專利名稱：多層聚四氟乙烯膜及其制備方法及裝置的制作方法
多層聚四氟乙烯膜及其制備方法及裝置所屬領域本發明屬于聚四氟乙烯微孔濾膜的加工制造技術領域，尤其涉及控制層間焊接牢 度與孔徑的多層聚四氟乙烯膜的制備，是空氣過濾膜、服裝膜與水過濾聚四氟乙烯膜的制 造領域。
背景技術：
對于膨化聚四氟乙烯微孔濾膜，市場上多數是單層的薄膜，它的制造工序如下首 先將膨化聚四氟乙烯粉末用合適的助劑油按比例配合成糊膏狀，通過打坯機制成圓柱狀毛 坯，放進推擠機在一定的壓力下擠成一定直徑的圓柱狀經過導向器進入壓延機壓成壓延 片，然后經過縱拉、擴幅形成微孔聚四氟乙烯薄膜呈兩維的平面結構。這樣織造出的聚四 氟乙烯微孔濾膜的特點是強度較低、孔徑較大，難以控制薄膜的力學強度和孔徑的大小，從 而限制了它的應用領域。在目前國家對環保的要求越來越高，聚四氟乙烯薄膜作為一個表 面過濾材料，為了提高過濾效率和使用壽命，對它的孔徑要求越來越小，力學強度也越來越 高；在服裝行業，人們追求穿著的舒適，“呼吸”服裝面料的市場已經打開，所用聚四氟乙烯 微孔濾膜具有防水保暖透濕的技術要求，需要嚴格控制它的孔徑、力學強度以及耐水壓的 要求；在水過濾上同樣需要控制聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑和強度，原來的類似兩維的聚 四氟乙烯微孔濾膜已經不能滿足現在的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種強度較高、孔徑小的多層聚四氟乙烯膜的制備方法。本發明的多層聚四氟乙烯膜制備方法，是將兩個以上的單層聚四氟乙烯膜分別在 50 150°C下加熱脫脂、1 6倍濕拉伸后，上下對齊疊合在一起經過導向輥組，經過導向輥 組時在150 280°C下干燥把油脂脫離干凈；再經過在溫度180 300°C下、5 18倍的縱 拉輥組的拉伸后形成縱拉帶；縱拉帶經過擴幅機組被橫向拉伸后，在燒結溫度280 500°C 下燒結定型得到多層聚四氟乙烯膜。濕拉伸前的溫度控制非常重要，它決定著層與層之間的焊接強度、每層的皮層形 成、最終膜的孔徑大小，選擇溫度范圍為50 150°C ；濕拉伸的拉伸倍率決定著最終膜的孔 徑大小、每層皮層的形成與性能、層間結合力的強度，選擇濕拉伸倍數為1 6倍。導向輥 組起干燥油脂的作用，要完全脫除干凈，其干燥溫度為150 280°C ；縱拉輥組的拉伸倍率 與濕拉伸的倍率乘積對膜的性質起著至關重要的作用，此處的拉伸溫度相當重要，縱拉輥 組10的拉伸倍率5 18倍，拉伸的溫度范圍為180 300°C ；燒結溫度決定著聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑、力學強度、厚度的大小與分布均勻 性，燒結溫度是280 500°C。利用該方法生產出的聚四氟乙烯微孔濾膜的層間結合力、力學強度可以控制，微 孔的孔徑也可以控制，將遠遠小于單層聚四氟乙烯膜的微孔孔徑。以上述方法制得的多層 聚四氟乙烯膜(成品膜)孔徑小于1 μ m，斷裂伸長率(50-200)%。
