CN112026156A - 一种保证双向拉伸ptfe薄膜横向厚度均匀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,双向拉伸PTFE薄膜过程中,在横向拉伸的预热和拉伸阶段时,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜的厚度均匀度进行控制;在对PTFE膜施加相同拉力时情况下;调整在横向分布的各个点状加热元件的温度使横向拉伸过程中温度在横向上梯度分布,使得中间区域温度高于两边区域温度,使温度在横向形成横向温度场;同时,调整横拉倍率和线速度,确保PTFE薄膜横向厚度均匀。本发明的方法温在横向拉伸阶段,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜横向进行温度控制,进而对膜的横向厚度进行控制。点状加热元件的温度按照一定温度梯度设置,满足微孔膜对厚度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,属于薄膜生产领域。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜具有耐热、耐腐蚀、电绝缘和较高的机械强度等优异性能,被广泛用于化工、电子、石油、仪器仪表等超净过滤材料,特别被用在医疗行业的人造血管、气管、心脏补片等。国外利用PTFE微孔膜良好的透湿、透气性,开发PTFE与织物复合的高级防水透气材料。其中最为著名的是美国Gore公司研制的PTFE复合织物,另外Pall、Milliproe、大金等公司在该领域也是世界领先的。PTFE复合膜具有非常优异的防水透气性,广泛用于防水服、滑雪衣、帐篷、睡袋、防毒服、航天服等。
PTFE微孔薄膜主要技术指标是薄膜孔径大小及分布、孔隙率、薄膜的厚度及均匀度。PTFE微孔薄膜生产是将超高分子量、高结晶度分散PTFE树脂粉末与溶剂油等液体按一定比例混合,经过筛、预压、挤出、压延等工序制成基膜,将基膜按先纵向后横向的工序拉伸形成具有微纤维和节点结构的微孔薄膜,最后经热定形将薄膜的微孔结构保持下来。其中拉伸工序是决定薄膜性能的技术关键。
一般情况下,横向拉伸是采用薄膜横向扩幅加热固化装置加热的条件下利用梯形扩幅实现的,这种方法获得的薄膜往往均匀性较差。PTFE薄膜在拉伸过程中经历了复杂的热、力学耦合变形。造成其均匀性差的主要原因是:横向拉伸过程是通过链铁夹住薄膜边缘在一个梯形轨道上进行扩幅而实现,由于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。
发明内容
为了解决薄膜横向厚度不均匀问题,本发明的目的在于提供一种保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法。
实现本发明提供一种保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,该方法具体为:
双向拉伸PTFE薄膜过程中,在横向拉伸的预热和拉伸阶段时,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜的厚度均匀度进行控制;在对PTFE膜施加相同拉力时情况下;调整在横向分布的各个点状加热元件的温度使横向拉伸过程中温度在横向上梯度分布,使得中间区域温度高于两边区域温度,使温度在横向形成横向温度场;同时,调整横拉倍率和线速度,确保PTFE薄膜横向厚度均匀。
进一步的,横向拉伸之前需先进行纵向拉伸,将带材或膜材进行长度方向的拉伸,得到纵向拉伸膜。
进一步的,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℃,各个加热元件的温度可根据需要从中间到两边逐渐降低,降低幅度为1~5℃。
进一步的,横拉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。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。
进一步的,横拉扩幅倍率调整方法为改变夹持薄膜的链轨之间的距离。
进一步的,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。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。
进一步的,拉伸前需要对原料进行处理,处理步骤如下:
1),树脂冷藏:将检验合格的PTFE树脂,放入冷藏室储存;
2),树脂平衡:将冷藏的树脂转移至中转库平衡到室温;
3),树脂过筛:称取所需重量的树脂,放置于振动筛中进行筛分,筛除或打散结团的树脂,得到颗粒均匀的树脂。
进一步的,拉伸前需要形成压延膜,处理步骤如下:
4),配料:称取溶剂油,并将溶剂油倒入树脂中;
5),混料:将盛混合料的桶放置于混料机上进行转动从而使原料混合;
6),熟化:将盛混合料的桶放入烘箱保温,让树脂与溶剂油充分混合;
7),混合料过筛:将熟化后的混合料过筛;
8),预压:将过筛后的原料转移至预压机进行压制,使松散原料初步成坯;
9),推压:将预压形成的棒料转移至推挤机进行推压成型,得到连续带材;
