专利名称：针刺梳割法制造ptfe短纤维用成套设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种制造短纤维用的设备，尤其涉及一种针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备及其方法。
背景技术：
聚四氟乙烯(PTFE)具有耐高温、耐酸碱腐蚀、耐水解等等其它塑料无可比拟的优点，将其制成短纤维可制成耐高温滤料，化工医药行业的耐腐蚀滤料，PTFE无纺布等等，越来越多地被广泛应用。
目前制造PTFE短纤维的方法有两类，第一类是熔融纺丝法，由于PTFE熔融状态下的流动性极差，所以不能采用通常的熔融放丝方法制造短纤维。而是采用一种特殊的方法， 即通过粘胶作为载体，将粘胶熔融乳液与PTFE分散的乳液混合为一体，然后挤出纺丝，再通过高温将粘胶成份热分解，保留PTFE成份而成为PTFE纤维，由于粘胶受高温热分解总有一些微小的灰烬残留在PTFE纤维中，并呈焦黄色，所以，此种方法只能生产出深褐色的纤维。这种制造方法投资大、成本高、工艺复杂，而且生产的短纤维强力低、呈褐色，短纤维应用受到限制。
第二类制造PTFE短纤维的方法是膜裂法，就是先把PTFE分散树脂制成具有一定强度的长度(纵向)方向呈纤维化的定向膜，然后通过机械的方法将薄膜宽度(横向)方向分裂，纵向呈线性纤维化，这种方法能够产生白色或者其他各种颜色的纤维。第二类的制造方法投资小、成本低，生产出的PTFE短纤维强度高，可根据需要生产出多种颜色，所以应用广泛。
膜裂法制造PTFE短纤维中最关键的是膜裂的方法，这个方法可以有很多种，目前被应用的有2种，第一种是在定向膜上进行压纹处理，即沿着膜的长度(纵向)方向线性地并且在膜的宽度(横向)方向上以类似于Z字形状的凹凸形进行压纹处理，把宽度方向的分子链压断随后进行分割，得到纤维长丝，再通过切断得到短纤维。第二种方法是将定向膜在长度方向线性地并且在横向方向直接分切成若干条粗丝，随后在进行成束加热，再通过多次挤压、拉伸、加热、拉伸等工序使束中的粗丝拉细，而成为纤维，经切断形成短纤维。
目前在生产中应用的膜裂法制造PTFE短纤维的两种方法都有这各自不同的缺憾。第一种采用压纹处理制造方法制得的纤维细度比较大，平均细度在4. 5dtex以上。实现压纹处理的滚压刀辊(如图1所示)制造要求高、难度大。由于纤维的细度决定于滚压刀上刀锋间距的大小，只有间距很小的刀纹才能制造细度较细的纤维，然而刀纹越小，制造加工的难度就越大，精度要求也就越高，制造成本相当高。所以制造较细的纤维就受到了限制。制造过程中要求压纹滚刀刀纹峰口保持锋利，稍有钝化就会影响生产，所以生产过程中滚压刀需要经常更换修磨，维护成本很高。第二种方法将薄膜分切成条状后再集束加捻，随后通过挤压拉伸、加热拉伸、再挤压拉伸、再加热拉伸，这样多次重复工艺，把分割后的粗丝拉成细纤维，这种方法的纤维细度主要是通过多次的拉伸而得到的，工序繁多、能耗巨大、 效率低、成本高。发明内容
本发明要解决的技术问题是为了提高效率、降低成本、生产出更细的PTFE短纤维，本发明提供一种针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备及其方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，包括依次设置的定向膜放卷机构、对定向膜进行穿刺且设置在定向膜上下方的一对穿刺针辊、将穿刺后的定向膜梳割成长丝的梳割辊、将长丝集束的集束器、横动装置和对长丝束进行收卷的收卷机构。
为了保证定向膜的传输顺利进行，所述的放卷机构和穿刺针辊之间、穿刺针辊和梳割辊之间、梳割辊和集束器之间还分别设置有第一对橡胶握持辊、第二对橡胶握持辊和第三对橡胶握持辊。
具体地，所述的穿刺针辊具有辊体，辊体的外圆周表面具有紧密排列的穿刺钢针。
为了保证穿刺的效果，所述的一对穿刺针辊上下啮合，穿刺钢针的直径为0. 3 0. 4mm,针长为14 16mm，针尖面积小于等于0. OOlmm2,穿刺钢针的排距为3 5mm，密度为 25 33根/cm2，插入定向膜的深度为0. 3 1_。
进一步，具体地，所述的梳割辊具有梳割辊本体，梳割辊本体的外圆周表面包覆有针布。
