一种导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法。


背景技术：

2.ptfe(聚四氟乙烯)基布过滤材料凭借优异的耐化学强腐蚀、耐高低温、耐老化、强度高等优点，广泛应用于工业废气、粉尘烟尘排放处理。膜裂纺丝法可制造高纯的ptfe纤维和单丝，是在聚烯烃纤维的生产上广泛应用的一种制备方法。通常的膜裂纺丝工艺为：把ptfe薄膜切成产品所需的窄条，然后加热窄条、并拉伸至指定比例，最后卷绕，根据需要加捻。
3.在废气、粉尘、烟尘处理过程中，很容易产生大量静电，而ptfe属于非极性材料，导电性极差，静电的不断积累存在发生火灾或爆炸事故的风险。因此，急需改良ptfe过滤材料导电性差的问题，采用导电性能良好的材料填充ptfe是现有技术中的一个重要方向，比如炭黑和金属粉末。而炭黑相比金属粉末同时具有化学稳定性高、成本低等优点，成为改良ptfe导电性能的优选材料之一，如：专利号为cn105504611a公开了一种炭黑填充聚四氟乙烯微孔膜及其制备方法，所用的原料为聚四氟乙烯分散液，专利号为cn114026169a公开了一种聚四氟乙烯组合物的制造方法、聚四氟乙烯组合物、成型品、导电管、导电膜及ccl用基板，也采用了炭黑原料填充聚四氟乙烯。然而，上述专利所制备的炭黑添加的ptfe材料均为复合膜材料，而在膜裂纺丝工艺制造ptfe纱线的过程中，炭黑填充的ptfe粉料在压延成膜过程中存在可加工性差、成膜颜色不均及破损严重等问题，无法用于膜裂纺丝工艺。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，包括步骤：将分散剂、硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合，获得经过改性处理的炭黑粉末；将炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得混合粉末；将混合粉末放置熟化后，经成膜、膜裂处理成纱线。本方案采用分散剂与硅烷偶联剂改性处理获得改性的超细炭黑粉，克服了通常的炭黑填充ptfe粉料制备复合材料导电纱在压延成膜过程中可加工性差、成膜颜色不均及破损严重的问题。
5.优选地，分散剂包括阴离子分散剂，分散剂的质量为炭黑原料粉末的2％～8％。
6.优选地，硅烷偶联剂的质量为炭黑原料粉末的1％～10％。
7.优选地，硅烷偶联剂包括n-(β-氨基乙基)氨基-γ-氨基丙基三乙氧基。
8.优选地，炭黑粉末和聚四氟乙烯粉末的质量比为5～35:65～95；
9.优选地，分散剂、硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合后，在球磨机中研磨0.5～3h，研磨的同时在100～600rpm的转速下旋转混合，研磨后在80～200℃下烘干。
10.优选地，混合为多步混合处理，具体包括步骤：初级混合，将炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得初级混合料；次级混合，在初级混合料中加入助挤剂，继续混合，
获得混合粉末。
11.优选地，初级混合在10～30rpm转速下旋转混合，混合时间为5～20min；次级混合在20～40rpm转速下旋转混合，混合时间为30～60min，所加入的助挤剂包括航空煤油，助挤剂的质量为初级混合料的15％～35％。
12.优选地，成膜处理包括步骤：将熟化的混合粉末在5～7mpa下压成棒坯；将棒坯在温度范围50～65℃和压力范围5～7mpa下挤出成丝条；将丝条压延成膜。
13.优选地，膜裂处理包括步骤：将膜分切成条带；在温度范围280～380℃下将条带热拉伸20～50倍后收卷成长丝；将长丝进行加捻，捻度范围为200～500捻，热定型后获得纱线。
14.本发明提供了一种导电-炭黑-聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，可制成炭黑-聚四氟乙烯复合材料，在维持现有纱线断裂强度的基础上，增加了ptfe过滤材料导电性。本发明制备的炭黑-聚四氟乙烯纱线具有导电性能好、化学稳定性好、耐高温、耐老化等优点，适用于制备抗静电的ptfe基布过滤材料。
附图说明
15.附图帮助进一步理解本技术。为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
16.图1为本发明一具体实施例中聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法的示意图；
17.图2为本发明另一具体实施例中不同炭黑添加量条件下分散剂、硅烷偶联剂的优选添加量关系示意图；
18.图3为本发明另一具体实施例中聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备工艺流程示意图；
19.图4为本发明另一具体实施例中改性的炭黑粉制备的压延后的薄膜和未改性的炭黑粉制备的压延后的薄膜对比图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
21.图1为本发明一具体实施例中聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法的示意图，具体包括步骤：
22.s1，将分散剂、硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合，获得经过改性处理的炭黑粉末。
