一种氯碱离子交换膜用聚四氟乙烯单丝的制备工艺的制作方法

本发明涉及一种纺织长丝纤维的制造工艺，具体是指一种线密度在80～200d的聚四氟乙烯细旦单丝的制造工艺。

背景技术：

聚四氟乙烯纤维材料，因其具有良好的耐温、耐化学等性能，已经成为环保过滤领域滤材的优选材料，在液体过滤技术领域，用聚四氟乙烯材料织造的布(网)、滤筒，在化工产品过滤、工业污水处理中得到了广泛的应用。但是，由于聚四氟乙烯材料具有缺乏液体流动性，受到不能使用熔喷纺丝工艺制造工业长丝的限制，所以，工业用聚四氟乙烯纤维材料一直局限于“膜切丝”和“糊料挤出丝”两种工艺为基础的制造技术领域。目前，业内通过该两种工艺生产的聚四氟乙烯长丝(单丝)，规格一般在线密度500d以上，仅限于织造除尘过滤毡用基布和过滤精度偏低的过滤布(网)，而且在织造过程中普遍存在耐磨性能差、织造与织机摩擦、剐蹭容易起毛刺的性能缺陷。

线密度低于500d的长(单)丝产品，特别是线密度在200d以下长(单)丝产品，是织造精密过滤网(布)不可或缺的材料。目前，我国工业领域在聚四氟乙烯细旦长(单)丝纤维材料使用主要有两种途径取得，一是直接向美国戈尔(gore)公司进口，这个公司产品提供的都是膜分切技术生产的“膜切丝”，由于他们在细旦长丝制造技术方面处于技术垄断地位，因而产品价格昂贵，每千克价格高达数百美金；另一种途径，是使用环保代价较大的“乳液载体喷丝法”生产的褐色细旦束丝，而这种纤维除了有硫酸废水污染环境的代价之外，效率较低，因而产品价格也十分昂贵，因环境污染问题严重，已经被政府严格控制生产。

随着国内聚四氟乙烯纤维材料制造和应用技术的发展，业内不少企业均力图突破细旦长丝的制造瓶颈，但制造工艺均圄于专利zl200610026648.1和专利zl201410342289.5的制造技术。前者，是一种膜切单丝的制造技术，由于在制造过程中，需要对膜和分切后的单丝进行高倍牵伸，如果达到细旦长丝(500d以下)，聚四氟乙烯特有的长链分子将会有较高的取向度，纤维内部结构中的原纤化程度则会较高，单丝在与织机的摩擦剐蹭中就容易起毛，造成织造困难，并影响产品质量；而由本专利发明人之一参与的发明专利zl201410342289.5所涉及的单丝制造技术，也主要涉及制造450～500d单丝，产品用于织造水刺基布或者低过滤精度的液体过滤布(网)，如果延伸使用该专利技术，将多合股后的长丝进行再烧结牵伸至细旦单丝，也会因为牵伸倍数过大，致使纤维的原纤化程度加大，同样存在织造中摩擦起毛，影响织造质量的情况。

因受到细旦聚四氟乙烯长(单)丝制造技术的制约，使用中被动依赖材料进口的案例中，盐化工工业中氯碱电解槽离子交换膜的使用是一个鲜明的例证。氯碱生产中的电解离子交换膜的生产，需要线密度80～200d，条干均匀的聚四氟乙烯单丝织成的网格布，以作为膜的内层支撑骨架，而这种具有一定精密性要求的单丝以及交换膜成的生产技术一直控制在美国戈尔(gorg)、杜邦(dupont)等西方少数大公司手中，我国几乎全部依赖进口，不仅价格昂贵，同时也受到各种应用技术的限制。本发明力图在细旦单丝制造技术方面有所突破，并主要针对氯碱工业的电解离子交换膜用聚四氟乙烯单丝，进行专向的技术研发，并在我国具有完备制造技术的“糊料挤出法”工艺基础之上，通过优选原料、辅料，改进工艺参数，延伸加工环节等努力，成功开发出80-200d的聚四氟乙烯细旦单丝产品。使用该技术生产的单丝织造氯碱离子交换过滤膜夹层的网格骨架，能够满足氯碱工业生产需要，各项性能指标达到了进口单丝生产的技术水平。从而使国产氯碱生产“离子交换膜法”实现了完全国产化，氯碱化工企业不但降低了生产成本，也避免了进口成品膜所受到的种种技术限制，给产品生产技术提供了创新空间，填补了我国的一项工业制造空白。

