CN113970239B - 一种ptfe基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水分离出来；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构。本发明实现了复合湿料的低温干燥，烘干后的物料呈现微观多孔结构，松散易碎，硬度均匀，极易分散，该技术直接提高了复合物料的流动性，大幅度降低复合物料后期加工难度，同时，安全地去除易燃易爆添加剂，大大提升了批量化生产中湿料烘干技术的安全性。

Description

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法

技术领域

本发明涉及高频基板复合材料制备技术领域，尤其涉及一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。

背景技术

随着5G技术的迅猛发展，高频信号传输及处理设备的使用频率不断提升，目前汽车防碰撞***的雷达使用频率已经达到77GHz，这就对高频信号传输的基材性能尤其是介电性能提出了极高的要求。PTFE基复合材料因具有相对介电常数易于调整、高频损耗小、金属化成本低、电路加工与安装方便等一系列优点受到业界广泛关注，是目前较为理想的高频电路板基础材料。

在制备PTFE基复合基板的过程中，为了避免玻纤编织增强材料造成的“玻纤效应”现象，组分在X、Y、Z方向均匀分布的高均匀性基板材料逐渐成为研究的热点。授权公告号CN104211320B的发明专利公布了一种高平整度、高均匀性微波复合介质基板制备方法，授权公告号CN106751254B的发明专利公布了一种高介电常数覆铜箔微波介质板的制备方法，该类基板材料均不采用玻纤布浸渍工艺，而是采用将增强材料（例如纤维等）与填料、乳液等原料混合的方法，在原料混合过程中，为了达到不同组分均匀混合，通常采用湿法混合技术，引入了大量的水介质；为了使固体物料从浆料中絮凝，通常选用易挥发分解的醇类絮凝剂。经过混合絮凝后的复合湿料包裹有质量分数高达15~60%的水以及3~15%的醇类物质。在批量生产过程中，湿料的含水量将达到上百公斤。传统的鼓风干燥箱以热风循环和排出湿气的方式对湿料进行烘干，当物料规模增大，所需加热时间加倍增长，能耗严重升高，并且存在表面先干、内部后干的现象，导致表面变色甚至发硬，物料内外均匀性差，造成后道加工的大量物料损失，严重影响合格率。此外，湿料中含有的大量醇类、酮类等物质在加热时迅速汽化，产生大量易燃气体，存在燃烧和***的风险，严重制约了鼓风干燥箱在PTFE基复合湿料批量烘干时的使用。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法。该方法采用低温超临界烘干与隧道炉连续烘干相结合的方式，安全地去除易燃易爆添加剂，提升了批量化生产中湿料烘干技术的安全性，并且实现了低能耗、连续性、均匀化烘干。采用该技术烘干后的物料呈现微观多孔结构，松散易碎，硬度均匀。微观多孔结构提高了复合物料的流动性，大幅度降低复合物料后期加工难度，提高了成品率，降本节能，满足工业化生产需求。

本发明技术方案是：一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法，其特征在于：首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构，操作步骤如下：

操作步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12~30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32~65℃之间，转速10~100r/min下，顺时针旋转2~6h；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：将经过超临界干燥的复合物料使用平板压制的方法，压力为0.5~2MPa，将立体物料扁平化处理；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉烘干条件，在50~100℃范围内，设置两个温度梯度，在0.5~2m/min的速度条件下，将扁平化处理完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6~30分钟，完成烘干。

由于超临界干燥技术，使气体和液体之间不再有界面存在，而是成为介于气体和液体之间的一种均匀的流体。这种流体逐渐从凝胶中排出，由于不存在气-液界面，也就不存在毛细管力，因此不会引起凝胶体的收缩和结构的破坏，直至全部流体都从凝胶中排出，最后得到充满气体的，具有纳米孔结构的材料 ，因此与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水都以流体方式都从凝胶中排出，因此可以快捷、安全地去除复合材料制作过程中添加的醇类、酮类、磺酸类等添加剂，减少生产人员的健康损害；

由于超临界干燥器内充入大量的二氧化碳气体，压力相对高，因此可以在较低的温度下（温度35-65℃）获得干燥的复合物料，与授权公告号CN104211320B发明专利所述方法相比，烘干温度大大降低，节省能源；

