一种多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及聚四氟乙烯微孔板技术领域，特别涉及一种多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺。聚四氟乙烯板通过将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂混合均匀，预压制成型后挤出棒料，经双螺杆压制成膜后，加热挥除发去有机溶剂，经横纵向拉伸制得聚四氟乙烯微孔膜，再将此聚四氟乙烯微孔膜经层压复合工艺制成拉伸强度高的多功能聚四氟乙烯板。本发明专利技术制备成本低，制备过程简单，在具备良好的密封性、化学稳定性、热稳定性、电绝缘性的同时，还具备较好的抗蠕变性能、拉结强度及抗菌特性。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺
本专利技术涉及聚四氟乙烯微孔板
，特别涉及一种多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺。
技术介绍
聚四氟乙烯(PTFE)材料具有优异的化学稳定性、耐高低温、电绝缘、高润滑和不粘附等特性，是固体材料中摩擦系数最低者，也是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。聚四氟乙烯的分子式为(C2F4)n分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面,并且有机化合物中所含的氟原子越多，键能越大，而氟-碳链分子间作用力极低，而氟原子的电负性强，不易与其他物质形成分子链缠结，这种分子结构解释了聚四氟乙烯的抗污性、自洁性及不粘性。由聚四氟乙烯制成的PTFE微孔膜不仅具有优异的化学稳定性、热稳定性、电绝缘性,还具有出色的防水、防风、透湿、透气及电荷储存稳定等特性,在制造防护服、袋式除尘器等方面已经表现出优异的性能。PTFE微孔膜在建筑采光方面也有重要应用,国家体育场“鸟巢”、英国的千年穹顶等均使用了大量PTFE微孔膜，PTFE微孔膜还作为密封材料广泛应用于航空航天、机械、电子电气和石油化工等领域。然而由于PTFE具有对称分子链结构且带状晶体极易被片状剥离，导致其具有易磨损、线膨胀系数大、抗蠕变性能差、承载能力低等缺点，很大程度上限制了其应用。因此如何增加PTFE微孔膜的拉结强度，提高其刚性和抗蠕变性能成为目前急需解决的一个问题。CN110239172A，公开了一种新型聚四氟乙烯密封材料及其制备方法，新型聚四氟乙烯密封材料选用的原料为聚四氟乙烯树脂，将聚四氟乙烯分散树脂过筛，然后加入助溶剂混合、预处理，然后预压成型毛坯挤出，经两辊压延，通过除去助溶剂，经过立体三维拉伸、热定型制得膨体聚四氟乙烯微孔膜，再将此微孔膜经过多层复合层压工艺制成高弹性聚四氟乙烯膨体板。上述专利，能得到密封性良好材料，制备加工过程简单，制备原料易得，制备效率高，能弥补密封表面的不规则，密封性能可靠，尤其气体密封性能卓越，解决了生产过程中的“跑冒滴漏”现象。但是，上述专利制成的聚四氟乙烯密封材料的抗蠕变性差，承载能力低，拉结强度低，使用寿命短。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种制备成本低，制备过程简单，在具备良好的密封性、化学稳定性、热稳定性、电绝缘性的同时，还具备较好的抗蠕变性能、拉结强度及抗菌特性的多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种多功能膨体聚四氟乙烯板，所述聚四氟乙烯板通过将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂混合均匀，预压制成型后挤出棒料，经双螺杆压制成膜后，加热挥除发去有机溶剂，经横纵向拉伸制得聚四氟乙烯微孔膜，再将此聚四氟乙烯微孔膜经层压复合工艺制成拉伸强度高的多功能聚四氟乙烯板。进一步的，所述聚四氟乙烯改性物为将聚四氟乙烯中的至少一个氟原子替换为氢原子，所述聚四氟乙烯改性物优选为聚偏氟乙烯(PVDF)。进一步的，所述聚四氟乙烯和聚四氟乙烯改性物中氢原子和氟原子的摩尔比优选为1:3-5。进一步的，所述纤维材料为玻璃纤维或碳纤维中的一种或几种；所述有机溶剂为溶剂油，石油醚或航空煤油中的一种或几种。本专利技术还包括一种制备上述多功能膨体聚四氟乙烯板的层压复合制备工艺，包括以下制备步骤：(1)原料混合：将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂按比例机械混合均匀；(2)预压制成型：将混合后的原料加入柱状预成型模具中，合模后放入压机中，缓慢升压至设定压力，在此压力下保持数分钟后缓慢卸压，脱模成柱状毛坯料；(3)挤出棒料：将预压制成型的柱状毛坯料放入挤出模具中进行挤压，得到细棒状挤出物；(4)压延成膜：将细棒状挤出物经双螺杆压延成薄膜；(5)干燥：对所得薄膜进行高温预加热，以除去部分有机溶剂；(6)拉伸及热处理：对薄膜进行加热，并多次横向拉伸，及多次纵横向拉伸固定，高温预烧结后除去全部有机溶剂得到单层聚四氟乙烯微孔膜；(7)层压复合：将多层聚四氟乙烯微孔膜经层压复合和烧结成型后得到聚四氟乙烯板。进一步的，所述步骤(5)干燥后还设有表面等离子处理：将干燥后的薄膜进行表面等离子辐照，使薄膜表层聚四氟乙烯和聚四氟乙烯改性物中的部分氟原子替换成氢原子，所述表面等离子辐照时间为1-3h。进一步的，所述聚四氟乙烯改性物为将聚四氟乙烯中的至少一个氟原子替换为氢原子。进一步的，所述聚四氟乙烯改性物通过将聚四氟乙烯经表面等离子处理制备而成。进一步的，所述步骤(1)中，聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂的混合质量比优选为5:2:1:1:1；所述聚四氟乙烯和聚四氟乙烯改性物中氢原子和氟原子的摩尔比优选为1:3-5；所述步骤(2)中，压制压力和时间优选为4MPa，10min；所述步骤(6)中，得到单层聚四氟乙烯微孔膜厚度为0.05-0.5mm。进一步的，所述聚四氟乙烯改性物优选为聚偏氟乙烯(PVDF)；所述纤维材料为玻璃纤维或碳纤维中的一种或几种；所述有机溶剂为溶剂油，石油醚或航空煤油中的一种或几种。本专利技术多功能膨体聚四氟乙烯板及其层压复合制备工艺的有益效果是：因受聚四氟乙烯本身的性能影响，聚四氟乙烯板具有抗蠕变性能差、承载能力低等缺点，虽然加入玻璃纤维或碳纤维会增强聚四氟乙烯板的抗蠕变性能和承载能力，但是由于玻璃纤维或碳纤维的强度高，因此在聚四氟乙烯微孔膜横向纵向拉伸的制备过程中，当拉力较小时较难拉伸，拉力过大则容易将纤维拉断。并且在本专利技术
技术介绍
部分也有说明聚四氟乙烯因其自身分子结构的影响，具有不粘抗污的优点，然而正因为这种不粘性的存在使纤维与聚四氟乙烯之间的粘附性极差，在制备的过程中聚四氟乙烯无法对纤维形成包裹，在拉伸的过程中也就无法对纤维形成有效的保护作用，因此即使添加了纤维，也无法起到增加聚四氟乙烯板拉结强度的效果。因此，本专利技术在加入玻璃纤维或碳纤维的同时还加入了用于包裹保护纤维的聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯与聚四氟乙烯的不同之处在于，聚偏氟乙烯中的两个氟原子被取代为氢原子，相比较于氟原子，氢原子的体积小，分子空间排列占位小，电负性弱，易与其他物质形成分子链缠结，因此氟原子数量的减小，使聚偏氟乙烯的粘结强度提高，熔融后的聚偏氟乙烯将纤维及二氧化钛进行包裹，拉伸时对纤维产生缓冲作用，降低纤维的拉断率，增加聚四氟乙烯板的拉结强度。聚四氟乙烯板的制备过程中，纤维主要在拉伸的步骤中容易与聚四氟乙烯剥离甚至被拉断，因此，在拉伸步骤之前，对压延成膜的聚四氟乙烯膜的表面进行等离子处理，使其表面的氟离子更多的被氢离子取代，表面的粘附力增加，增加的粘附力可更好的缓冲拉伸过程产生的拉力，增加聚四氟乙烯板的拉伸强度，断裂伸长率及抗蠕变性。二氧化钛具有优异杀菌除臭性能，因此可赋予添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能膨体聚四氟乙烯板，其特征在于：所述聚四氟乙烯板通过将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂混合均匀，预压制成型后挤出棒料，经双螺杆压制成膜后，加热挥除发去有机溶剂，经横纵向拉伸制得聚四氟乙烯微孔膜，再将此聚四氟乙烯微孔膜经层压复合工艺制成拉伸强度高的多功能聚四氟乙烯板。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能膨体聚四氟乙烯板，其特征在于：所述聚四氟乙烯板通过将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂混合均匀，预压制成型后挤出棒料，经双螺杆压制成膜后，加热挥除发去有机溶剂，经横纵向拉伸制得聚四氟乙烯微孔膜，再将此聚四氟乙烯微孔膜经层压复合工艺制成拉伸强度高的多功能聚四氟乙烯板。