技术实现要素：

本发明旨在提供一氯碱电解槽离子交换膜用细旦聚四氟乙烯单丝，具体是指通过糊料挤出工艺生产的一种条干匀整、无静电、不起毛，用于制造液体过滤布的，线密度在80-200d的聚四氟乙烯单丝，本发明是以传统的“糊料挤出法”工艺为基础的技术改进。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氯碱离子交换膜用聚四氟乙烯单丝，用于织造氯碱电解槽离子交换膜用支撑网，线密度在80～200d(100～220dtex)之间的聚四氟乙烯单丝，它使用一种特定相对密度的聚四氟乙烯分散树脂作为原料，使用低闪点工业用白油作为助挤剂，它通过低温脱脂、连续两级缓拉牵伸、加捻、微牵伸、定型和上油工序，使单丝具有：圆形截面、表面呈螺纹状，硬挺、条干均匀，耐磨、剐蹭不起毛，无静电、织造不缠绕等特点。

作为本发明的一种优选技术方案，所述使用特定相对密度的聚四氟乙烯分散树脂，是指优选相对密度在2.17～2.19之间，分子量200～400万之间的聚四氟乙烯分散树脂。

作为本发明的一种优选技术方案，所述使用低闪点的工业白油作为助挤剂，是指优选的闪点在80-160℃的轻质工业白油作为助挤油剂。

作为本发明的一种优选技术方案，所述采用低温脱脂(助挤剂)、两级牵伸，加捻、微牵伸、定型等工艺，是指采用低温脱脂、烧结、初牵伸、复牵伸，制得单丝后，再将收丝成筒的单丝，进行加捻；其后，将加捻后的单丝再次经过加热、微牵伸定型，然后将单丝加油、绕线制成成品。

作为本发明的一种优选技术方案，所述圆形截面，是指“糊料挤出工艺”生产的单丝，单丝通过锥形腔体，出丝孔挤出生丝后制得截面是圆形的特点。

作为本发明的一种优选技术方案，所述聚四氟乙烯单丝具有一定的表面呈螺纹状、硬挺，条干均匀、耐磨性增强指通过低温脱脂、多级加热牵伸、加捻、微牵伸、定型等工艺后，达到单丝条干匀整、纤维模量增大的效果。

作为本发明的一种优选技术方案，所述单丝静电小，织造不纠缠，耐磨性增强是指通过加油达到去除静电、增加耐磨性的效果。

上述一种氯碱离子交换膜用聚四氟乙烯单丝，其制备工艺为：包括如下步骤：

步骤1)：使用相对密度为2.18的分散树脂，按照100:10～20比例与轻质白油进行均匀混合，并储放8～24小时；

步骤2)：用上述混合料，喂入液压挤出装置挤出φ0.5～06mm生丝，其中包含油线密度约9000d；

步骤3)：将步骤2挤出的φ0.5～0.6mm生丝喂入缠绕式热辊除油装置，热蒸发除油，即脱脂，辊面温度200～240℃，热辊φ40cm，生丝绕轴过热长度15～20m，出丝线速度0.5～1m/s；

步骤4)：连续地，将脱脂后的生丝进入密闭腔式烧结装置，烧结温度330～360℃，喂入速度0.5～1m/s,出腔速度0.5～1.5m/s，速比为1:1～1.5；

步骤5)：连续地，将经过烧结的丝条进入初级加热牵伸装置，加热温度330～380℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：3～5，牵伸倍数3～5倍；

步骤6)：连续地，将初级牵伸得到的丝条进入复牵伸装置，加热温度340～390℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：3～8，将出丝使用收丝装置收丝成筒；

步骤7)：将丝线装入单丝加捻机进行加捻，捻度380～520捻。

步骤8)：将加捻过的单丝喂入微牵定型装置，温度330～360℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：1.1～2，将出丝使用收丝装置收丝成筒；

步骤9)：将微牵定型的单丝通过过油装置裹覆加油后绕线成轴，便制得成品100±5d的聚四氟乙烯单丝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的细旦聚四氟乙烯单丝，除作为氯碱电解槽离子交换膜的支撑材料外，还可以织造成布或网应用在高浓度硫酸、盐酸等腐蚀性液体化工产品的精细过滤领域，应用空间是广泛和具有重要经济价值的。

2、本发明在传统的聚四氟乙烯单丝制造技术的基础之上进行技术改进，生产的产品有性能提高和应用领域的拓展，具有产品精细化的技术进步意义，同时，产品在我国化工领域的应用，也具有打破垄断，降低成本的重要的经济价值。

3、原料和助剂的优选，分子量较高且离散值较小的树脂原料，保证了熔融状态下的树脂能够均匀地被牵伸延长；而助剂的低闪点，是助剂在较低温度下得到清除，不使树脂提前产生熔融，并因而造成分子链晶相的提前热固。

