一种聚四氟乙烯中空纤维膜的二级拉伸制备方法

文档序号:9759102阅读:762来源:国知局
一种聚四氟乙烯中空纤维膜的二级拉伸制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及膜制备技术领域,特别是设及一种聚四氣乙締中空纤维膜的二级拉伸 制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚四氣乙締(PTFE)中空纤维膜具有强疏水性、耐氧化性、耐酸碱性和耐溫性,特别 适用于膜蒸馈、膜法海水提漠 W及膜法气体净化等过程。其超强的力学性能也使其亲水化 产品在膜生物反应器(MBR)过程显现独特优势,使用寿命更长。
[0003] 目前,国内外普遍认可的制备工艺为推压成型-拉伸法(中国专利申请号 CN201210544423.0)。该方法主要过程是将聚四氣乙締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,最终制得具有微孔结构的PTFE中空纤维膜。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PTFE中空纤维膜尤为重要。但是。 该专利仅公开了拉伸溫度、倍率和速率等参数,未对拉伸所采用方式、方法等进行说明。
[0004] 对此,已有方法大多针对PTFE平板膜,拉伸溫度均不小于100°C (如中国专利申请 号CN200910140159.2,CN94190076.2,CN201110237675.4,CN02108850.0, CN200910141203.1,CN200610166397.7,CN90101999.2)。运些拉伸方法并不适用 PTFE 中空 纤维膜的生产。
[0005] 部分相关文献资料主要从实验室研究角度考察拉伸溫度、速度和倍率等过程条件 对膜微孔结构的影响(如刘国昌等.推压成型一拉伸法制备聚四氣乙締中空纤维膜.化工进 展,2012,31(增二):187-192;张华鹏等.聚四氣乙締中空纤维膜的制备.膜科学与技术, 2013,33(1) :17-21.),对拉伸工艺过程未进行介绍,无法解决产品生产过程中拉伸环节遇 到的方法和工艺步骤等具体问题。
[0006] 申请号为CN201010508798.2的中国专利公开了一种聚四氣乙締中空纤维拉伸装 置,包括退绕、脱脂、拉伸、冷却和卷绕。纤维经脱脂后进入220°C-320°C箱体进行先后2次拉 伸;申请号为CN201410364447.7的中国专利公开了一种聚四氣乙締中空纤维膜生产线及中 空纤维膜生产工艺,包括推压成型、拉伸成膜、烧结定型和收卷。纤维经挥发脱脂后进入180 °C-280°C加热区间(类似管式炉),通过管式炉上下两个漉1次性完成拉伸。运二项专利虽然 设及PTFE中空纤维膜的拉伸设备和方法,但是在实际生产过程中易出现断丝、孔径不均匀 等问题。
[0007] 综上可知,在拉伸过程中不论采用何种拉伸装置和方法,均为一步式拉伸,即在相 同拉伸环境条件下完成拉伸。

