因此，在一个顶起单元4顶起基带又回落至原位的过程中，基带上对应位置处发生了初步拉伸-二次拉伸形成加强拉伸部a-拉伸到最大值-松弛-回缩-定型的一个过程，该过程相对于传统工艺中初步拉伸-二次拉伸-多次拉伸的过程，多了一个在拉伸过程中回缩并且定型的步骤，该步骤是本发明减少热回缩率的关键。因为当基带全部经过多级拉伸结构后，顶起单元4在基带上形成了多个加强拉伸部a，每个加强拉伸部a都完成了上述一个完整的过程，即每个加强拉伸部a都完成了拉伸后的回缩，后续进行横向拉伸或者热定型时，基带整体的回缩程度会大大减少，得到的制膜性能会更加优异。最后，本实施例装置采用多个顶起单元4的另一个优势在于，当全部的顶起单元4完成一次顶起-回落复位的运动后，基带上形成了一个加强拉伸部a连续排列的区域，但是两个相邻加强拉伸部a之间的部分是受力最小的，其与拉伸到最大值即加强拉伸部a的中间部分相比，存在差距，会对制膜的均匀性产生影响，本装置设置多个顶起单元4且顶起单元4采用移动驱动单元5依次顶起并且往复循环，移动驱动单元5的速度大于基带传输的速度，因此，当全部的顶起单元4完成一次依次顶起-回落复位的运动后，全部的顶起单元4又立即开始一次运动方向相反的依次顶起-回落复位的运动，形成第二个加强拉伸部a连续排列的区域，该区域与第一次形成的区域部分重叠且加强拉伸部a的最大值处错位排布，理想状态是位于第一次形成的区域内的两个相邻加强拉伸部a之间的部分是第二次形成的区域内的加强拉伸部a的最大值处，这样多次循环加强拉伸的基带，不仅中段部分得到了加强拉伸，而且拉伸效果均匀，最后得到的制膜热回缩率低，大大提高了制膜的力学性能。
34.实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于，进一步对多级拉伸结构进行优化。
35.在本实施例中，如附图2~7所述，所述固定驱动单元3包括设置在所述喂料辊1和所述收卷辊2之间并位于所述聚四氟乙烯基带下端的固定箱体301、设置在所述固定箱体301下表面上的正反转电机302、设置在所述固定箱体301内并与所述正反转电机302连接的驱动链条303、设置在所述固定箱体301两端上并用于安装所述驱动链条303的两个定向轮304。所述固定箱体301与所述正反转电机302之间设置有调节架305用于调节两者的距离，配合两个定向轮304的，目的是避免所述驱动链条303与固定箱体301发生碰撞，也保证了所述驱动链条303在固定箱体301的水平运动。
36.在本实施例中，所述顶起单元4包括设置在所述固定箱体301上端的u型活动架401、设置在所述u型活动架401上的顶起辊402、设置在所述u型活动架401下端的插接柱403、设置在所述固定箱体301上表面并用于插入所述插接柱403的连接孔404、设置在所述插接柱403下表面上的固定槽405、设置在所述固定槽405内的连接轮406、以及设置在插接柱403上并位于所述固定箱体301上端的限位板407。所述顶起单元4的数量根据基带的长度确定，本实施例中为五个，所述顶起辊402的长度大于等于基带的宽度，所述限位板407的安装用于调整所述连接轮406的位置，需要保证其与下述的移动轮502充分挤压，而连接轮406与下述的移动轮502滚轮的结构设计是为了避免两者产生的磨损太大，影响使用寿命。
37.在本实施例中，所述移动驱动单元5包括设置在所述固定箱体301内且两端与所述驱动链条303连接的活动架501、设置在所述活动架501上并用于顶起所述连接轮406的移动
轮502、设置在所述活动架501上并与所述移动轮502转动连接的限位杆503、设置在所述固定箱体301内并用于安装所述移动轮501的限位架504、设置在所述限位架504上并与所述限位杆503移动连接的安装槽505。所述移动轮502沿基带传输方向的两端被驱动链条303固定，而移动轮502垂直于基带传输方向和竖直方向则通过限位杆503与限位架504（所述限位架504与固定箱体301的上下两端卡合）的结构进行限定，这样保证了在所述移动轮502在驱动链条303的牵引下平移并与连接轮406挤压时，连接轮406的作用力不会导致所述移动轮502发生任何方向上的晃动，从而保证加强拉伸的强度。
38.在本实施例中，所述多级拉伸结构还包括设置在所述固定箱体301上并用于支撑所述u型活动架401且位于所述u型活动架401下端的多个限位支撑单元6，单个所述限位支撑单元6包括设置在所述限位架504两端的两个固定板601、设置在所述固定箱体301两侧端上并与所述固定板601适配的两个插接孔602、设置在所述固定板601上的多个限位插接孔603、以及设置在所述u型活动架401两侧端并分别与两个所述固定板601上的限位插接孔603插接的两个支撑柱604。
39.在本实施例中，所述限位支撑单元6的优点包括：第一，两个支撑柱604与固定板601的插接结构进一步加强了所述顶起辊402的强度，避免所述顶起辊402发生晃动；第二，通过两个支撑柱604插入不同位置的限位插接孔603的方式控制两个所述固定板601插入所述固定箱体301内的距离，从而控制两个固定板601连接的限位架504两侧内壁的距离，以适应不同大小与规格的移动轮502，而且拆卸简单方便，便于后期维护。在实际安装过程中，所述限位架504需先安装在所述固定箱体301内，再将所有的固定板601分别穿过所述插接孔602并与所述限位架504固定连接，因此为了方便，所述固定板601与所述限位架504的连接方式采用螺接比较适宜。
40.实施例3~5分别取三块ptfe基带标为a、b、c，分别送入本发明提供的装置，并且按照相同的工艺参数进行处理，不同之处在于，a进行了一次处理，b进行了两次重复拉伸处理，c进行了四次重复拉伸处理，根据gb/t 12027-2004测试热回缩率，根据gb/t 1040.3-2006测试纵向拉伸强度，测定结果如下：由此可见，采用本发明提供的工艺及装置得到的ptfe微孔膜在纵向拉伸后即可控制热缩率小于10%，并且纵向拉伸强度大于120mpa，提高了制膜的力学性能；并且随着重复拉伸的次数变多，热缩率和纵向拉伸强度进一步得到强化，其原因可能在于多次加强拉伸处理下，基带表面形成的均匀性越好，并且在重复拉伸过程中强度也得到了逐步提升。
41.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。