一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法及设备。本发明专利技术制备方法具有如下步骤：（1）配置纺丝浆液；（2）纺丝；（3）凝固成形；（4）水洗；（5）上油；（6）干燥；（7）烧结；（8）牵伸；（9）冷却；（10）卷绕成条。设备包括依次设置的混料反应釜、静置反应釜、纺丝台、凝固槽、淋洗槽、油槽、干燥箱、烧结箱、压持箱、牵伸箱、收卷机等，本发明专利技术的纤维丝在纺丝过程中不易断丝、凝固及烧结工序只需要数秒的时间，真正意义上实现了高效的工业连续化生产，所生产出来的聚四氟乙烯纤维丝外观棕色色泽均匀、光滑无毛刺、本发明专利技术设备增加了急速冷却装置，进一步保证了纤维具有较高强度。

A preparation method and equipment of PTFE brown fiber

【技术实现步骤摘要】
一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法及设备
本专利技术涉及一种聚四氟乙烯纤维的纺丝方法和设备，特别涉及一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法及设备。
技术介绍
聚四氟乙烯纤维(polytetrafluoroethylenefibre)，[-CF2-CF2-]n，中国称氟纶。由聚四氟乙烯为原料，经纺丝或制成薄膜后切割或原纤化而制得的一种合成纤维聚四氟乙烯纤维强度17.7～18.5cN/dtex，延伸率25％～50％。在其分子结构中，氟原子体积较氢原子大，氟碳键的结合力也强，起了保护整个碳-碳主链的作用，使聚四氟乙烯纤维化学稳定性极好，耐腐蚀性优于其他合成纤维品种；纤维表面有蜡感，摩擦系数小；实际使用温度120～180℃；还具有较好的耐气候性和抗挠曲性，但染色性与导热性差，耐磨性也不好，热膨胀系数大，易产生静电。聚四氟乙烯纤维主要用作高温粉尘滤袋、耐强腐蚀性的过滤气体或液体的滤材、泵和阀的填料、密封带、自润滑轴承、制碱用全氟离子交换膜的增强材料以及火箭发射台的苫布等。乳液纺丝法是聚四氟乙烯纤维常见的生产方法之一，也是工业上采用的主要方法。是将平均分子量300万左右、粒径0.05～0.5m的聚四氟乙烯乳液(浓度60％)与粘胶丝或聚乙烯醇等成纤性载体混合后，制成纺丝液，纺丝后将载体在高温下碳化除掉，聚合物被烧结而连续形成纤维。中国专利CN200610145032.6名称为聚四氟乙烯纤维的制备方法，公开了一种采用聚四氟乙烯浓缩分散液、聚乙烯醇、过硫酸盐纺丝，在烧结过程中采用硫酸盐氧化聚乙烯醇，快速去除聚乙烯醇的制备聚四氟乙烯纤维的方法，该方法纺丝时，凝固时间为1-5分钟，凝固时间较长，要实现不停止喷丝、工艺连续化生产，则凝固槽的长度或宽度过长、过宽不符合生产实际；如果采用普通凝固槽则需要停止喷丝，不能连续化生产，且该方法工艺复杂，工艺不易控制。中国专利CN201310208405.X名称为一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，公开了采用聚四氟乙烯、纤维素氨基甲酸酯、NaOH等制备聚四氟乙烯纤维，本方法制备载体是需要达到-5℃～-10℃的温度环境，工艺条件苛刻，且该专利凝固时间为1～3分钟，烧结时间为5-10分，凝固剂烧结时间均较长，不利于工业上连续化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是：解决现有技术中聚四氟乙烯纤维生产工艺设计不合理，凝固和烧结时间长、生产过程中易断丝、烧结不完全等问题。根据本专利技术的工艺，设计出一套适合本专利技术工艺的生产聚四氟乙烯纤维的设备。实现本专利技术目的的技术方案是：一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，具有如下步骤：(1)配置纺丝浆液；(2)纺丝；(3)凝固成形；(4)水洗；(5)上油；(6)干燥；(7)烧结；(8)牵伸；(9)冷却；(10)卷绕成条；首先配置粘胶，粘胶由质量百分比为5-10％的ɑ-纤维素、5-10％的NaOH和80-90％的黄原酸钠组成。