专利名称：聚四氟乙烯抗静电功能性纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及改性聚四氟乙烯纤维及其制造方法，特别是聚四氟乙烯抗静电功能性 纤维及其制造方法。
背景技术：
聚四氟乙烯(PTFE)短切纤维材料近年来被广泛用于制造针刺毡作为过滤材料。 由于该种纤维具有耐高温、耐腐蚀(耐药性)、耐氧化和具有良好的不粘附性能，用其制作 的过滤材料工况适应性广泛，性能优异，使用寿命长，因此具有广阔的市场前景。但是，由于 PTFE系属高分子聚合材料，具有较高的电介系数和比电阻系数，因此纤维材料具有不导电 (绝缘)性。因此带来纤维在梳理过程中，与梳理机体摩擦产生的电荷得不到释放，大量的 电荷聚集，使纤维容易产生静电，致使纤维在梳理过程中产生纤维缠绕，绕针，飞絮，结团等 致使梳理困难，铺网不勻的问题。同时，因为静电吸附，缠绕也造成原料消耗较大。因此，在 梳理聚四氟乙烯纤维，特别是100%聚四氟乙烯纤维时，需要采取使用特殊梳理设备，并需 要对纤维喷洒有机盐类抗静电剂以及改善梳理环境等措施。但是，这些技术手段可能致使 梳理效率偏低，并出现因抗静电剂的喷洒不当，对纤维造成潮湿过大，纤维粘连，产生毛粒 等问题。特别是特种设备一般为改型设备，梳理效率较低，与新型高效梳理设备无法相比。 因此，PTFE纤维材料的静电特性在一定程度上已经制约了材料本身的应用和推广，滤料企 业往往因梳理困难而放弃对PTFE纤维材料的选用。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术存在的不足，提供一种聚四氟乙烯抗静电功能性 纤维及其制造方法。为达到上述目的，本发明的技术方案如下聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，各组分的重量百分比为聚四氟乙烯 98. 5-99. 5%、纳米级碳纤维粉末0. 5-1. 5%。上述聚四氟乙烯抗静电功能性纤维的制造方法是1)准备。在温度低于19°C环境中，将聚四氟乙烯分散树脂过40目不锈钢筛，对结 块树脂进行解聚，同时对纳米级碳纤维粉末过筛分别存放；2)混料。将冷藏状态下呈完全分散状态聚四氟乙烯分散树脂，与纳米级碳纤维 粉末进行预混后，存入旋转式混料器，进行正反旋转，转速为10-25r/min，换向间隔时间为 15-30分钟，总时间为2-3小时，保证树脂与碳纤维充分混合均勻；3)加油。将混合好的树脂与碳纤维的混合物，在混料器内，采用长杆喷雾器加入助 挤剂。一般树脂混合物与助挤剂的比例为(82 78) (18 22)。加油务必均勻，不得喷 到混料器壁上，加油完成后，进行正反向旋转，转速为12-20r/min，每隔15-30分钟换向一 次，混料时间为2-3小时；4)将混合原料加入圆柱型坯模，利用变频油压装置，设定6 lOkg/cm2压力，对原料进行挤压成坯。成坯后压坯速度为5-15cm/min，保证料坯密实，无断坯现象，原料中的空 气能够完全排除；5)将料坯置入挤出装置，利用变频油压装置挤出具有一定连续长度的细条，细条 经沸水浸泡后直接进入压延机进行轧延，成型后为宽度为12 15cm，厚度为0. 12mm厚度的 生料带。压延机的轧辊是配备保温装置的可温控设备，温度控制在50 100°C之间，料带的 压延速度在10-15m/min。料带经主动收卷装置收卷后呈盘状进入下道工序；6)将料带通过热辊弱力牵伸和烘箱烘焙除去料带的助挤剂，烘箱温度在 2700C _300°C，料带的进入速度 8-10m/min ；7)以连续的方式，将料带进入烧结箱，在320-390°C的烘焙温度下对料带进行烧 结熟化。持续速度与上道工序同步；8)以连续的方式，将熟化后的料带牵伸后得到宽度4 6cm幅宽，厚度0. 02 0. 04mm厚度的熟化结晶膜。9)以连续的方式，将熟化膜喂入由上下两个错位咬合的针辊，对熟化膜进行纵向 裂解，截取裂解后料带展开后的变成由原纤组成的呈不规则的网带。