上述的方法，縱拉帶經過擴幅機組在溫度120 360°C、擴幅角7 45°、拉伸線 速度為1 30米/分條件下被橫向拉伸。擴幅角、擴幅速度(拉伸線速度)也與聚四氟乙 烯微孔濾膜的孔徑、力學強度、厚度的大小與分布均勻性有關，其中擴幅角(夾角)的范圍 為7 45°、拉伸線速度為1 30米/分、燒結溫度是280 500°C。上述的方法，單層聚四氟乙烯膜形成縱拉帶的過程中以及縱拉帶形成多層聚四氟 乙烯膜的過程中，縱拉帶均是恒張力恒線速移動。優選經過縱拉輥組后的縱拉帶經擴幅輥 展平。本發明同時提供一種強度較高、孔徑小的多層聚四氟乙烯膜的制備裝置，它包括 縱拉機組和擴幅機組；縱拉機組包括兩個以上的縱拉放卷裝置及濕拉伸輥組，一導向輥組， 一縱拉輥組，一縱拉收卷裝置，脫脂加熱爐；濕拉伸輥組、導向輥組、縱拉輥組均在脫脂加熱 爐內；經縱拉放卷裝置放出的兩個(層)或以上的單層聚四氟乙烯膜進入脫脂加熱爐后，先 經過濕拉伸輥組后再上下對齊疊合在一起經過導向輥組、縱拉輥組被縱拉收卷裝置卷繞得 到縱拉帶；擴幅機組包括擴幅放卷裝置、具有7 45°擴幅角的橫拉段、定型段、出口段、擴 幅收卷裝置；經擴幅放卷裝置放出的縱拉帶一側經過橫拉段、定型段、出口段被擴幅收卷裝 置卷繞得到多層聚四氟乙烯膜。上述的制備裝置，縱拉放卷裝置、擴幅放卷裝置均是恒張力恒線速放卷裝置；縱拉 收卷裝置、擴幅收卷裝置均是恒張力恒線速收卷裝置。最好在縱拉輥組與縱拉收卷裝置之 間設置有用于控制縱拉帶張力的擺輥；優選在縱拉輥組與擺輥之間設置有擴幅輥。上述的制備裝置，在縱拉放卷裝置與濕拉伸輥組之間設置有用于控制縱拉帶張力 的擺輥；優選在擺輥與濕拉伸輥組之間設置有擴幅輥。本發明同時提供一種強度較高、孔徑小的多層聚四氟乙烯膜；其孔徑小于Iym; 斷裂伸長率(50-200) %。本發明提供一個多層的膨化聚四氟乙烯微孔濾膜“焊接”在一起成為一個三維狀 的小孔徑高強度的薄膜的生產工藝和設備，利用該方法生產出的多層聚四氟乙烯微孔濾膜 的層間結合力、力學強度可以控制，微孔的孔徑也可以控制，將遠遠小于單層聚四氟乙烯膜 的微孔孔徑。
圖1為本專利的縱拉機組在使用狀態示意圖。圖2為本專利的擴幅機組在使用狀態示意圖。
具體實施例方式參見圖1、圖2，是將根據聚四氟乙烯微孔濾膜的具體技術要求制作的厚度、寬度、 含油、膨化聚四氟乙烯粉料的顆粒度和分子量以及壓縮比都符合標準的三卷的聚四氟乙烯 壓延帶(單層聚四氟乙烯膜)1 (參見圖1)，上下對齊地放在多卷恒張力、恒線速主動放卷的 縱拉放卷裝置的放卷機軸上。這些壓延帶1經跳舞輥或者擺輥2控制壓延帶上所承受的張 力，再經過擴幅輥3將這些壓延帶在不破壞性能的前提下展平，同時進入脫脂加熱爐5。脫 脂加熱爐分為兩大部分51、52。右側部分51內具有電加熱元件4、導向輥7、濕拉伸輥組8， 導向輥組9，用于對壓延帶脫脂、濕牽伸。左側部分52內具有電加熱元件4、縱拉輥組10。
4在壓延帶進入左側部分52前油脂基本上要脫干凈，然后進入左側部分52進行縱拉，制成疊 合在一起的“一層”縱拉帶(實際微觀上是三層單層聚四氟乙烯膜粘合在一起的縱拉帶)， 層與層之間的結合強度可以控制。電加熱元件4進行加熱，當然，脫脂加熱爐的熱源也可以是熱風等；為了防止油脂 著火，爐內的油脂蒸汽須經煙囪6排出。為了防止環境污染，可以利用冷凝器回收油脂蒸 汽，清潔后再利用或者采用其他辦法處理。聚四氟乙烯壓延帶1在脫脂加熱爐5內導向輥7之前這一空間內可以通過控制溫 度的高低來控制壓延帶1中油脂的脫除量，溫度范圍為50 150°C，從而達到控制最終“一 層”縱拉帶之間微觀結構層間的粘合強度。濕拉伸輥組8對喂入的壓延帶1進行濕拉伸，拉 伸的倍率無級可調，拉伸倍數為1 6倍；以濕拉伸輥組8為主令控制整條縱拉機組的線速 度與張力變化。被牽伸后的縱拉帶經由導向輥9進行脫脂，在這一部分被牽伸過的多層壓 延帶合為“一層”并將油脂脫除干凈，達到縱拉牽伸所需的溫度；脫油溫度依賴于機組的產 量，溫度范圍為150 280°C。疊合在一起并被脫除油脂的縱拉帶進入脫脂加熱爐的左側部分52，在這里它被縱 拉輥組10牽伸5 18倍到所需的倍數，最終成為可以在后道工序擴幅的符合技術要求的 縱拉帶14。