为了保证梳割辊梳割力的缓和，避免损伤或打断长丝，所述的针布包括弹性橡胶层作为针基和紧密排列在针基上的梳割钢针，所述梳割辊的针布直径为300mm，梳割钢针的针型为扁形，针长为4. 5mm，梳割钢针排列的密度为100根/cm2。
一种针刺梳割法制造PTFE短纤维的方法，具有以下工艺步骤
步骤一，将PTFE原料混料、模压、推压、压延成膜，再经烧结、加热、拉伸制成分子结构在长度方向呈链状纤维化的定向膜，定向膜厚度为20um 40um;
步骤二，定向膜经传输，引入一对穿刺针辊之间，对定向膜进行穿刺，使定向膜上形成纵横排列的针孔，穿刺针辊的针尖的线速度与定向膜运行的线速度一致；
步骤三，被穿刺后的定向膜传输至梳割辊进行梳割，使定向膜在宽度方向上分裂分离，在长度方向上连续呈线性单纤维状态的长丝，梳割辊的运行线速度大于定向膜运行速度的2 3倍；
步骤四，将步骤三中的长丝传输至集束器进行集束；
步骤五，集束后的长丝依次通过切断、开松后获得PTFE短纤维或者依次通过卷曲、定型、切断、开松后获得卷曲的PTFE短纤维；
步骤六，对步骤五中的PTFE短纤维检验、包装。
为了保证定向膜的传输顺利进行，所述的步骤二中定向膜经第一对橡胶握持辊传输，引入一对穿刺针辊之间；所述的步骤三中被穿刺的定向膜经第二对橡胶握持辊传输至梳割辊；所述的步骤四中长丝经第三对橡胶握持辊传输至集束器。
为了保证每对橡胶握持辊之间的定向膜或长丝具有一定张力，所述的第一对橡胶握持辊运行的线速度小于第二对橡胶握持辊运行的线速度，第二对橡胶握持辊运行的线速度小于第三对橡胶握持辊运行的线速度，且三者之间的线速度各相差10 15%。
本发明的有益效果是，本发明的针刺梳割法制造PTFE短纤维用的成套设备及其方法，相比目前广泛采用的膜裂工艺技术，工艺简单合理、可靠、操作方便，能耗少、效率高， 设备及主要部件制作价格低、投资少、维护低，本发明能制造细度更细的PTFE短纤维，平均细度最小可达到2. 5dtex，拓展了生产品种。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术滚压刀辊的结构示意图。
图2是本发明针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备的结构示意图。
图3是本发明中穿刺针辊的结构示意图。
图4是本发明中梳割辊的结构示意图。
图中1、放卷机构，2、第一对橡胶握持辊，3、穿刺针辊，3-1、圆辊，3_2、穿刺钢针，4、 第二对橡胶握持辊，5、梳割辊，5-1、梳割辊本体、5-2、针基，5-3、梳割钢针，6、第三对橡胶握持辊，7、集束器，8、横动装置，9、卷绕器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图2、3、4所示，本发明针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备及其方法，包括依次设置的卷绕有定向膜的放卷机构1，第一对橡胶握持辊2、对定向膜进行穿刺的一对上下啮合的穿刺针辊3、第二对橡胶握持辊4、将穿刺后的定向膜梳割成长丝的梳割辊5、第三对橡胶握持辊6、将长丝集束的集束器7、横动装置8和对长丝束进行收卷的收卷机构9，穿刺针辊3具有辊体3-1，辊体3-1的外圆周表面具有紧密排列的穿刺钢针3-2，穿刺钢针3-2 直径为0. 3mm,针长为15mm，针尖面积为0. 0005mm2,穿刺钢针3_2的排距为4mm，密度为30 根/cm2，插入定向膜的深度为0. 5mm。梳割辊5具有梳割辊本体5_1，梳割辊本体5_1的外圆周表面包覆有针布，针布包括弹性橡胶层作为针基5-2和紧密排列在针基5-2上的梳割钢针5-3，梳割辊5的针布直径为300mm，梳割钢针5_3的针型为扁形，针长为4. 5mm,梳割钢针5-3排列的密度为100根/cm2。
使用时制造方法步骤如下
步骤一，将PTFE原料混料、模压、推压、压延成膜，再经烧结、加热、拉伸制成分子结构在长度方向呈链状纤维化的定向膜，定向膜厚度为30um ；
步骤二，定向膜经第一对橡胶握持辊2传输，引入一对穿刺针辊3之间，对定向膜进行穿刺，使定向膜上形成纵横排列的针孔，穿刺针辊3的针尖的线速度与定向膜运行的线速度一致；
步骤三，被穿刺的定向膜直接引入第二对橡胶握持辊4，传输至梳割辊5，使被穿刺的定向膜在宽度方向上分裂分离，在长度方向上连续呈线性单纤维状态的长丝，梳割辊5 的运行线速度应大于定向膜运行速度的2 3倍；