裂解料袋的针辊在横 向以5根/cm的密度排列成梳状针梳在针辊上以横向均勻排列。针辊的转速在120 180r/min ；10)以连续的方式，网带进入钢丝弹性针布缠绕的梳理辊，对形成一定包角的网带 进行纵向梳理，梳理辊的转速为140 220r/min ；11)以连续的方式，对梳理后的纤维丝束，进行缠绕成轴。成轴的纤维呈长丝状，密 度在2 15dtex之间，平均细度在3. 5dtex之下。12)将长丝纤维轴多轴集束后，通过稳定的水热装置加温加湿后，喂入机械卷曲 机，在7 12pa/Cm2压力挤压下，对受热纤维进行机械卷曲，卷曲个数10-15个/cm。该环 节追求高强力卷曲和密度较大的卷曲，力求使纤维表层得到搓伤，增加纤维表面摩擦力和 更多暴露导电微粒。13)将卷曲后纤维装入金属容器中，置入电热烘箱，进行干燥和热定型。烘箱温度 一般设定在260 300°C，时间在8-12个小时。本技术环节有利于卷曲形状的固化和纤维 弹性塑变的恢复，降低纤维缩率。14)定型后的纤维，根据需要可以剪切成38_102mm长度的短切纤维。抗静电功能性聚四氟乙烯短切纤维，是对聚四氟乙烯纤维的改性产品。由于纤维 在制造纺丝过程中添加纳米级导电微粒，使该产品能够及时释放梳理过程产生的电荷，使 纤维容易梳理，能够适应普通的梳理设备或者是高速、高效的梳理设备，并不需外加任何抗 静电材料；梳理得到改善，能够有效改善针刺毡的厚薄均勻度和透气量均勻度，并减少纤维 的浪费。由于必须考虑改性前的纤维的化学特性，改性纤维除在消除静电方面进行改善之 外，改性纤维不因添加导电成分而损失任何聚四氟乙烯所具有的有益特征，如耐温性能和 耐药性能，不粘附性等滤料所需特性。物理特性中的断裂强力，产品的延伸方面也没有明显 的影响。因此，导电成分性能的选择及加入量、加入方法是本项发明专利的重要技术构成。与外加抗静电剂不同的是，本技术采用内加导电微粒的技术，将纤维在任何环节 产生的电荷，只要接触到逃逸途径，纤维所产生电荷都能及时释放，从而使纤维不荷或减少 荷静电量。聚四氟乙烯抗静电功能性纤维的制造方法的混料过程中，将具有导电功能的超细粉末，按照一定的比例混入聚四氟乙烯分散树脂之中，在经过一定时间的充分混合之后， 在保有一定温度的容器之中进行密闭储存，使导电成分与树脂、助剂进一步融合；一般乙烯等塑料制品防静电加入的是石碳，石碳对于聚四氟乙烯采用的粉末冶金 法而言，因其颗粒不均勻，部分颗粒较大而不适应。本技术采用的静电防止剂为纳米级碳纤 维粉末，有效地解决了该难题；一般防静电剂的金属氧化物如二氧化钛、二氧化锰与PTFE共聚困难，对助挤剂吸 附过大而造成油水不勻，亦不适应于聚四氟乙烯的消除静电；一般乙烯等塑料制品抗静电助剂加入量为3%左右，本技术加入的纳米级碳纤维 粉末应不高于1. 5%。高于1. 5%虽能降低静电，但因碳纤维的加入量过大，使其更加滑爽， 而降低抱合力，使后道生产更困难。低于0.5%则消除静电数呈明显下降；一般乙烯抗静电剂加入，因不使用助挤剂而不会出现困难。本技术重点解决助挤 剂因碳纤维粉末与聚四氟乙烯树脂加料顺序的混合方法。本技术支持聚四氟乙烯分散树脂 必须先与抗静电剂在干态混合均勻的情况下，再加入助挤剂；由于纳米级碳纤维粉末的加 入，助挤剂的使用量由原来的15-19%应提高到18-22% ；本技术由于纳米级碳纤维的加入，使聚四氟乙烯分子与分子之间的网状空隙得到 了填充，同时能够提高纤维强力，并能有效改善聚四氟乙烯的物理塑变性，使纤维具有抗蠕 变性。本技术所得到的产成品是一种抗静电、抗蠕变、高强力的功能性纤维；本技术因加入纳米级碳纤维粉末，提高了聚四氟乙烯自清灰能力；本技术在机械卷曲过程中支持高强力和密度较大的卷曲，力求使纤维表面搓伤而 暴露较多的导电颗粒。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细分析；实施例1 聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，各组分的重量百分比为聚四氟乙烯99.5%、纳 米级碳纤维粉末0.5%。