由于不存在气-液界面，也就不存在毛细管力，因此不会引起凝胶体的收缩和结构的破坏，直至全部流体都从凝胶中排出，因此可以获得包含短纤维、PTFE、填料在内的多孔结构复合材料，该种结构大大增加了材料的比表面积，增加了加工助剂与复合材料的接触面积，增加了复合物料的流动性，提升了加工效率和成品率，利于大规模生产；

该项技术对增强材料、填料、添加剂的种类与用量包容性极强，可以跟随不同材料体系、不同配方、不同用量便捷地调整超临界干燥和隧道炉烘干的工艺参数，应用广泛。

具体实施方式

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构。

具体实施例

实施例1

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到25MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至45℃，转速30r/min下，顺时针旋转4.5小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类等添加剂以及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min，；梯度2为温度100℃，长度10m，速度2m/min，将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过12分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例2

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32℃，转速30r/min下，顺时针旋转6小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min；梯度2为温度100℃，长度10m，速度0.5m/min。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过21分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例3

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至65℃，转速30r/min下，顺时针旋转2小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，长度2m，速度2m/min；梯度2为温度100℃，长度10m，速度2m/min。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例4

一种PTFE基复合湿料的批量高均匀性快速烘干方法，具体步骤如下：

第一步：超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至37℃，转速30r/min下，顺时针旋转4.5小时；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的有机溶剂随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：清洁平板压制台，将完成超临界干燥的样品池里的物料倒入面积为长宽尺寸分别为1m的平板压制台，在1MPa的压力下压制，使之扁平化；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉温度，梯度1为温度80℃，2m/min，长度2m；梯度2为温度100℃，2m/min，长度10m。将压制完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6分钟，取出样品，用于后道工序加工。

实施例1至实施例4的技术条件及烘干后物料的检测结果汇总见表1。

表1：实施例1至实施例4的技术条件及烘干后物料的检测结果汇总表

通常，有机溶剂去除的彻底与否决定了物料的外观，如果有机溶剂去除彻底，物料的外观则无黄边、无硬结；水分去除的彻底与否则通过水分检测评价，含水率0.8%以下为合格，由表1数据可见，在权利要求限定的范围内，根据所需烘干的PTFE基复合湿料的重量，选择不同的超临界干燥技术条件，再通过合理调整隧道炉的温度及梯度，所得到的PTFE基复合物料均符合要求。

Claims (1)

1.一种PTFE基复合湿料批量高均匀性快速烘干方法，首先采用低温超临界干燥技术，用流体状态的超临界二氧化碳把复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类添加剂以及小部分的水分离出来，使得经过超临界干燥技术的复合物料呈现立体多孔结构；然后采用平面压制技术将立体物料扁平化；最后将压制后的复合物料连续投放到隧道炉的入口，采用隧道炉烘干技术，将复合物料中剩余的水快速去除，并保持复合物料的多孔结构，其特征在于，操作步骤如下:

第一步，超临界干燥：使用超临界干燥设备，打开超临界干燥器，在样品池中加入PTFE基复合湿料，该湿料以醇类、酮类、磺酸类添加剂以及水为介质，PTFE为基体，陶瓷粉为填充材料，通过充气装置向干燥器内充入二氧化碳，此时的二氧化碳用于排除干燥器内留存的空气；然后继续向干燥器内充入二氧化碳气体，直到压力达到12~30MPa，关紧阀门，此时充入的二氧化碳处于超临界状态；然后将干燥器温度升至32~65℃之间，转速10~100r/min下，顺时针旋转2~6h；打开气体阀门，放气，气体排出，此时PTFE基复合湿料中的醇类、酮类、磺酸类添加剂以及小部分的水随着临界干燥设备的凝胶排出，打开干燥器，取出经过超临界干燥后的PTFE基复合湿料的样品池，准备放入下一个装满湿料的样品池；

第二步：复合物料的压制：将经过超临界干燥的复合物料使用平板压制的方法，压力为0.5~2MPa，将立体物料扁平化处理；

第三步：隧道炉烘干：设定隧道炉烘干条件，在50~100℃范围内，设置两个温度梯度，在0.5~2m/min的速度条件下，将扁平化处理完毕的物料连续投入隧道炉入口，经过6~30分钟，完成烘干。