再将含量为60％的聚四氟乙烯分散液与粘胶混合均匀得到纺丝浆液，其中聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1-3.5:1。将纺丝浆液放入静置反应釜中静置，保持纺丝浆液的温度在10～20℃之间，存储时间不超过24小时。现有市面上符合客户要求的聚四氟乙烯棕色纤维的产品并不多，有一个重要原因就是，在工艺过程中所纺出的丝容易断裂，经专利技术人研究发现当聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1-3.5:1时，纤维丝不易断裂，纤维延伸性能合适，不会在制成毡后回缩，且单纤维外观上光滑无毛刺。然后将纺丝浆液输送到计量泵中，经喷丝板纺丝成形，其中计量泵的转速为3-8转/分，纺丝速度为6-8米/分，浆液压力为1-2kg/cm2；本专利技术喷丝板的数量设计是经过专利技术人不断研究和摸索的，专利技术人发现，当喷丝孔直径在0.05mm～0.10mm、每平方毫米喷丝板表面积上，设置有0.354个～0.637个喷丝孔，喷出丝后结合本专利技术后续工艺，表现出较佳的性能，例如维持不断丝时间长，烧结度高等。其中，当喷丝孔直径为0.08mm时，每平方毫米喷丝板表面积上，设置0.354个～0.637个喷丝孔，例如，直径为60mm的喷丝板上，开设1800孔喷丝孔所喷出的丝后续表现出来的性能最佳。接着将步骤(2)所纺出的纤维丝通过含有浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的凝固浴凝固，凝固时间：4-5秒，凝固浴温度20-40℃；本专利技术的凝固时间非常短，得益于凝固浴的配方，凝固浴中浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的质量百分比为：1-6％、5-15％、0.5-4.5％，其余为水。凝固的过程是酸碱中和生成纤维的过程，其中硫酸钠的作用是控制生成纤维的速度，保证不能生成纤维的速度过快；其中硫酸锌的作用是增强纤维从凝固浴出来时的纤维合适的强度，保证后续工艺。然后，将对纤维丝进行热水喷淋水洗，水洗时间30秒左右，水洗温度80-90℃，水洗速度-10米/分。步骤(5)是将纤维丝经过装有油剂的油槽，在纤维丝表面包裹一层油剂，油剂包括如下质量比的组分：白油5-15份；羊毛脂0.1-1份；单甘脂0.3-3份；硅油0.1-2份；软水0.5-5份。经过上油工序后，每根纤维丝被油剂包裹，减少丝之间的摩擦，隔绝、杜绝纤维丝之间的粘连，如果粘连的话，上千根纤维丝粘连在一起，后续烧结等工艺无法顺利进行。同时，油剂增加了纤维的柔韧性，也帮助导热，促进后续的结晶。接着让纤维丝进入干燥箱干燥，干燥箱内有多个加热辊，辊表面温度100-120℃，干燥时间30-60秒。干燥过程中，大多数油剂已经挥发。进一步，步骤(7)烧结，经干燥的纤维丝进入烧结箱中，烧结箱有多个表面温度为380-420℃烧结辊，烧结时间为4-8秒；进一步，步骤(8)牵伸，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱中牵伸，牵伸速度为3.5-8米/分，牵伸倍数为6-9倍，温度为340-360℃，；进一步，步骤(9)是将纤维丝快速通过注有6-8℃冷却水的冷却辊表面冷却，冷却时间为2-3秒，纤维丝的温度从200℃左右降到室温。此步为一个急速冷却的过程，急速冷却可以提高纤维的结晶度，同时提高纤维的强度，保证本专利技术纤维丝的质量。进一步，经冷却的纤维丝被卷绕成条。进一步本专利技术还可以有(11)梳理；(12)卷曲；(13)剪切；(14)开松的工艺步骤。经过11～14的步骤就制备出符合下游制毡要求的短纤。根据本专利技术制备聚四氟乙烯棕色纤维的方法，专利技术人设计出一套适合本工艺的生产聚四氟乙烯纤维的设备，包括依次设置的混料反应釜、静置反应釜、纺丝台、凝固槽、淋洗槽、油槽、干燥箱、烧结箱、压持箱、牵伸箱、收卷机，本专利技术牵伸箱与收卷机之间还设置有冷却架，冷却架内固定安装有两个或多个冷却辊，冷却辊内注有冷却水。相比现有技术本专利技术设备增加了冷却架，纤维丝在冷却架内经过急速的冷却，增加了结晶度，提高了纤维强度。