采用下列顺序的方法制备准备。在温度低于19°C环境中，将聚四氟乙烯分散树脂过40目不锈钢筛，对结块 树脂进行解聚，同时对纳米级碳纤维粉末过筛分别存放；混料。将冷藏状态下呈完全分散状态聚四氟乙烯分散树脂，与纳米级碳纤维粉 末按照99. 5% 0.5%的比例进行预混后，存入旋转式混料器，进行正反旋转，转速为 10-25r/min，换向间隔时间为15-30分钟，总时间为2_3小时，保证树脂与碳纤维充分混合 均勻；加油。将混合好的树脂与碳纤维的混合物，在混料器内，采用长杆喷雾器加入助挤 剂。一般树脂混合物与助挤剂的比例为(82-78) (18-22)。加油务必均勻，不得喷到混料 器壁上，加油完成后，进行正反向旋转，转速为12-20r/min，每隔15-30分钟换向一次，混料 时间为2-3小时；将混合原料加入圆柱型坯模，利用变频油压装置，设定6-lOkg/cm2压力，对原料进 行挤压成坯。成坯后压坯速度为5-15cm/min，保证料坯密实，无断坯现象，原料中的空气能够完全排除；将料坯置入挤出装置，利用变频油压装置挤出具有一定连续长度的细条，细条经 沸水浸泡后直接进入压延机进行轧延，成型后为宽度为12-15cm，厚度为0. 12mm厚度的生 料带。压延机的轧辊是配备保温装置的可温控设备，温度控制在50 100°C之间，料带的压 延速度在10-15m/min。料带经主动收卷装置收卷后呈盘状进入下道工序；将料带通过热辊弱力牵伸和烘箱烘焙除去料带的助挤剂，烘箱温度在 2700C _300°C，料带的进入速度 8-10m/min ；以连续的方式，将料带进入烧结箱，在320_390°C的烘焙温度下对料带进行烧结熟 化。持续速度与上道工序同步；以连续的方式，将熟化后的料带牵伸后得到宽度4-6cm幅宽，厚度0. 02-0. 04mm厚
度的熟化结晶膜。以连续的方式，将熟化膜喂入由上下两个错位咬合的针辊，对熟化膜进行纵向裂 解，截取裂解后料带展开后的变成由原纤组成的呈不规则的网带。裂解料袋的针辊在横向 以5根/cm的密度排列成梳状针梳在针辊上以横向均勻排列。针辊的转速在120 180r/ min ；以连续的方式，网带进入钢丝弹性针布缠绕的梳理辊，对形成一定包角的网带进 行纵向梳理，梳理辊的转速为140 220r/min ；以连续的方式，对梳理后的纤维丝束，进行缠绕成轴。成轴的纤维呈长丝状，密度 在2 15dtex之间，平均细度在3. 5dtex之下。将长丝纤维轴多轴集束后，通过稳定的水热装置加温加湿后，喂入机械卷曲机，在 7 12pa/Cm2压力挤压下，对受热纤维进行机械卷曲，卷曲个数10-15个/cm。该环节追求 高强力卷曲和密度较大的卷曲，力求使纤维表层得到搓伤，增加纤维表面摩擦力和更多暴 露导电微粒。将卷曲后纤维装入金属容器中，置入电热烘箱，进行干燥和热定型。烘箱温度一般 设定在260 300°C，时间在8-12个小时。本技术环节有利于卷曲形状的固化和纤维弹性 塑变的恢复，降低纤维缩率。定型后的纤维，根据需要可以剪切成38_102mm长度的短切纤维。实施例2 聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，各组分的重量百分比为聚四氟乙烯98.5%、纳 米级碳纤维粉末1.5%。制备方法同实施例1。
权利要求
聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，其特征在于各组分的重量百分比为聚四氟乙烯98.5 99.5％、纳米级碳纤维粉末0.5 1.5％。
