一种改性聚四氟乙烯纤维及其制备方法与流程

本发明涉及纺织材料技术领域，具体涉及一种改性聚四氟乙烯纤维及其制备方法。

背景技术：

聚四氟乙烯，俗称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，聚四氟乙烯纤维可用于制作针刺毡滤料，用于废气与废液的过滤，耐腐蚀性好且使用寿命长。

专利cn201310208405.x公开了一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，具体按照以下步骤实施：首先配制纤维素氨基甲酸酯溶液，然后，将配制好的纤维素氨基甲酸酯溶液与聚四氟乙烯浓缩分散乳液混合配制纺丝液；再将制备好的纺丝液置入湿法纺丝装置中进行纺丝，从而制得聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维；最后采用烧结设备和多辊拉伸设备对制备得到的聚四氟乙烯和纤维素氨基甲酸酯共混纤维进行烧结和拉伸，制得聚四氟乙烯纤维。

现有的聚四氟乙烯纤维的粗细均匀性较差，影响过滤毡的过滤性能，同时因材质本身具有的电绝缘性导致生产过程中，负载电荷难以被导出，导致纤维易绕辊难以梳理。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题之一在于现有的聚四氟乙烯纤维的粗细均匀性较差，提供一种改性聚四氟乙烯纤维。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种改性聚四氟乙烯纤维，主要由以下重量份数的原料制成：聚四氟乙烯分散树脂80-95份、聚四氟乙烯微粉5-20份、石墨2-5份、纳米二氧化硅0.5-2份。

有益效果：聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅的重量分数不在上述范围内，则ptfe纤维的牵伸制丝环节容易出现断带的现象，影响整体产品生产效率及品质的稳定性。

优选的，所述助挤剂为航空煤油，所述航空煤油的粘度为1.5-1.7mm/s。

优选的，所述聚四氟乙烯微粉的中粒径为2-5μm。

优选的，所述改性聚四氟乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)将聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅混合；

(2)往步骤(1)的混合产物中加入助挤剂，于旋转机上进行正转和反转；

(3)将步骤(2)中的混合产物于50-60℃条件下熟化12-24h；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，采用压延机压延成坯膜；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维。

优选的，所述步骤(2)中助挤剂的重量分数为20-30份，所述正转的时间为40-50min，反转的时间为40-50min。

优选的，所述挤压的参数为挤出压力3.8-4.2mpa，料缸温度为50-60℃，口模温度为60℃。

优选的，所述压延机中轧辊温度为50℃、线速度为15.80m/min。

本发明解决的技术问题之二在于现有的聚四氟乙烯纤维的粗细均匀性较差，提供一种改性聚四氟乙烯纤维的制备方法。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种改性聚四氟乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅混合；

(2)往步骤(1)的混合产物中加入助挤剂，于旋转机上进行正转和反转；

(3)将步骤(2)中的混合产物于50-60℃条件下熟化12-24h；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，采用压延机压延成坯膜；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维。

有益效果：本发明制得的聚四氟乙烯纤维细度波动范围小，均匀性好，且具有一定的导电性，便于梳理。

优选的，所述助挤剂为航空煤油，所述航空煤油的粘度为1.5-1.7mm/s。

有益效果：当航空煤油粘度高于或低于1.5～1.7mm/s时，坯膜易形成干裂和毛边现象，容易在制丝过程中发生断裂，同时毛边处纤维较粗。

优选的，所述步骤(1)中正转的时间为40-50min，反转的时间为40-50min。

优选的，所述挤压的参数为挤出压力3.8-4.2mpa，料缸温度为50-60℃，口模温度为60℃。

优选的，所述压延机中轧辊温度为50℃、线速度为15.80m/min。

优选的，所述牵伸步骤中牵伸前段速度为4-9m/min，牵伸后段速度为40-50m/min，制丝步骤中的梳理辊速为15m/min。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明制得的聚四氟乙烯纤维细度波动范围小，均匀性好，且具有一定的导电性，便于梳理；

(2)本发明中加入聚四氟乙烯微粉，可以降低聚四氟乙烯分散树脂的使用量，降低生产成本；

(3)当航空煤油粘度高于或低于1.5～1.7mm/s时，坯膜易形成干裂和毛边现象，容易在制丝过程中发生断裂，同时毛边处纤维较粗。

附图说明

图1为本发明对比例1中制备的聚四氟乙烯纤维其扫描电镜图；

图2为本发明实施例3中制备的聚四氟乙烯纤维其扫描电镜图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

改性聚四氟乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)将92.5份聚四氟乙烯分散树脂、5份聚四氟乙烯微粉、2份石墨、0.5份纳米二氧化硅混合，由于聚四氟乙烯分散树脂具有电绝缘性能，聚四氟乙烯分散树脂经机械搅拌易产生大量静电和团聚现象，因此采用人工搅拌，利用较低的剪切力、撞击力使纳米二氧化硅在聚四氟乙烯中均匀分散；聚四氟乙烯微粉的中粒径为2μm；聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅的重量分数不在上述范围内，则ptfe纤维的牵伸制丝环节容易出现断带的现象，影响整体产品生产效率及品质的稳定性；