4、工艺中采用两级牵伸工艺，旨在降低牵伸倍数，这种缓拉有助于聚四氟乙烯长链分子的渐次延伸，不至于因快速骤牵而造成条干不匀或断裂。

5、中道工序中的加捻，旨在通过捻回的绞合，增加单丝强力的同时，将单丝内部在拉伸后呈线性排列的原纤进行捻斜绞合，也是减少织造过程与机件摩擦、剐蹭起毛的关键点。

6、后道工序中的微牵定型，可以起到：保持单丝表面呈现螺纹、增加单丝耐磨性、同时进一步匀整条干，热固化华单丝形态，提高单丝模量，实现一定单丝硬挺度，使单丝更加符合织造设计要求的重要作用。

7、末道工序中的加油，起到进一步通过油剂克服静电、保护单丝条干，增加单丝耐磨性的作用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种氯碱离子交换膜用聚四氟乙烯单丝，用于织造氯碱电解槽离子交换膜用支撑网，线密度在80～200d(100～220dtex)之间的聚四氟乙烯单丝，其特征在于：它使用一种特定相对密度的聚四氟乙烯分散树脂作为原料，使用低闪点工业用白油作为助挤剂，它通过低温脱脂、连续两级缓拉牵伸、加捻、微牵伸、定型和上油工序，使单丝具有：圆形截面、表面呈螺纹状，硬挺、条干均匀，耐磨、剐蹭不起毛，无静电、织造不缠绕等特点。

使用特定相对密度的聚四氟乙烯分散树脂，是指优选相对密度在2.17～2.19之间，分子量200～400万之间的聚四氟乙烯分散树脂。

使用低闪点的工业白油作为助挤剂，是指优选的闪点在80-160℃的轻质工业白油作为助挤油剂。

采用低温脱脂(助挤剂)、两级牵伸，加捻、微牵伸、定型等工艺，是指采用低温脱脂、烧结、初牵伸、复牵伸，制得单丝后，再将收丝成筒的单丝，进行加捻；其后，将加捻后的单丝再次经过加热、微牵伸定型，然后将单丝加油、绕线制成成品。

圆形截面，是指“糊料挤出工艺”生产的单丝，单丝通过锥形腔体，出丝孔挤出生丝后制得截面是圆形的特点。

聚四氟乙烯单丝具有一定的表面呈螺纹状、硬挺，条干均匀、耐磨性增强指通过低温脱脂、多级加热牵伸、加捻、微牵伸、定型等工艺后，达到单丝条干匀整、纤维模量增大的效果。

单丝静电小，织造不纠缠，耐磨性增强是指通过加油达到去除静电、增加耐磨性的效果。

该氯碱离子交换膜用聚四氟乙烯单丝，其制备工艺为：包括如下步骤：

步骤1)：使用相对密度为2.18的分散树脂，按照100:10～20比例与轻质白油进行均匀混合，并储放8～24小时；

步骤2)：用上述混合料，喂入液压挤出装置挤出φ0.5～06mm生丝，其中包含油线密度约9000d；

步骤3)：将步骤2挤出的φ0.5～0.6mm生丝喂入缠绕式热辊除油装置，热蒸发除油，即脱脂，辊面温度200～240℃，热辊φ40cm，生丝绕轴过热长度15～20m，出丝线速度0.5～1m/s；

步骤4)：连续地，将脱脂后的生丝进入密闭腔式烧结装置，烧结温度330～360℃，喂入速度0.5～1m/s,出腔速度0.5～1.5m/s，速比为1:1～1.5；

步骤5)：连续地，将经过烧结的丝条进入初级加热牵伸装置，加热温度330～380℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：3～5，牵伸倍数3～5倍；

步骤6)：连续地，将初级牵伸得到的丝条进入复牵伸装置，加热温度340～390℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：3～8，将出丝使用收丝装置收丝成筒；

步骤7)：将丝线装入单丝加捻机进行加捻，捻度380～520捻。

步骤8)：将加捻过的单丝喂入微牵定型装置，温度330～360℃，受热运行行程2-5m，进出线速度速比为1：1.1～2，将出丝使用收丝装置收丝成筒；

步骤9)：将微牵定型的单丝通过过油装置裹覆加油后绕线成轴，便制得成品100±5d的聚四氟乙烯单丝。

通过以上步骤制得的100d四氟乙烯单丝，线表面有螺纹，条干均匀，线密度偏差±5％，断裂强度4.5cn/den，单丝材料可用于织造用于氯碱生产用电解槽的离子交换膜的内层支撑网。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。