縱拉輥組10拉伸的溫度范圍為180 300°C，同樣依賴于縱拉機組的產量；被 拉制好的縱拉帶14經導向輥11出爐，然后由擴幅輥12展平，通過跳舞輥或者擺輥13控制 縱拉帶14上張力的大小。縱拉帶14被繞制在縱拉收卷裝置的轉軸上。跳舞輥或者擺輥13 控制著這一段的張力，縱拉收卷裝置為恒張力恒線速收卷，它們是以濕拉伸輥組為主令進 行張力閉環反饋控制的。后道的擴幅工序見圖2。拉制好的縱拉帶14被放在恒線速恒張力的幅放卷裝置的 放卷機軸21上，然后被喂入擴幅機組的喂入段22進行預熱，預熱溫度130 240°C。當縱拉 帶到達擴幅機組的拉伸段23時被橫向拉伸至所需的寬度與厚度，此處的拉伸溫度為120 360°C，此處的擴幅角、擴幅速度決定著聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑、力學強度、厚度的大小 與分布均勻性，其中擴幅角的范圍為7 45°，拉伸的線速度為1 30米/分。當擴幅后的 膜進入擴幅機組的燒結定型段24時，被高溫燒結定型，其中燒結溫度是280 500°C，它同 樣決定著聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑、厚度、力學強度的大小與分布均勻性，還決定著“一 層”間的微觀層間焊接牢度。接著膜在擴幅機組的松弛段25消除應力由出口段26出爐被 恒張力恒線速的擴幅收卷裝置的收卷機軸卷繞成成品多層聚四氟乙烯膜(微孔濾膜)。多 層聚四氟乙烯膜的孔徑小于1 μ m，斷裂伸長率(50-200)%。本發明的關鍵是在縱拉機組的設備與工藝上，后道的擴幅工序與以往的制膜工藝 大致相同，只是在燒結定型段控制燒結溫度是其關鍵技術。實施例1 所選膨化聚四氟乙烯粉末分子量為800萬，所用油劑為Isopar E型油；油粉重量 比15%;壓延帶寬度為260，厚度為180 μ m，兩層共拉。濕拉伸前預熱溫度140°C，濕拉伸牽 伸比1 1。濕拉伸后脫脂溫度220°C。縱拉輥組拉伸時拉伸溫度250°C ；最終拉伸比為 1 9。縱拉帶寬度170mm，厚度141. 7 μ m。擴幅時，喂入幅寬120mm，擴幅出口寬度2600mm; 擴幅機組的喂入段預熱溫度200°C，擴幅機組的拉伸段的拉伸溫度260°C，擴幅機組的燒結 定型段燒結溫度350°C，松弛溫度200°C，擴幅角(軌道夾角)30°，擴幅機組的拉伸線速度24米/分。制得的成品膜厚度1. 2 μ m，孔徑0. 7583 μ m,斷裂伸長率130. 4%。實施例2-25 參見表1的實施例2-25，分別是將η個(層)單層聚四氟乙烯膜分別在表1中的不 同加熱脫脂溫度下加熱脫脂、經不同倍數的濕拉伸后，上下對齊疊合在一起經過導向輥組， 經過導向輥組時在不同的工作溫度下干燥把油脂脫離干凈；再經過在不同的縱拉伸溫度和 縱拉伸倍數后形成縱拉帶；縱拉帶再經過擴幅機組在表2中的不同的擴幅溫度、擴幅角、拉 伸線速度被橫向拉伸；縱拉帶經過擴幅機組被橫向拉伸后，在表2中的不同的燒結溫度下 燒結定型得到多層聚四氟乙烯膜。單層聚四氟乙烯膜形成縱拉帶的過程中以及縱拉帶形成 多層聚四氟乙烯膜的過程中，縱拉帶均是恒張力恒線速移動。實施例2-25得到的多層聚四 氟乙烯膜的孔徑、斷裂伸長率見表2。表1
