专利名称：糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及纤维的烧结牵伸装置，特别是涉及一种糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置。
背景技术：
聚四氟乙烯(PTFE)属于高结晶度和高熔点的高聚物，熔融黏度极大，即使到了熔点温度其也难以流动，所以无法采用普通塑料的加工方式，诸如流延、挤出、注射等，只能将聚四氟乙烯预制为一定形状的预制体，采用类似粉末冶金的方式对其进行烧结、牵伸。聚四氟乙烯(PTFE)纤维的制备方法除了膜裂法、载体纺丝法外，应用较多的是糊状挤出法。将PTFE粉末与油剂均勻混合后通过挤出摸头进行挤出制丝，但鉴于PTFE结构造成的化学和物理特性，所得PTFE纤维强度较低，难以满足使用要求，必须经过烧结熔融处理及其在烧结条件下的牵伸。经过上述处理后，PTFE纤维的强度得到了大幅度地提高， 但由于PTFE属于高结晶度和高熔点的高聚物。因此，烧结温度高，且对温度分布的均勻性有一定的要求。从现有公开的文献看，目前还未有PTFE纤维微波烧结的相关报道。传统烧结装置不仅升温速度慢，耗能高，而且常因加热不均勻导致纤维在烧结过程中热收缩不均勻而产生断裂。微波具有加热快，加热均勻等特点，但PTFE属于非极性物质，介电常数和介电损耗角均较小，所以PTFE因不吸收微波而难以直接加热，但是，通过微波间接加热耐高温且介电常数高的介质，使PTFE得到微波的间接加热。用微波烧结的装置升温速度快，温度分布均勻，使PTFE纤维可以得到均勻的加热处理，加热效率高。经过本发明烧结的PTFE纤维强度高，韧性强，该烧结装置具有很高的实用性和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种能快速升温且温度分布均勻的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，通过本装置能顺利烧结、牵伸出具有较高强度和韧性的聚四氟乙烯纤维。本发明的目的是这样实现的，所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，包括微波加热系统、烧结装置、测温系统与控制系统、传输系统和排气系统，微波加热系统包括微波加热腔和微波发生器，其结构特点为所述微波加热腔包括微波加热腔底部、微波加热腔侧面和微波加热腔顶部，所述的微波加热腔顶部的左右区域设置有孔径小于微波波长的排气小孔，微波发生器由可调节加热功率的磁控管组成；所述测温系统由红外测温仪器构成，所述的控制系统与红外测温仪器、微波发生器连接；烧结装置置于微波加热腔内的烧结设备的托架上，烧结装置包括烧结槽和填充介质，烧结装置设有两个并排的烧结槽， 两个并排的烧结槽为第一烧结槽和第二烧结槽，在两个并排的烧结槽之间及外侧设置有填充介质，在第一烧结槽和第二烧结槽之间的为中间填充介质，在第一烧结槽外侧的是一侧填充介质，在第二烧结槽外侧的是另一侧填充介质；所述的传输系统包括主转向轮和从转向轮，从转向轮和主转向轮分别处于微波加热腔的腔体外部的左右两侧；排气系统由排气罩、负压发生装置和排气管道组成，所述的排气罩罩在排气小孔上且与排气小孔接合。本发明的目的还可通过以下技术方案实现的，所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为磁控管的频率为915MHZ或M50MHZ，磁控管的微波最大加热功率为3KW。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为微波发生器由3-5个磁控管组成，所述磁控管可单个单独工作或多个组合工作。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为温度红外感应与控制系统置于微波加热腔的上端。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为所述烧结装置的烧结槽形状为方形或三角形。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为烧结装置的烧结槽由耐高温且易于导热的材料制成。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为所述填充介质为介电损耗高的耐高温无机材料。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为主转向轮和从转向轮的上平行切线和下平行切线分别与烧结装置中的第一烧结槽的中心线和第二烧结槽的中心线重合。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为所述的温度红外感应与控制系统接收和反馈测温系统所发出的温度信号，控制微波的启动和微波加热功率。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为制备烧结槽的耐高温且易于导热的材料为石英或陶瓷材料。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为所述电损耗高的耐高温无机材料的填充介质为炭化硅。