步骤四，将步骤三中的长丝经第三对橡胶握持辊6传输至集束器7进行集束；
步骤五，集束后的长丝通过横动装置8传输至卷绕器9进行收卷长丝束；
步骤六，长丝依次通过切断、开松后获得PTFE短纤维，然后检验、包装。
其中第一对橡胶握持辊2运行的线速度小于第二对橡胶握持辊4运行的线速度， 第二对橡胶握持辊4运行的线速度小于第三对橡胶握持辊6运行的线速度，且三者之间的线速度各相差10 15%。
实施例2:
如图2、3、4所示，本发明针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备及其方法，包括依次设置的卷绕有定向膜的放卷机构1，第一对橡胶握持辊2、对定向膜进行穿刺且设置在定向膜上下方的一对上下啮合的穿刺针辊3、第二对橡胶握持辊4、将穿刺后的定向膜梳割成长丝的梳割辊5、第三对橡胶握持辊6、将长丝集束的集束器7、横动装置8和对长丝束进行收卷的收卷机构9，穿刺针辊3具有辊体3-1，辊体3-1的外圆周表面具有紧密排列的穿刺钢针3-2，，穿刺钢针3-2直径为0. 4mm,针长为16mm，针尖面积为0. OOlmm2,穿刺钢针3_2 的排距为4mm，密度为沈根/cm2，插入定向膜的深度为0. 6mm。梳割辊5具有梳割辊本体 5-1，梳割辊本体5-1的外圆周表面包覆有针布，针布包括弹性橡胶层作为针基5-2和紧密排列在针基5-2上的梳割钢针5-3，梳割辊5的针布直径为300mm，梳割钢针5_3的针型为扁形，针长为4. 5mm，梳割钢针5_3排列的密度为100根/cm2。
使用时制造方法步骤如下
步骤一，将PTFE原料混料、模压、推压、压延成膜，再经烧结、加热、拉伸制成分子结构在长度方向呈链状纤维化的定向膜，定向膜厚度为35um ；
步骤二，定向膜经第一对橡胶握持辊2传输，引入一对穿刺针辊3之间，对定向膜进行穿刺，使定向膜上形成纵横排列的针孔，穿刺针辊3的针尖的线速度与定向膜运行的线速度一致；
步骤三，被穿刺的定向膜直接引入第二对橡胶握持辊4，传输至梳割辊5，使被穿刺的定向膜在宽度方向上分裂分离，在长度方向上连续呈线性单纤维状态的长丝，梳割辊5 的运行线速度应大于定向膜运行速度的2 3倍；
步骤四，将步骤三中的长丝经第三对橡胶握持辊6传输至集束器7进行集束；
步骤五，集束后的长丝通过横动装置8传输至卷绕器9进行收卷长丝束；
步骤六，长丝依次通过卷曲、定型、切断、开松后获得卷曲的PTFE短纤维，然后检验、包装。
其中为了保证穿刺和梳割的顺利进行，两握持辊之间的膜需具有一定的张力，所以第一对橡胶握持辊2运行的线速度小于第二对橡胶握持辊4运行的线速度，第二对橡胶握持辊4运行的线速度小于第三对橡胶握持辊6运行的线速度，且三者之间的线速度各相差10 15%。
如果需要生产不同细度的短纤维可改变穿刺钢针3-2的密度，梳割辊5的梳割钢针5-3的密度，定向膜的厚度等参数，如要等到细度较细的纤维，针密度要大，要制得细度较粗的纤维，针密度要小，可根据生产品种的需要更换。梳割辊5的速度要与针密度相配合，针密度高、转速要高，针密度低、转速低。
采用穿刺针辊3的针尖对定向膜进行穿刺，定向膜上被刺有一定排列规则的微小孔，是本发明的膜裂方法中最关键、最有效的工艺技术，其对于后道成纤的细度和均勻性能够得到充分的保证。对于后道的梳割技术的稳定导向有效插入、均勻分割等梳割机理的实现起到了关键的作用，同时减少了梳割时定向膜的打击损伤、减少了超细纤维和短绒的产生。
梳割辊5采用金属弹性针布，选用合适的针型及针齿密度，配以合理的速度、梳割长度、针齿插入深度等工艺技术，能有效地将穿刺后的定向膜在宽度方向分离并达到单纤维状态，制成细度均勻的长纤维束，经切断后可制成不同长度要求的短纤维。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.一种针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于包括依次设置的定向膜放卷机构(1)、对定向膜进行穿刺的一对穿刺针辊(3)、将穿刺后的定向膜梳割成长丝的梳割辊(5)、将长丝集束的集束器(7)、横动装置(8)和对长丝束进行收卷的收卷机构(9)。