2.根据权利要求1所述的多功能膨体聚四氟乙烯板，其特征是：所述聚四氟乙烯改性物为将聚四氟乙烯中的至少一个氟原子替换为氢原子，所述聚四氟乙烯改性物优选为聚偏氟乙烯(PVDF)。


3.根据权利要求1所述的多功能膨体聚四氟乙烯板，其特征是：所述聚四氟乙烯和聚四氟乙烯改性物中氢原子和氟原子的摩尔比优选为1:3-5。


4.根据权利要求1所述的多功能膨体聚四氟乙烯板，其特征是：所述纤维材料为玻璃纤维或碳纤维中的一种或几种；所述有机溶剂为溶剂油，石油醚或航空煤油中的一种或几种。


5.一种制备权利要求1-4任一项所述的多功能膨体聚四氟乙烯板的层压复合制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)原料混合：将聚四氟乙烯、聚四氟乙烯改性物、纤维材料、二氧化钛和有机溶剂按比例机械混合均匀；
(2)预压制成型：将混合后的原料加入柱状预成型模具中，合模后放入压机中，缓慢升压至设定压力，在此压力下保持数分钟后缓慢卸压，脱模成柱状毛坯料；
(3)挤出棒料：将预压制成型的柱状毛坯料放入挤出模具中进行挤压，得到细棒状挤出物；
(4)压延成膜：将细棒状挤出物经双螺杆压延成薄膜；
(5)干燥：对所得薄膜进行高温预加热，以除去部分有机溶剂；
(6)拉伸及热处理：对薄膜进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁立鹏，杨东江，张晓东，陈学刚，徐丽娜，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37