2.权利要求1所述的聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，其制造方法是1)准备。在温度低于19°C环境中，将聚四氟乙烯分散树脂过40目不锈钢筛，对结块树 脂进行解聚，同时对纳米级碳纤维粉末过筛分别存放；2)混料。将冷藏状态下呈完全分散状态聚四氟乙烯分散树脂，与纳米级碳纤维粉末进 行预混后，存入旋转式混料器，进行正反旋转，转速为10-25r/min，换向间隔时间为15-30 分钟，总时间为2-3小时，保证树脂与碳纤维充分混合均勻；3)加油。将混合好的树脂与碳纤维的混合物，在混料器内，采用长杆喷雾器加入助挤 剂。一般树脂混合物与助挤剂的比例为(82 78) (18 22)。加油务必均勻，不得喷到 混料器壁上，加油完成后，进行正反向旋转，转速为12-20r/min，每隔15-30分钟换向一次， 混料时间为2-3小时；4)将混合原料加入圆柱型坯模，利用变频油压装置，设定6 lOkg/cm2压力，对原料进 行挤压成坯。成坯后压坯速度为5-15cm/min，保证料坯密实，无断坯现象，原料中的空气能 够完全排除；5)将料坯置入挤出装置，利用变频油压装置挤出具有一定连续长度的细条，细条经沸 水浸泡后直接进入压延机进行轧延，成型后为宽度为12 15cm，厚度为0. 12mm厚度的生料 带。压延机的轧辊是配备保温装置的可温控设备，温度控制在50 100°C之间，料带的压延 速度在10-15m/min。料带经主动收卷装置收卷后呈盘状进入下道工序；6)将料带通过热辊弱力牵伸和烘箱烘焙除去料带的助挤剂，烘箱温度在 2700C _300°C，料带的进入速度 8-10m/min ；7)以连续的方式，将料带进入烧结箱，在320-390°C的烘焙温度下对料带进行烧结熟 化。持续速度与上道工序同步；8)以连续的方式，将熟化后的料带牵伸后得到宽度4 6cm幅宽，厚度0.02 0. 04mm 厚度的熟化结晶膜。9)以连续的方式，将熟化膜喂入由上下两个错位咬合的针辊，对熟化膜进行纵向裂解， 截取裂解后料带展开后的变成由原纤组成的呈不规则的网带。裂解料袋的针辊在横向以5 根/cm的密度排列成梳状针梳在针辊上以横向均勻排列。针辊的转速在120 180r/min ；10)以连续的方式，网带进入钢丝弹性针布缠绕的梳理辊，对形成一定包角的网带进行 纵向梳理，梳理辊的转速为140 220r/min ；11)以连续的方式，对梳理后的纤维丝束，进行缠绕成轴。成轴的纤维呈长丝状，密度在 2 15dtex之间，平均细度在3. 5dtex之下。12)将长丝纤维轴多轴集束后，通过稳定的水热装置加温加湿后，喂入机械卷曲机，在 7 12pa/Cm2压力挤压下，对受热纤维进行机械卷曲，卷曲个数10-15个/cm。该环节追求 高强力卷曲和密度较大的卷曲，力求使纤维表层得到搓伤，增加纤维表面摩擦力和更多暴 露导电微粒。13)将卷曲后纤维装入金属容器中，置入电热烘箱，进行干燥和热定型。烘箱温度一般 设定在260 300°C，时间在8-12个小时。本技术环节有利于卷曲形状的固化和纤维弹性 塑变的恢复，降低纤维缩率。14)定型后的纤维，根据需要可以剪切成38-102mm长度的短切纤维。
全文摘要
本发明公开了改性聚四氟乙烯纤维及其制造方法，特别是聚四氟乙烯抗静电功能性纤维及其制造方法。聚四氟乙烯抗静电功能性纤维，其各组分的重量百分比为聚四氟乙烯98.5-99.5％、纳米级碳纤维粉末0.5-1.5％。制造方法是经过以下步骤准备、混料、加油、压坯、挤条、压延、烧结、牵伸、裂解、梳理、缠绕、卷曲、定型、短切得到短切纤维。本发明的有益效果是聚四氟乙烯抗静电功能性纤维只要接触到逃逸途径，纤维所产生电荷都能及时释放，从而使纤维不荷或减少荷静电量。本技术由于纳米级碳纤维的加入，使聚四氟乙烯分子与分子之间的网状空隙得到了填充，同时能够提高纤维强力，并能有效改善聚四氟乙烯的物理塑变性，使纤维具有抗蠕变性。本技术所得到的产成品是一种抗静电、抗蠕变、高强力的功能性纤维；本技术因加入纳米级碳纤维粉末，提高了聚四氟乙烯自清灰能力。
文档编号D01G1/00GK101985783SQ20101051204
公开日2011年3月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者徐加利, 杨中辉, 陈文武 申请人:山东嘉年华氟纶有限公司