10),压延:将推压成型的带材送入压延机上下辊之间进行压制,得到厚度薄的带材或膜材;
11),脱脂:将压延后的带材或膜材,通过高温环境,使溶剂油挥发;
进一步的,拉伸后形成产品处理方式步骤如下:
12),定型:将拉伸膜经过高温处理从而固定结构;
13),收卷:将膜材收成卷。
进一步的,加热单元为圆形结构,采用可控温度的发热灯或发热丝进行加热。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点:
1、本发明的方法温在横向拉伸阶段,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜横向进行温度控制,进而对膜的横向厚度进行控制。点状加热元件的温度按照一定温度梯度设置,满足微孔膜对厚度的要求。
2.本发明的方法温在横向拉伸阶段,采用链轨宽度和线速度可调的横拉定型设备,配合可以精确控制温度场的加热单元组,能够制备不同规格的薄膜。
附图说明
图1为加热单元分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明
双向拉伸方法生产PTFE微孔膜,其生产工艺是:树脂冷藏→树脂平衡→树脂过筛→配料→混料→熟化→混合料过筛→预压→推压→压延→脱脂→纵向拉伸→横向拉伸→定型→收卷。本发明的处理方法基于横向拉伸步骤中。
双向拉伸方法具体为:
1)树脂冷藏:将检验合格的PTFE树脂,放入冷藏室储存;
2)树脂平衡:将冷藏的树脂转移至中转库平衡到室温;
3)树脂过筛:称取所需重量的树脂,放置于振动筛中进行筛分,筛除或打散结团的树脂,得到细小的、颗粒均匀的树脂;
4)配料:称取溶剂油,并将溶剂油倒入树脂中;
5)混料:将盛混合料的桶放置于混料机上进行转动从而使原料混合;
6)熟化:将盛混合料的桶放入烘箱保温,让树脂与溶剂油充分混合;
7)混合料过筛:将熟化后的混合料过筛;
8)预压:将过筛后的原料转移至预压机进行压制,使松散原料初步成坯;
9)推压:将预压形成的棒料转移至推挤机进行推压成型,得到连续带材;
10)压延:将推压成型的带材送入压延机上下辊之间进行压制,得到厚度薄的带材或膜材;
11)脱脂:将压延后的带材或膜材,通过高温环境,使溶剂油挥发;
12)纵向拉伸:将带材或膜材进行长度方向的拉伸,得到纵向拉伸膜;
13)横向拉伸:将纵向拉伸膜进行宽度方向的拉伸,得到横向拉伸膜;
14)定型:将拉伸膜经过高温处理从而固定结构;
15)收卷:将膜材收成卷。
在80~180℃时,PTFE薄膜的抗拉强度与温度的相对关系为线性关系。在横向拉伸的预热和拉伸阶段,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜的厚度均匀度进行控制,在对PTFE膜施加相同拉力时情况下,膜的某一点的温度高则其延伸的速度也快,相对某一点(区域)的厚度变薄。调整在横向分布的各个点状加热元件的温度使横向拉伸过程中温度在横向上梯度分布,使得中间区域温度高于两边区域温度,也就是使温度在横向形成一个横向温度场。同时,调整横拉倍率。横拉倍率为拉伸后的宽度与拉伸之前宽度的比值,拉伸之前宽度通常为100mm,拉伸之后的宽度为1500mm,即拉伸倍率为15倍。拉伸倍率调整方法为改变夹持薄膜的链轨之间的距离。
加热单元为圆形,采用可控温度的发热灯或发热丝进行加热。加热单元设置在双向拉伸设备的预热区和拉伸区。垂直于膜前进方向,预热区有多个加热单元组,每个加热单元组由若干个加热单元组成,拉伸区加热单元排布与预热区相同。设置预热区和拉伸区温度场时,通常每一组的若干个加热单元温度相同,分别设置若干组加热单元的若干个温度,从而在垂直于膜前进方向形成一个横向温度场。加热单元排布如图1所示。
实施例1
在生产厚度0.030±0.005mm的双向拉伸薄膜时,采用如表1的参数设置。设置预热和拉伸横向温度场,其中预热横向温度场边部比中间温度低100℃、其余加热单元采用从边部到中间逐个增加1~5℃的设置(表1中为从260℃逐渐增加到360℃),拉伸横向温度场边部比中间温度低60℃、其余加热单元采用从边部到中间逐个增加1~5℃的设置(表1中为从220℃逐渐增加到280℃);根据目标膜厚度设置链轨宽度使横向拉伸倍率为20倍;根据温度将线速度设置为20m/min。拉伸出的薄膜横向厚度分布如表2所示。
表1
拉伸倍率 | 20 |
线速度(m/min) | 20 |
预热横向温度分布(℃) | 260(边部)………360(中间)………260(边部) |
拉伸横向温度分布(℃) | 220(边部)………280(中间)………220(边部) |
表2
测试组别 | 横向厚度(μm) |
1 | 34,29,30,30,34,35,35,35,32,33,29,30,28,29,35 |
若按照表3中的“拉伸横向温度分布(℃)”,横拉出的膜厚度变薄(中心值比目标中心值0.030mm小约0.005mm),如表4所示。
表3
拉伸倍率 | 20 |
线速度(m/min) | 20 |
预热横向温度分布(℃) | 260(边部)………360(中间)………260(边部) |
拉伸横向温度分布(℃) | 230(边部)………300(中间)………230(边部) |
表4
测试组别 | 横向厚度(μm) |
1 | 25,26,27,26,26,25,25,28,27,25,22,26,25,24,24 |