23.本实施例所用的聚四氟乙烯为分散树脂粉料，如四川中昊晨光、山东东岳、日本大金等厂家所生产的聚四氟乙烯分散树脂粉料均可实现本发明的方案。
24.具体实施例中，分散剂选用阴离子型分散剂，有利于炭黑粉分散，防止团聚，以更好地和聚四氟乙烯树脂粉料均匀混合；分散剂的质量为炭黑原料粉末的2％～8％。
25.具体实施例中，硅烷偶联剂的质量为炭黑原料粉末的1％～10％。
26.优选实施例中，硅烷偶联剂选用n-(β-氨基乙基)氨基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂。如下表1所示，在相同添加量下，多种性能相近的偶联剂中，n-(β-氨基乙基)氨基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂能够与体系中的ptfe、助挤剂等均匀混合，提高炭黑填料
和聚四氟乙烯树脂的相容性、共聚性。
27.表1不同偶联剂改性处理的粉末与ptfe、助挤剂混合后的效果对比
28.测试序号炭黑改性硅烷偶联剂与ptfe、助挤剂混合后效果1乙烯基三过氧化叔丁基硅烷团聚严重2丁二烯基三乙氧基硅烷团聚严重3乙烯基三甲氧基硅烷团聚严重4乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷团聚严重5n-(β-氨基乙基)氨基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷分散均匀性较好
29.优选实施例中，将超细炭黑粉、分散剂、硅烷偶联剂按质量比100％：(2％-8％):(1％-10％)混合均匀，放置球磨机中研磨0.5～3h，转速为100～600rpm，最后80～200℃下烘干。
30.s2，将炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得混合粉末；其中炭黑粉末和聚四氟乙烯粉末的质量比优选为5～35:65～95。
31.具体地，将重量份为5％～35％的改性的超细炭黑粉末和65％～95％的聚四氟乙烯分散树脂粉末置于混料机中混合，优选可以是多步混合处理，具体包括步骤：初级混合，初步混合均匀，混合时间5～20min，混合转速10～30rpm；次级混合，继续添加重量为混合粉末的15％～35％的助挤剂，再次充分混合30～90min，混合转速20～40rpm；助挤剂优选为航空煤油。
32.图2为另一优选实施例中不同炭黑添加量条件下分散剂、硅烷偶联剂的优选添加量关系示意图，从图2可见，在炭黑含量为5％～35％的范围内，当增加混合粉末中的炭黑含量时，分散剂、硅烷偶联剂的添加量也应在2％-8％、1％-10％范围内以接近线性的比例增加，从而能够使炭黑粉末与聚四氟乙烯分散树脂粉末更好地混合。
33.s3，将混合粉末放置熟化后，经成膜、膜裂处理成纱线。
34.具体地，将混合好的粉料放在烘箱熟化24～48h，熟化温度30～60℃。
35.优选实施例中，成膜处理包括步骤：将熟化好的粉料压成棒坯，压棒压力5～7mpa；将棒坯挤成丝条，挤出口模温度50～65℃，挤出压力5～7mpa；将丝条喂入压延机进行压延成薄膜，并经去油、收卷，压延膜厚0.10～0.50mm，除油温度100～200℃。
36.优选实施例中，膜裂处理包括步骤：将去油后的膜进行分切成条带，并热拉伸20～50倍至所需规格的长丝进行收卷，热拉伸温度范围为280～380℃；将收卷的长丝进一步加捻，加捻捻度为200～500捻，最后经热定型制得成品纱线，热定型温度为100～200℃，热定型时间为1～4h。
37.图3为另一具体实施例中聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备工艺流程示意图，该工艺流程具体包括步骤：
38.(1)将超细炭黑粉经分散剂和偶联剂改性处理；
39.(2)将改性后的超细炭黑粉和聚四氟乙烯分散树脂粉料第一次混合均匀；
40.(3)添加航空煤油再次充分混合；
41.(4)将混合料熟化放置；
42.(5)将熟化的混合料压成棒坯；
43.(6)将棒坯挤出成丝条；
44.(7)将丝条喂入压延机进行压延成薄膜，并经去油、收卷；
45.(8)将去油、收好的膜进行分切、热牵伸成长丝并收卷；
46.(9)将长丝进行加捻成纱；
47.(10)经热定型处理得到成品纱线。
48.另一具体实施例中，通过以下步骤制备聚四氟乙烯复合膜裂纱线：
49.(1)超细炭黑粉改性处理：将3kg超细炭黑粉、0.09kg阴离子型分散剂及0.12kg的n-(β-氨基乙基)氨基γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂混合均匀，放置球磨机中研磨1.0h，转速为400rpm，最后在150℃下烘干，获得改性的超细炭黑粉；
50.(2)将上述改性的超细炭黑粉1.5kg和10kg聚四氟乙烯分散树脂粉末置于混料机中，初步混合均匀，混合时间15min，混合转速20rpm；
51.(3)继续添加3.0kg航空煤油再次充分混合40min，混合转速30rpm；
52.(4)将混合好的粉料放在烘箱熟化30h，熟化温度40℃；
53.(5)将熟化好的粉料压成棒坯；压棒压力设置为5.5mpa；
54.(6)将棒坯挤成丝条，挤出口模温度设置为60℃，挤出压力6.0mpa；
55.(7)将丝条喂入压延机进行压延成薄膜，并经去油、收卷，压延膜厚0.18mm，除油温度120℃；
56.(8)将去油后的膜进行分切成6mm条带，并热拉伸30倍成长丝，随后进行收卷，热拉伸温度为320℃；