其中聚四氟乙烯微粉可以提高聚四氟乙烯纤维的耐磨性能，同时降低聚四氟乙烯树脂的使用量，可以降低原材料成本；石墨的加入可以提高聚四氟乙烯纤维的导电性能，使得纤维在梳理过程中更加平整；纳米二氧化硅掺入树脂中，可提高纤维的耐温、耐磨性能。

(2)往步骤(1)的混合产物中加入20份助挤剂，在20℃条件下密封于旋转机内，进行正转40min、反转40min，使粉末颗粒形成低交联，聚四氟乙烯树脂粘度降低，易于挤出得到糊状物料；其中助挤剂为粘度为1.5mm/s的航空煤油；

(3)将步骤(2)中的混合产物于50℃条件下熟化12h，使聚四氟乙烯树脂充分吸附助挤剂，使挤出物性能一致；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，通过挤出机进行挤压，压制除去混料中的空气，使混料颗粒之间紧密结合，增大颗粒间的粘合力，获得柱状物料，便于压延环节压延成膜，其中挤出压力为3.8mpa，料缸温度为50℃，口模温度为60℃；采用压延机压延成坯膜，去除混料中的航空石油，得到连续的膜状型材，通过挤出环节得到的柱状物料进入槽口后，在压延辊下进行压延，柱状物形成薄膜状，过程中控制膜整体的厚度均匀性，保证整体厚度在10～11mm，其中压延机中的轧辊温度为50℃、线速度为15.8m/min；其中挤出和压延步骤为现有技术；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维；

具体实施参数如表1所示：

表1为本实施例中坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型的参数

其中脱油是通过加热除去压延膜膜体上残留的和膜体内部的助挤剂，保持聚四氟乙烯膜的均匀性；烧结是将除油后的膜状型材在一定应力下于高温环境(熔点327℃以上)中受热，聚四氟乙烯聚合物分子从结晶态变为无定形态，树脂颗粒受热熔融粘结而成连续整体；

若牵伸前段速度设定为4m/min，牵伸后段速度大于40m/min，制丝环节容易出现断带现象；牵伸后段速度小于于40m/min，纤维细度会变粗，80％的纤维直径由20～50μm增加至40～80μm；

牵伸后段速度设定为40m/min，若前段速度小于4m/min，制丝环节容易出现断带现象，若前段速度大于4m/min，纤维细度会变粗，80％的纤维直径由20～50μm增加至40～80μm。

本实施例中制备的聚四氟乙烯纤维生产合格率可以达到98％以上，整体生产稳定，其中合格率＝成品纤维束重量/原材料加入总重量*100％。

实施例2

改性聚四氟乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)将73份聚四氟乙烯分散树脂、20份聚四氟乙烯微粉、5份石墨、2份纳米二氧化硅混合，由于聚四氟乙烯分散树脂具有电绝缘性能，聚四氟乙烯分散树脂经机械搅拌易产生大量静电和团聚现象，因此采用人工搅拌，利用较低的剪切力、撞击力使纳米二氧化硅在聚四氟乙烯中均匀分散；聚四氟乙烯微粉的中粒径为2μm；聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅的重量分数不在上述范围内，则ptfe纤维的牵伸制丝环节容易出现断带的现象，影响整体产品生产效率及品质的稳定性；

其中聚四氟乙烯微粉可以提高聚四氟乙烯纤维的耐磨性能，同时降低聚四氟乙烯树脂的使用量，可以降低原材料成本；石墨的加入可以提高聚四氟乙烯纤维的导电性能，使得纤维在梳理过程中更加平整；纳米二氧化硅掺入树脂中，可提高纤维的耐温、耐磨性能。

(2)往步骤(1)的混合产物中加入20份助挤剂，在20℃条件下密封于旋转机内，进行正转45min、反转45min，使粉末颗粒形成低交联，聚四氟乙烯树脂粘度降低，易于挤出得到糊状物料；其中助挤剂为粘度为1.6mm/s的航空煤油；

(3)将步骤(2)中的混合产物于50℃条件下熟化12h，使聚四氟乙烯树脂充分吸附助挤剂，使挤出物性能一致；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，通过挤出机进行挤压，压制除去混料中的空气，使混料颗粒之间紧密结合，增大颗粒间的粘合力，获得柱状物料，便于压延环节压延成膜，其中挤出压力为4mpa，料缸温度为55℃，口模温度为60℃；采用压延机压延成坯膜，去除混料中的航空石油，得到连续的膜状型材，通过挤出环节得到的柱状物料进入槽口后，在压延辊下进行压延，柱状物形成薄膜状，过程中控制膜整体的厚度均匀性，保证整体厚度在10-11mm，其中压延机中的轧辊温度为50℃、线速度为15.8m/min；其中挤出和压延步骤为现有技术；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维；