2.如权利要求1所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述的放卷机构⑴和穿刺针辊⑶之间、穿刺针辊⑶和梳割辊(5)之间、梳割辊(5)和集束器 (7)之间还分别设置有第一对橡胶握持辊O)、第二对橡胶握持辊(4)和第三对橡胶握持辊 (6)。
3.如权利要求1所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述的穿刺针辊(3)具有辊体(3-1)，辊体(3-1)的外圆周表面具有紧密排列的穿刺钢针(3-2)。
4.如权利要求3所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述的一对穿刺针辊(3)上下啮合，穿刺钢针(3-2)的直径为0. 3 0. 4mm，针长为14 16mm，针尖面积小于等于0. OOlmm2,穿刺钢针(3-2)的排距为3 5mm,密度为25 33根/cm2,插入定向膜的深度为0.3 1mm。
5.如权利要求1所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述的梳割辊(5)具有梳割辊本体(5-1)，梳割辊本体(5-1)的外圆周表面包覆有针布。
6.如权利要求5所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述的针布包括弹性橡胶层作为针基(5-2)和紧密排列在针基(5-2)上的梳割钢针(5-3)。
7.如权利要求6所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备，其特征在于所述梳割辊(5)的针布直径为300mm，梳割钢针(5_3)的针型为扁形，针长为4. 5mm，梳割钢针排列的密度为100根/cm2。
8.一种使用如权利要求1至7任一项所述的针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备制造PTFE短纤维的方法，其特征在于，具有以下工艺步骤步骤一，将PTFE原料混料、模压、推压、压延成膜，再经烧结、加热、拉伸制成分子结构在长度方向呈链状纤维化的定向膜，定向膜厚度为20um 40um;步骤二，定向膜经传输，引入一对穿刺针辊C3)之间，对定向膜进行穿刺，使定向膜上形成纵横排列的针孔，穿刺针辊(3)的针尖的线速度与定向膜运行的线速度一致；步骤三，被穿刺后的定向膜传输至梳割辊( 进行梳割，使定向膜在宽度方向上分裂分离，在长度方向上连续呈线性单纤维状态的长丝，梳割辊(5)的运行线速度大于定向膜运行速度的2 3倍；步骤四，将步骤三中的长丝传输至集束器(7)进行集束；步骤五，集束后的长丝依次通过切断、开松后获得PTFE短纤维或者依次通过卷曲、定型、切断、开松后获得卷曲的PTFE短纤维；步骤六，对步骤五中的PTFE短纤维检验、包装。
9.如权利要求8所述的制造PTFE短纤维的方法，其特征在于所述的步骤二中定向膜经第一对橡胶握持辊( 传输，引入一对穿刺针辊C3)之间；所述的步骤三中被穿刺的定向膜经第二对橡胶握持辊(4)传输至梳割辊(5)；所述的步骤四中长丝经第三对橡胶握持辊 (6)传输至集束器(7)。
10.如权利要求9所述的制造PTFE短纤维方法，其特征在于所述的第一对橡胶握持辊( 运行的线速度小于第二对橡胶握持辊(4)运行的线速度，第二对橡胶握持辊(4)运行的线速度小于第三对橡胶握持辊(6)运行的线速度，且三者之间的线速度各相差10 15%。
全文摘要
本发明涉及一种制造短纤维用的设备，尤其涉及一种针刺梳割法制造PTFE短纤维用成套设备及其方法，包括依次设置的定向膜放卷机构、对定向膜进行穿刺的一对穿刺针辊、将穿刺后的定向膜梳割成长丝的梳割辊、将长丝集束的集束器、横动装置和对长丝束进行收卷的收卷机构。本发明的有益效果是，相比目前广泛采用的膜裂工艺技术，工艺简单合理、可靠、操作方便，能耗少、效率高，设备及主要部件制作价格低、投资少、维护低，本发明能制造细度更细的PTFE短纤维，平均细度最小可达到2.5dtex，拓展了生产品种。
文档编号D01D5/42GK102517665SQ201110394900
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者潘建农, 阙建福, 阙福明 申请人:常州市东新华福氟塑材料有限公司