所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特点为在微波加热腔侧面设有微波加热腔侧面纤维导口，从微波加热腔侧面纤维导口将聚四氟乙烯纤维导入进入烧结装置的第一烧结槽后缠绕在从转动轮上，经从转动轮转动至下平行切线后再由另一个微波加热腔侧面纤维导口通过第二烧结槽后缠绕在主转动轮并导出至牵伸。本发明的优点在于虽然PTFE因不吸收微波而难以直接加热，但通过介质间接加热，使PTFE纤维得到均勻的加热烧结处理，生产效率高，纤维不易断头。所述微波烧结装置结构简单，操作方便，温度升温速度快，加热效率高，温度分布均勻，具有环保、低碳的特点，环境效益高；同时，装置加热温度容易控制，可有效减少纤维在烧结过程中的断头现象， 克服了传统电加热装置升温速度慢，加热效率低，耗能量高，生产效率低等问题，同时避免了在烧结过程中由于传统电加热不均勻，导致聚四氟乙烯纤维受热不均勻而产生收缩不均勻，并因此导致纤维经常断头的现象。所烧结的PTFE纤维强度高，韧性强，该烧结装置具有很高的实用性和经济效益。
图1为糊状聚四氟乙烯纤维微波烧结牵伸装置的主视图。图2为糊状聚四氟乙烯纤维微波烧结牵伸装置的俯视图。图2-1为图2中的聚四氟乙烯纤维没绕在从转动轮和主转动轮时的结构示意图。图3为微波烧结装置A-A的剖面图。
具体实施例方式为了对本发明作进一步的了解，现结合附图对其作具体的说明。
图中，1是排气系统，2是右侧排气小孔，3是烧结装置，4是主转动轮，5是聚四氟乙烯纤维，6是第一烧结槽，7是第二烧结槽，8是烧结装置的托架，9是从转动轮，10是微波加热腔侧面，11是左侧排气小孔，12是微波加热腔顶部，13是测温系统和控制系统，14是微波加热腔底部，15是一侧填充介质，16是中间填充介质，17是另一侧填充介质，18是微波加热腔侧面纤维导口，19是下平行切线，20是上平行切线，第一烧结槽的中心线21，第二烧结槽的中心线22。实施例1
本发明包括微波加热系统、烧结装置3、测温系统与控制系统13、传输系统和和排气系统1。其中，微波加热系统包括微波加热腔和微波发生器，微波发生器为现有技术，微波加热腔包括微波加热腔底部14、微波加热腔侧面10和微波加热腔顶部12，在微波加热腔侧面设置有纤维进、出导口 18，微波加热腔顶部12设置有孔径小于微波波长的排气小孔，所述的微波发生器由3 5个可调节加热功率的磁控管组成，其频率为915MHZ，或者M5OMHZ均可；测温系统由红外测温仪器构成，红外测温仪器为现有技术，位于微波加热腔体的上端， 控制系统与红外测温仪器、微波发生器连接，通过接收和反馈测温系统所发出的温度信号， 控制微波的启动和微波加热功率，构成微波加热功率与温度控制自动调节系统，可设置不同的加热温度和升温速率，系统能根据所设定的条件控制微波的加热功率并能保持恒温； 烧结装置3置于微波加热腔内的烧结设备的托架8上，烧结装置3为具有一定形状的烧结槽和填充介质，烧结装置3设有两个并排的烧结槽，两个并排的烧结槽为第一烧结槽6和第二烧结槽7，在两个并排的烧结槽之间及外侧设置有填充介质，在第一烧结槽6和第二烧结槽7之间的为中间填充介质16，在第一烧结槽6外侧的是一侧填充介质15，在第二烧结槽 7外侧的是另一侧填充介质16，烧结装置3的烧结槽材质具有导热快与耐高温的特点，由石英、陶瓷等材料构成，烧结槽的形状为方形或者三角形，而烧结槽周边的填充介质为耐高温且介电常数高的炭化硅等介质，通过微波加热填充介质实现对聚四氟乙烯纤维进行间接加热；所述的传输系统主要由传动轮组成，所述传动轮的线速度可调，其中一个为主转向轮 4，另一个为从转向轮9，分别处于微波加热腔的腔体外部的左右两侧，两个转向轮的上平行切线20、下平行切线19 (见图2-1所示)分别与烧结装置中的第一烧结槽的中心线21和第二烧结槽的中心线22重合，通过传输系统使PTFE纤维在烧结装置中得到持续的、稳定的加热处理；排气系统1由排气罩、负压发生装置和排气管道组成，位于加热腔的顶部，所述的排气罩分别罩在左侧排气小孔11、右侧排气小孔2上且与排气小孔接合。工作时，设置主传动轮4和从转向轮9的线速度一致。将聚四氟乙烯纤维5从微波加热腔侧面纤维导口 18导入进入烧结装置的第一烧结槽6后缠绕在从转动轮9上(缠绕状态见图2所示)，经从转动轮9转动至下平行切线19后再由另一个微波加热腔侧面纤维导口 18通过第二烧结槽7后缠绕在主转动轮4 (缠绕状态见图2所示)并导至牵伸工艺。 设置微波的加热温度为400°C，升温速率为50°C /min，启动微波加热系统开始对介质(一侧填充介质15，中间填充介质16，另一侧填充介质17进行加热，当温度升至设定的温度时，启动主传动轮4和排气系统1，使聚四氟乙烯纤维缓慢地通过烧结槽进行烧结处理，相应地， 设置于腔体顶部的红外感应与控制系统13同步测试烧结装置3的外壁温度，其与微波加热系统构成微波加热功率与温度控制自动调节系统，自动调整微波加热功率，使烧结温度保持恒定。所烧结的纤维经过后处理工序得到强度高、韧性强的聚四氟乙烯纤维，其线密度为450D，抗拉强度为36CN/Tex，断裂强力为16N。
实施例2
工作时，可以设置主传动轮4的线速度为从传动轮9的3 4倍。将聚四氟乙烯纤维导口 18导入，并依次通过导口 18以及烧结装置的烧结槽6后缠绕从转动轮9，再由另一个导口 18导入，并通过另一烧结槽7后缠绕主转动轮4并导至牵伸工艺。设置微波的加热温度为380°C，升温速率为60°C /min，启动微波加热系统开始对介质(15，16，17)进行加热，同时启动主传动轮4和排气系统1，使聚四氟乙烯纤维缓慢地通过烧结槽(6，7)进行烧结，并进行牵伸3 4倍处理，相应地，设置于腔体顶部的红外感应与控制系统13同步测试烧结装置3的外壁温度，通过微波加热系统自动调温功率，使烧结温度保持恒定。所烧结的纤维经过后处理工序得到强度高、韧性强的聚四氟乙烯纤维，其线密度为400D，抗拉强度为31CN/ Tex，断裂强力为14. 2N。