具体实施参数如表2所示：

表2为本实施例中坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型的参数

其中脱油是通过加热除去压延膜膜体上残留的和膜体内部的助挤剂，保持聚四氟乙烯膜的均匀性；烧结是将除油后的膜状型材在一定应力下于高温环境(熔点327℃以上)中受热，聚四氟乙烯聚合物分子从结晶态变为无定形态，树脂颗粒受热熔融粘结而成连续整体。

本实施例中制备改性聚四氟乙烯纤维其生产成本较低，整体纤维导电性能最优，电位保持率数值最小，其生产合格率有所下降，在90％左右，但不影响聚四氟乙烯纤维的性能；其中合格率＝成品纤维束重量/原材料加入总重量*100％。

实施例3

改性聚四氟乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)将85份聚四氟乙烯分散树脂、11份聚四氟乙烯微粉、3份石墨、1份纳米二氧化硅混合，由于聚四氟乙烯分散树脂具有电绝缘性能，聚四氟乙烯分散树脂经机械搅拌易产生大量静电和团聚现象，因此采用人工搅拌，利用较低的剪切力、撞击力使纳米二氧化硅在聚四氟乙烯中均匀分散；聚四氟乙烯微粉的中粒径为4μm；聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅的重量分数不在上述范围内，则ptfe纤维的牵伸制丝环节容易出现断带的现象，影响整体产品生产效率及品质的稳定性；

其中聚四氟乙烯微粉可以提高聚四氟乙烯纤维的耐磨性能，同时降低聚四氟乙烯树脂的使用量，可以降低原材料成本；石墨的加入可以提高聚四氟乙烯纤维的导电性能，使得纤维在梳理过程中更加平整；纳米二氧化硅掺入树脂中，可提高纤维的耐温、耐磨性能。

(2)往步骤(1)的混合产物中加入25份助挤剂，在20℃条件下密封于旋转机内，进行正转45min、反转45min，使粉末颗粒形成低交联，聚四氟乙烯树脂粘度降低，易于挤出得到糊状物料；其中助挤剂为粘度为1.7mm/s的航空煤油；

(3)将步骤(2)中的混合产物于55℃条件下熟化16h，使聚四氟乙烯树脂充分吸附助挤剂，使挤出物性能一致；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，通过挤出机进行挤压，压制除去混料中的空气，使混料颗粒之间紧密结合，增大颗粒间的粘合力，获得柱状物料，便于压延环节压延成膜，其中挤出压力为4.2mpa，料缸温度为60℃，口模温度为60℃；采用压延机压延成坯膜，去除混料中的航空石油，得到连续的膜状型材，通过挤出环节得到的柱状物料进入槽口后，在压延辊下进行压延，柱状物形成薄膜状，过程中控制膜整体的厚度均匀性，保证整体厚度在10-11mm，其中压延机中的轧辊温度为50℃、线速度为15.8m/min；其中挤出和压延步骤为现有技术；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维；

具体实施参数如表3所示：

表3为本实施例中坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型的参数

其中脱油是通过加热除去压延膜膜体上残留的和膜体内部的助挤剂，保持聚四氟乙烯膜的均匀性；烧结是将除油后的膜状型材在一定应力下于高温环境(熔点327℃以上)中受热，聚四氟乙烯聚合物分子从结晶态变为无定形态，树脂颗粒受热熔融粘结而成连续整体；

若牵伸前段速度设定为9m/min，牵伸后段速度大于50m/min，制丝环节容易出现断带现象；牵伸后段速度小于50m/min，纤维细度会变粗，80％的纤维其直径由20～50μm增加至40～80μm；

牵伸后段速度设定为50m/min，若前段速度小于9m/min，制丝环节容易出现断带现象，若前段速度大于9m/min，纤维细度会变粗，80％的纤维其直径由20～50μm增加至40～80μm。

本实施例中制得的改性聚四氟乙烯纤维生产成本较低，整体纤维导电性能适中，电位保持率数值适中，生产合格率在95％左右；其中合格率＝成品纤维束重量/原材料加入总重量*100％。