实施例2
在生产厚度0.025±0.005mm的双向拉伸薄膜时,采用如表5的参数设置。设置预热和拉伸横向温度场,其中预热横向温度场边部比中间温度低85℃、其余加热单元采用从边部到中间逐个增加1~5℃的设置(表5中为从265℃逐渐增加到350℃),拉伸横向温度场边部比中间温度低45℃、其余加热单元采用从边部到中间逐个增加1~5℃的设置(表5中为从225℃逐渐增加到270℃);根据目标膜厚度设置链轨宽度使横向拉伸倍率为22倍;根据温度将线速度设置为22m/min。拉伸出的薄膜横向厚度分布如表6所示。
表5
表6
测试组别 | 横向厚度(μm) |
1 | 24,25,27,26,24,25,24,22,27,24,22,26,26,24,36 |
若将线速度设置为25m/min,横拉出的膜厚度变厚(中心值比目标中心值0.025mm大约0.005mm),如表7所示。
表7
测试组别 | 横向厚度(μm) |
1 | 34,30,31,28,34,32,32,31,32,30,29,30,29,29,30 |
薄膜的拉伸温度范围可以从常温到近PTFE熔点(327℃)附近选择,温度较低则拉伸倍数及拉伸速率均受到一定限制;温度升高时,高分子链易于变形,拉伸倍数及速率均可相应提高。低温拉伸时,膜的孔径较小,孔隙率较低;高温拉伸时,孔径较大,孔隙率较高。同样温度下拉伸速率高,孔径较小。孔径、孔隙率随拉伸倍数增加而增大。
Claims (9)
1.一种保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,该方法具体为:
双向拉伸PTFE薄膜过程中,在横向拉伸的预热和拉伸阶段时,采用单元面积小、相互按规律排列的点状加热元件对膜的厚度均匀度进行控制;在对PTFE膜施加相同拉力时情况下;调整在横向分布的各个点状加热元件的温度使横向拉伸过程中温度在横向上梯度分布,使得中间区域温度高于两边区域温度,使温度在横向形成横向温度场;同时,调整横拉倍率和线速度,确保PTFE薄膜横向厚度均匀。
2.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,横向拉伸之前需先进行纵向拉伸,将带材或膜材进行长度方向的拉伸,得到纵向拉伸膜。
3.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,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℃,各个加热元件的温度可根据需要从中间到两边逐渐降低,降低幅度为5~10℃。
4.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,横拉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。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。
5.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,横拉扩幅倍率调整方法为改变夹持薄膜的链轨之间的距离。
6.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,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。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。
7.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,拉伸前需要对原料进行处理,处理步骤如下:
1)树脂冷藏:将检验合格的PTFE树脂,放入冷藏室储存;
2)树脂平衡:将冷藏的树脂转移至中转库平衡到室温;
3)树脂过筛:称取所需重量的树脂,放置于振动筛中进行筛分,筛除或打散结团的树脂,得到颗粒均匀的树脂。
拉伸前需要形成压延膜,处理步骤如下:
4)配料:称取溶剂油,并将溶剂油倒入树脂中;
5)混料:将盛混合料的桶放置于混料机上进行转动从而使原料混合;
6)熟化:将盛混合料的桶放入烘箱保温,让树脂与溶剂油充分混合;
7)混合料过筛:将熟化后的混合料过筛;
8)预压:将过筛后的原料转移至预压机进行压制,使松散原料初步成坯;
9)推压:将预压形成的棒料转移至推挤机进行推压成型,得到连续带材;
10)压延:将推压成型的带材送入压延机上下辊之间进行压制,得到厚度薄的带材或膜材;
11)脱脂:将压延后的带材或膜材,通过高温环境,使溶剂油挥发。
8.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,拉伸后形成产品处理方式步骤如下:
定型:将拉伸膜经过高温处理从而固定结构;
收卷:将膜材收成卷。
9.根据权利要求1所述的保证双向拉伸PTFE薄膜横向厚度均匀的方法,其特征在于,加热单元为圆形结构,采用可控温度的发热灯或发热丝进行加热。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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