實施 例單層聚四氟乙烯膜 的數量η (個)加熱脫脂 溫度CC )濕拉伸 倍數工作溫度 ("C )縱拉伸溫度 CC )縱拉伸 倍數倍22501150180532803190220942120523026013521506280300186250128018057280323022098212051902601392150615030018103503150220511380119018091231206230300131331505280260181431501280180515312032302209 表 2
權利要求
多層聚四氟乙烯膜制備方法，其特征是將兩個以上的單層聚四氟乙烯膜分別在50～150℃下加熱脫脂、1～6倍濕拉伸后，上下對齊疊合在一起經過導向輥組，經過導向輥組時在150～280℃下干燥把油脂脫離干凈；再經過在溫度180～300℃下、5～18倍的縱拉輥組的拉伸后形成縱拉帶；縱拉帶經過擴幅機組被橫向拉伸后，在燒結溫度280～500℃下燒結定型得到多層聚四氟乙烯膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是縱拉帶經過擴幅機組在溫度120 360°C、擴 幅角7 45°、拉伸線速度為1 30米/分條件下被橫向拉伸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是單層聚四氟乙烯膜形成縱拉帶的過程中以及 縱拉帶形成多層聚四氟乙烯膜的過程中，縱拉帶均是恒張力恒線速移動。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是經過縱拉輥組后的縱拉帶經擴幅輥展平。
5.多層聚四氟乙烯膜制備裝置，其特征是它包括縱拉機組和擴幅機組；縱拉機組包括兩個以上的縱拉放卷裝置及濕拉伸輥組，一導向輥組，一縱拉輥組，一縱 拉收卷裝置，脫脂加熱爐；濕拉伸輥組、導向輥組、縱拉輥組均在脫脂加熱爐內；經縱拉放 卷裝置放出的兩個以上的單層聚四氟乙烯膜進入脫脂加熱爐后，先經過濕拉伸輥組后再上 下對齊疊合在一起經過導向輥組、縱拉輥組被縱拉收卷裝置卷繞得到縱拉帶；擴幅機組包括擴幅放卷裝置、具有7 45°擴幅角的橫拉段、定型段、出口段、擴幅收 卷裝置；經擴幅放卷裝置放出的縱拉帶一側經過橫拉段、定型段、出口段被擴幅收卷裝置卷 繞得到多層聚四氟乙烯膜。
6.如權利要求5所述的制備裝置，其特征是縱拉放卷裝置、擴幅放卷裝置均是恒張力 恒線速放卷裝置；縱拉收卷裝置、擴幅收卷裝置均是恒張力恒線速收卷裝置。
7.如權利要求6所述的制備裝置，其特征是在縱拉輥組與縱拉收卷裝置之間設置有 用于控制縱拉帶張力的擺輥。
8.如權利要求7所述的制備裝置，其特征是在縱拉輥組與擺輥之間設置有擴幅輥。
9.如權利要求6所述的制備裝置，其特征是在縱拉放卷裝置與濕拉伸輥組之間設置 有用于控制縱拉帶張力的擺輥。
10.多層聚四氟乙烯膜，其特征是其孔徑小于Iym;斷裂伸長率(50-200)%。
全文摘要
本發明提供一種強度較高、孔徑小的多層聚四氟乙烯膜及其制備方法和裝置。多層聚四氟乙烯膜孔徑小于1μm；斷裂伸長率(50-200)％。其制備是將兩個以上的單層聚四氟乙烯膜分別在50～150℃下加熱脫脂、1～6倍濕拉伸后，上下對齊疊合在一起經過導向輥組，經過導向輥組時在150～280℃下干燥把油脂脫離干凈；再經過在溫度180～300℃下、5～18倍的縱拉輥組的拉伸后形成縱拉帶；縱拉帶經過擴幅機組被橫向拉伸后，在燒結溫度280～500℃下燒結定型得到多層聚四氟乙烯膜。
文檔編號B01D67/00GK101879419SQ20101021859
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者周群, 李登科, 琚曉暉, 董浩宇, 趙東波, 黃箭玲 申請人:中材科技股份有限公司