实施例4

改性聚四氟乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)将85份聚四氟乙烯分散树脂、9份聚四氟乙烯微粉、5份石墨、1份纳米二氧化硅混合，由于聚四氟乙烯分散树脂具有电绝缘性能，聚四氟乙烯分散树脂经机械搅拌易产生大量静电和团聚现象，因此采用人工搅拌，利用较低的剪切力、撞击力使纳米二氧化硅在聚四氟乙烯中均匀分散；聚四氟乙烯微粉的中粒径为4μm；聚四氟乙烯分散树脂、聚四氟乙烯微粉、石墨、纳米二氧化硅的重量分数不在上述范围内，则ptfe纤维的牵伸制丝环节容易出现断带的现象，影响整体产品生产效率及品质的稳定性；

其中聚四氟乙烯微粉可以提高聚四氟乙烯纤维的耐磨性能，同时降低聚四氟乙烯树脂的使用量，可以降低原材料成本；石墨的加入可以提高聚四氟乙烯纤维的导电性能，使得纤维在梳理过程中更加平整；纳米二氧化硅掺入树脂中，可提高纤维的耐温、耐磨性能。

(2)往步骤(1)的混合产物中加入30份助挤剂，在20℃条件下密封于旋转机内，进行正转50min、反转50min，使粉末颗粒形成低交联，聚四氟乙烯树脂粘度降低，易于挤出得到糊状物料；其中助挤剂为粘度为1.5mm/s的航空煤油；

(3)将步骤(2)中的混合产物于60℃条件下熟化24h，使聚四氟乙烯树脂充分吸附助挤剂，使挤出物性能一致；

(4)将步骤(3)中熟化后的产物进行挤压，通过挤出机进行挤压，压制除去混料中的空气，使混料颗粒之间紧密结合，增大颗粒间的粘合力，获得柱状物料，便于压延环节压延成膜，其中挤出压力为3.8mpa，料缸温度为50℃，口模温度为60℃；采用压延机压延成坯膜，去除混料中的航空石油，得到连续的膜状型材，通过挤出环节得到的柱状物料进入槽口后，在压延辊下进行压延，柱状物形成薄膜状，过程中控制膜整体的厚度均匀性，保证整体厚度在10-11mm，其中压延机中的轧辊温度为50℃、线速度为15.8m/min；其中挤出和压延步骤为现有技术；

(5)将步骤(4)中的坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后制得改性聚四氟乙烯纤维；

具体实施参数如表4所示：

表4为本实施例中坯膜经脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型的参数

其中脱油是通过加热除去压延膜膜体上残留的和膜体内部的助挤剂，保持聚四氟乙烯膜的均匀性；烧结是将除油后的膜状型材在一定应力下于高温环境(熔点327℃以上)中受热，聚四氟乙烯聚合物分子从结晶态变为无定形态，树脂颗粒受热熔融粘结而成连续整体。

本实施例中制备的改性聚四氟乙烯纤维其生产成本较低，整体纤维导电性能适中，电位保持率数值适中，生产合格率在95％左右；其中合格率＝成品纤维束重量/原材料加入总重量*100％。

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于：将20份聚四氟乙烯分散树脂、5.25份粘度为1.5mm/s的航空煤油混合，制备方法与实施例1相同。

本对比例制备的聚四氟乙烯纤维的合格率为98％左右，但是纤维无导电性能且容易粗细不均匀；其中合格率＝成品纤维束重量/原材料加入总重量*100％。

实施例5

对实施例1-实施例4、对比例1中制备的改性聚四氟乙烯纤维的导电性能进行测定：

测定方法：

用表面电位计(model244，由梦露电子公司monroeelectronics，inc.制造)测量聚四氟乙烯纤维纤维团在带电处理后瞬间的表面电位。随后，将纯聚四氟乙烯纤维纤维团在210℃环境中放置30min(载荷试验)，其后以相同的方式测量聚四氟乙烯纤维纤维团的表面电位。将该操作重复三次。将在第一次至第三次载荷试验的每一次之后测量的表面电位对作为基准(100％)的聚四氟乙烯纤维纤维团在带电处理后瞬间测量的表面电位的比例计算为表面电位保持率(％)。

纤维团是将1kgptfe纤维在刺针的作用下，反复钩刺200次而得出纤维团。

测定结果：

表5为实施例1-实施例4、对比例1中制备的纤维团的电位保持率

实施例5

对实施例3、对比例1中制备的聚四氟乙烯纤维通过扫描电镜进行测定

测定结果：如图1和图2所示，从图1中可以看出，实施例3中制备的聚四氟乙烯纤维整体细度均匀，织成的过滤材料性能稳定，能够控制常规纤维因粗细不均匀导致的排放超标问题，从图2中可以看出，对比例1中制得的纤维粗细不均匀，会影响做织成的过滤材料的精度，不能满足排放指标的要求。

表6为实施例3和对比例1中制得的聚四氟乙烯纤维的直径对比

从表1可以看出，对比例1制备的纤维直径波动大，在17.3μm～141μm之间，实施例3中制备的纤维直径波动小，并且纤维直径变细，在43.8μm～88μm之间。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。