本专利技术制备聚四氟乙烯棕色纤维的设备，所述烧结箱内固定有多个烧结辊，例如3个、5个等，本专利技术采用柱状金属烧结辊而非现有技术中平面的金属板烧结装置。相同体积的箱体，采用滚筒，热接触面积更大，采用滚筒数量少且占地面积小，平面的烧结金属板面积大；同时烧结时温度高，热辐射大，需要密闭烧结，烧结工艺保温要求高，采用滚筒占地小，更加节能。此外，更少的滚筒，在初次牵引纤维进入烧结箱时更容易操作。本专利技术制备聚四氟乙烯棕色纤维的设备，所述牵伸箱内固定有牵伸金属板，其是表面具有弧度的拱形金属板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，其特征在于具有如下步骤：（1）配置纺丝浆液；（2）纺丝；（3）凝固成形；（4）水洗；（5）上油；（6）干燥；（7）烧结；（8）牵伸；（9）冷却；（10）卷绕成条；所述步骤（1）为将粘胶与聚四氟乙烯分散液混合后搅拌均匀，其中聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1‑3.5:1；所述步骤（2）是将步骤（1）的纺丝浆液经喷丝板喷出纤维丝；所述步骤（3）是将步骤（2）所纺出的纤维丝通过含有浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的凝固浴，凝固浴温度20‑40℃；所述步骤（5）是将纤维丝浸入装有油剂的油槽；所述步骤（6）干燥温度为100‑120℃；所述步骤（7）烧结温度为380‑420℃；所述步骤（8）牵伸温度为340‑360℃，牵伸倍数为6‑9倍；所述步骤（9）是将纤维丝通过注有6‑8℃冷却水的冷却辊表面冷却，冷却时间为2‑3秒，纤维丝的温度降到室温。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，其特征在于具有如下步骤：（1）配置纺丝浆液；（2）纺丝；（3）凝固成形；（4）水洗；（5）上油；（6）干燥；（7）烧结；（8）牵伸；（9）冷却；（10）卷绕成条；所述步骤（1）为将粘胶与聚四氟乙烯分散液混合后搅拌均匀，其中聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1-3.5:1；所述步骤（2）是将步骤（1）的纺丝浆液经喷丝板喷出纤维丝；所述步骤（3）是将步骤（2）所纺出的纤维丝通过含有浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的凝固浴，凝固浴温度20-40℃；所述步骤（5）是将纤维丝浸入装有油剂的油槽；所述步骤（6）干燥温度为100-120℃；所述步骤（7）烧结温度为380-420℃；所述步骤（8）牵伸温度为340-360℃，牵伸倍数为6-9倍；所述步骤（9）是将纤维丝通过注有6-8℃冷却水的冷却辊表面冷却，冷却时间为2-3秒，纤维丝的温度降到室温。2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，其特征在于：所述粘胶由质量百分比为5-10%的ɑ-纤维素、5-10%的NaOH和80-90%的黄原酸钠组成。3.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）凝固浴中浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的质量百分比为：1-6%、5-15%、0.5-4.5%，其余为水。4.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯棕色纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）的油剂包括如下质量份数的各组分：白油5-15份；羊毛脂0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：巢向东，
申请(专利权)人：常州蓦晟非织造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32