【发明内容】

[0008] 本发明针对现有技术中存在的聚四氣乙締中空纤维拉伸易断丝,膜产品孔径偏 大、孔隙率偏低等技术问题,提供了一种二级拉伸制备更小孔径、更高孔隙率的聚四氣乙締 中空纤维膜的方法,其目的在于解决常规拉伸工艺过程中聚四氣乙締中空纤维低溫拉伸易 断裂、高溫拉伸孔径偏大等问题,W制备孔隙率较高,孔径大小可控的聚四氣乙締中空纤维 膜。
[0009] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是:一种聚四氣乙締中空纤维膜的二级拉 伸制备方法,其特征在于依次进行如下步骤:
[0010] (1)第一级拉伸
[0011] 对聚四氣乙締中空纤维进行第一级拉伸,拉伸溫度为-5°c~+19°C,拉伸倍数为 20%-60% ;第一级冷拉伸可实现PTFE中空纤维内部PTFE树脂初级粒子中折叠链片晶的分 离和微纤结构的形成,即形成相对更多数量的原始微孔结构;
[0012] (2)第二级拉伸
[0013] 对第一级拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行第二级拉伸,拉伸溫度为20°C~95 °C,拉伸倍数为100%-500%;第二级拉伸能够使PTFE中空纤维膜在第一级拉伸过程形成的 微纤结构有效生长、伸长,且由于溫度相对较高,已形成的微纤较容易生长,断裂几率明显 下降;
[0014] (3)烧结定型
[0015] 对第二级拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行烧结定型,烧结溫度为300°C~400 °C,烧结时间为0.5-3min;烧结定型能够对聚四氣乙締中空纤维经两级拉伸在管壁上所形 成的微孔结构进行固化定型;
[0016] (4)冷却
[0017] 对烧结定型后的聚四氣乙締中空纤维膜进行冷却处理,冷却溫度为10°C~20°C。 聚四氣乙締中空纤维膜经过冷却降溫处理后,能够保证PTFE中空纤维膜尺寸的稳定性和生 产的安全性;另外,PTFE中空纤维膜能够在冷却后迅速收卷,提高了生产效率,减少储存物 理空间。
[0018] 优选的,步骤(1)中所述第一级拉伸的拉伸溫度为0°C~10°C,第一级拉伸的拉伸 倍数为40 %-60 %。
[0019] 优选的,步骤(2)中所述第二级拉伸的拉伸溫度为30°C-80°C,第二级拉伸的拉伸 倍数为 100 %-300 %。
[0020] 优选的,步骤(3)中所述烧结溫度为329°C~400°C,烧结时间为1~2min。
[0021] 优选的,一种聚四氣乙締中空纤维膜的二级拉伸制备方法,其特征在于依次进行 如下步骤:
[0022] (1)第一级拉伸
[0023] 对聚四氣乙締中空纤维进行第一级拉伸,所述第一级拉伸包括至少一次拉伸的过 程;所述第一级拉伸的拉伸溫度为〇°C~10°C,拉伸倍数为40 %-60 %;
[0024] (2)第二级拉伸
[0025] 对第一级拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行第二级拉伸,所述第二级拉伸包括多 次拉伸的过程;所述第二级拉伸的拉伸溫度为20°C~95°C,拉伸倍数为100%-500%;
[0026] (3)烧结定型
[0027] 对第二级拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行烧结定型,烧结溫度为329°C~400 °C,烧结时间为1~2min;
[002引 (4)冷却
[0029] 对烧结定型后的聚四氣乙締中空纤维进行冷却处理,冷却溫度为10°C~20°C。
[0030] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:将现有技术的单一溫区的拉伸改变为低、 高两个溫区的二级拉伸,通过二级拉伸过程实现对膜微孔结构的有效控制,有效提高PTFE 中空纤维膜微孔结构的均匀性,获得所需孔径大小、孔隙率更高的PTFE中空纤维膜;解决了 现有技术制备PTFE中空纤维高溫拉伸孔径偏大,低溫拉伸易断裂的生产工艺问题,提高了 生产效率。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明实施例中PTFE中空纤维膜拉伸制备装置连接框图;
[0032] 图2为PTFE中空纤维在不同拉伸溫度下的力学性能曲线;
[0033] 图3为本发明制备的PTFE中空纤维膜内表面扫描电镜图;
[0034] 图4为现有技术制备的PTFE中空纤维膜内表面扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0035] W下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体 实施例仅仅用W解释本发明,并不用于限定本发明。
[0036] -种聚四氣乙締中空纤维膜的二级拉伸制备方法,依次进行如下步骤:
[0037] (1)第一级拉伸
[003引对聚四氣乙締中空纤维进行第一次拉伸,拉伸溫度为-5°C~+19°C,拉伸倍数为 20%-60% ;第一级冷拉伸可实现PTFE中空纤维内部PTFE树脂初级粒子中折叠链片晶的分 离和微纤结构的形成,即形成相对更多数量的原始微孔结构;
[0039] (2)第二级拉伸
[0040] 对第一次拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行第二次拉伸,拉伸溫度为20°C~95 °C,拉伸倍数为100%-500%;第二级拉伸能够使PTFE中空纤维膜在第一级拉伸过程形成的 微纤结构有效生长、伸长,且由于溫度相对较高,已形成的微纤较容易生长,断裂几率明显 下降;
[0041] (3)烧结定型
[0042] 对第二级拉伸后的聚四氣乙締中空纤维进行烧结定型,烧结溫度为300°C~400 °C,烧结时间为0.5-3min,烧结时间优选为1~2min;烧结定型能够对聚四氣乙締中空纤维 经两级拉伸在管壁上所形成的微孔结构进行固化定型;
[0043] (4)冷却
[0044] 对烧结定型后的聚四氣乙締中空纤维膜进行冷却处理,冷却溫度为10°C~20°C。 聚四氣乙締中空纤维膜经过冷却降溫处理后,能够保证PTFE中空纤维膜尺寸的稳定性和生 产的安全性;另外,PTFE中空纤维膜能够在冷却后迅速成型,提高了生产效率,减少储存物 理空间。
[0045] 优选的,步骤(1)中所述第一级拉伸的拉伸溫度为0°C~10°C,第一级拉伸的拉伸 倍数为40 %-60 %。
[0046] 为防止纤维在热拉伸过程出现断裂并制备孔径较小孔隙率较高的膜产品,优选 的,步骤(2)中所述第二级拉伸的拉伸溫度为30°C-80°C,第二级拉伸的拉伸倍数为100%-300%。
[0047] 如图2所示为PTFE中空纤维在不同溫度下的拉伸力学性能测试曲线;基
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