权利要求
1.一种糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，包括微波加热系统、烧结装置、 测温系统与控制系统(13)、传输系统和排气系统(1)，微波加热系统包括微波加热腔和微波发生器，其特征在于所述微波加热腔包括微波加热腔底部(14)、微波加热腔侧面(10) 和微波加热腔顶部(12)，所述的微波加热腔顶部的左右区域设置有孔径小于微波波长的排气小孔，微波发生器由可调节加热功率的磁控管组成；所述测温系统由红外测温仪器构成， 所述的控制系统与红外测温仪器、微波发生器连接；烧结装置(3)置于微波加热腔内的烧结设备的托架(8)上，烧结装置(3)包括烧结槽和填充介质，烧结装置(3)设有两个并排的烧结槽，两个并排的烧结槽为第一烧结槽(6)和第二烧结槽(7)，在两个并排的烧结槽之间及外侧设置有填充介质，在第一烧结槽(6)和第二烧结槽(7)之间的为中间填充介质(16)， 在第一烧结槽(6)外侧的是一侧填充介质(15)，在第二烧结槽(7)外侧的是另一侧填充介质(17)；所述的传输系统包括主转向轮(4)和从转向轮(9)，从转向轮(9)和主转向轮(4) 分别处于微波加热腔的腔体外部的左右两侧；排气系统(1)由排气罩、负压发生装置和排气管道组成，所述的排气罩罩在排气小孔上且与排气小孔接合。
2.根据权利要求1所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于磁控管的频率为915MHZ或M50MHZ，磁控管的微波最大加热功率为3KW。
3.根据权利要求1所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于微波发生器由3-5个磁控管组成，所述磁控管可单个单独工作或多个组合工作。
4.根据权利要求1或2所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于温度红外感应与控制系统(13)置于微波加热腔的上端。
5.根据权利要求1或2所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于所述烧结装置的烧结槽形状为方形或三角形。
6.根据权利要求1或2所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于烧结装置的烧结槽由耐高温且易于导热的材料制成。
7.根据权利要求1或2所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于所述填充介质为介电损耗高的耐高温无机材料。
8.根据权利要求1或2所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于主转向轮(4)和从转向轮(9)的上平行切线(20)和下平行切线(19)分别与烧结装置中的第一烧结槽(6)的中心线和第二烧结槽(7)的中心线重合。
9.根据权利要求4所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于所述的温度红外感应与控制系统接收和反馈测温系统所发出的温度信号，控制微波的启动和微波加热功率。
10.根据权利要求7所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于制备烧结槽的耐高温且易于导热的材料为石英或陶瓷材料。
11.根据权利要求8所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于所述电损耗高的耐高温无机材料的填充介质为炭化硅。
12.根据权利要求9所述的糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，其特征在于在微波加热腔侧面设有微波加热腔侧面纤维导口(18)，从微波加热腔侧面纤维导口 (18 )将聚四氟乙烯纤维(5 )导入进入烧结装置的第一烧结槽(6 )后缠绕在从转动轮(9 )上， 经从转动轮(9)转动至下平行切线(19)后再由另一个微波加热腔侧面纤维导口(18)通过第二烧结槽(7)后缠绕在主转动轮(4)并导出至牵伸。
全文摘要
本发明公开一种糊状聚四氟乙烯挤出纤维的微波烧结牵伸装置，包括微波加热系统、烧结装置、测温系统与控制系统和排气系统，其特点为所述的微波加热腔顶部的左右区域设置有孔径小于微波波长的排气小孔，微波发生器由可调节加热功率的磁控管组成；所述测温系统由红外测温仪器构成，所述的控制系统与红外测温仪器、微波发生器连接；烧结装置包括烧结槽和填充介质，烧结装置设有两个并排的烧结槽，在两个并排的烧结槽之间及外侧设置有填充介质；从转向轮和主转向轮分别处于微波加热腔的腔体外部的左右两侧；所述的排气罩罩在排气小孔上且与排气小孔接合。具有操作简单，加热温度稳定，烧结效率高，烧结的纤维强度高、韧性强。
文档编号D01D5/12GK102493007SQ20111035984
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘忠良, 周丕严, 王朝阳 申请人:厦门柏润氟材料科技有限公司