57.(9)将收卷的长丝进一步加捻，加捻捻度为400捻；
58.(10)热定型制得成品纱线，热定型温度为110℃，热定型时间为1.5h。
59.图4为应用本实施例的改性的炭黑粉制备的压延后的薄膜和未改性的炭黑粉制备的压延后的薄膜对比图，其中图4(a)为改性的炭黑粉填充，图4(b)为未改性的炭黑粉，从图中可见，改性后的炭黑填充ptfe，在压延工序制得的薄膜颜色均匀，证明原料各组分混合均匀，而未经改性的炭黑在压延工序制得的薄膜色差严重，证明其原料各组分混合不均。
60.分别取5组根据本实施例的方法所制备的炭黑-聚四氟乙烯复合膜裂纱线和纯聚四氟乙烯纱线样品，测试的性能数据对比如下表2：
61.表2炭黑-聚四氟乙烯复合膜裂纱线和纯聚四氟乙烯纱线样品
[0062][0063][0064]
由上表可见，本实施例所制备的炭黑-聚四氟乙烯复合膜裂纱线和纯聚四氟乙烯
纱线相比，断裂强度几乎没有损失，但赋予了复合材料新的导电特性。
[0065]
上述实施例制备的炭黑-聚四氟乙烯复合膜裂纱线，具有良好的导电性、持久抗静电性，尤其适用于制备抗静电专用基布的炭黑-聚四氟乙烯复合导电膜裂纤维，增大了ptfe过滤材料的使用范围。
[0066]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本技术的内容，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本技术的精神和范围内，没有做出创造性劳动的情况下，在形式上和细节上对本技术做出的各种变化，均为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，包括步骤：将分散剂、硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合，获得经过改性处理的炭黑粉末；将所述炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得混合粉末；将所述混合粉末放置熟化后，经成膜、膜裂处理成纱线。2.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括阴离子分散剂，分散剂的质量为炭黑原料粉末的2％～8％。3.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的质量为炭黑原料粉末的1％～10％。4.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括n-(β-氨基乙基)氨基-γ-氨基丙基三乙氧基。5.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述炭黑粉末和聚四氟乙烯粉末的质量比为5～35:65～95。6.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述分散剂、硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合后，在球磨机中研磨0.5～3h，研磨的同时在100～600rpm的转速下旋转混合，研磨后在80～200℃下烘干。7.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述混合为多步混合处理，具体包括步骤：初级混合，将炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得初级混合料；次级混合，在所述初级混合料中加入助挤剂，继续混合，获得混合粉末。8.根据权利要求7所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述初级混合在10～30rpm转速下旋转混合，混合时间为5～20min；所述次级混合在20～40rpm转速下旋转混合，混合时间为30～60min，所加入的助挤剂包括航空煤油，助挤剂的质量为所述初级混合料的15％～35％。9.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述成膜处理包括步骤：将熟化的混合粉末在5～7mpa下压成棒坯；将所述棒坯在温度范围50～65℃和压力范围5～7mpa下挤出成丝条；将所述丝条压延成膜。10.根据权利要求1所述的导电聚四氟乙烯复合膜裂纱线的制备方法，其特征在于，所述膜裂处理包括步骤：将膜分切成条带；在温度范围280～380℃下将所述条带热拉伸20～50倍后收卷成长丝；将所述长丝加捻，捻度范围为200～500捻，热定型后获得纱线。

技术总结
本发明提供一种导电聚四氟乙烯(PTFE)复合膜裂纱线的制备方法，包括步骤：将分散剂和硅烷偶联剂与炭黑原料粉末混合，获得经过改性处理的炭黑粉末；将炭黑粉末和聚四氟乙烯分散树脂粉末混合，获得混合粉末；将混合粉末放置熟化后，经成膜、膜裂处理成纱线。本方案采用分散剂与硅烷偶联剂改性处理获得改性的超细炭黑粉，克服了通常的炭黑填充PTFE粉料制备复合材料导电纱在压延成膜过程中可加工性差、成膜颜色不均及破损严重的问题。本发明制备的炭黑-聚四氟乙烯纱线具有导电性能好、化学稳定性好、耐高温、耐老化等优点，适用于制备抗静电的PTFE基布过滤材料。的PTFE基布过滤材料。的PTFE基布过滤材料。


技术研发人员：王朝阳 高锦天
受保护的技术使用者：厦门柏润氟材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/25