一种高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术主要涉及规整填料领域，具体为一种基于金属内芯的高强度聚四氟乙烯丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，旨在解决常规聚四氟乙烯波纹规整填料整体交换效率低、力学强度低，无法形成丝网结构并实现产品化与工业应用的问题。本发明专利技术通过聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的金属丝网网丝结构设计、网孔构型设计、波纹形状设计、金属芯材材质优选、制备工艺优选等系统性解决方法，获得高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料。该聚四氟乙烯丝网波纹规整填料具有强度高、表面积大、高效率、低压降、耐化学腐蚀、耐高温等特点，解决强腐蚀环境下高效、高通量、低阻力降精馏填料整体力学强度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料及其制备方法与应用
本专利技术主要涉及规整填料领域，具体为一种基于高强度聚四氟乙烯丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，用于萃取、分馏、精馏、混合等多种化工操作过程，可广泛应用于炼油、石油化工、轻化工、空气分离、三氯氢硅提纯、煤化工、食品、制药、冶金等工业领域，特别适合于难分离物系的分离过程，适应高效率、低能耗的需求，尤其适应于各种强腐蚀物系的分离过程。
技术介绍
以金属丝网为代表的规整填料具有低压降、高传质效率的特点，为气-液、液-液传质过程提供了高效、大通量的塔设备，极大地促进了精馏技术的进步。金属丝网规整填料所用材质主要涉及两大类型，即：以不锈钢为代表的普通合金和以钛合金、锆合金、蒙乃尔、哈氏合金为代表的特种合金。前者，价格便宜，应用量大，但耐蚀性差，难以用于腐蚀性物料的分离；后者，耐温、耐蚀性明显优于前者，但价格昂贵，对某些高温、高浓介质的耐腐蚀性也亟待提高。在此背景下，开发适合于腐蚀环境下使用的高效、高通量、低压降的规整填料成为了化工材料领域的一项重要工作。聚四氟乙烯(F4，PTFE)俗称“塑料之王”，具有一系列优良的使用性能：耐高温—长期使用温度200～260度，耐低温—在-100度时仍柔软；耐腐蚀—能耐强酸强碱和一切有机溶剂；耐气候—塑料中最佳的老化寿命；高润滑—具有塑料中最小的摩擦系数(0.04)；不粘性—具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害—具有生理惰性；鉴于聚四氟乙烯的优异耐蚀性能，作为规整填料受到了人们的普遍重视，并在应用中取得了很好的抗腐蚀效果。但它相比于金属丝网规整填料，其分离效率低、压降大、操作弹性小、不耐高温、易变形等问题十分突出，现有聚四氟乙烯规整填料的强度低、交换效率低、受热变形、高温性能差，无法制造丝网规整填料，导致其无法满足规整填料在精馏塔内装填所需的力学强度要求、交换效率、高温性能和稳定性，聚四氟乙烯自身强度低，是造成这一问题的主要原因，直接导致聚四氟乙烯规整填料力学性能的低下；通常的加工方法只是将带孔的聚四氟乙烯波纹板简单的捆扎或者用螺杆穿在一起，更将放大前述两个因素造成的问题，尤其高温后波纹板会膨胀变直，甚至失去气液交换功能。
技术实现思路
为了解决现有聚四氟乙烯波纹规整填料在产品化与实用化过程中面临的整体力学强度低、交换效率低、高温变形失效等问题，本专利技术旨在提供一种基于高强度聚四氟乙烯丝网材料的波纹规整填料及其制备方法与应用，通过聚四氟乙烯丝网波纹规整填料内部金属芯材提供力学支撑，从而提高丝网填料整体力学性能，不仅保留了聚四氟乙烯耐强酸强碱腐蚀、抗老化的优点，同时保留了丝网填料分离效率高、压降小、操作弹性大、耐高温、不易变形得优点。通过网丝结构设计、丝网网孔构型设计、波纹形状设计、材质优选、制备工艺优选，进而组装成填料塔用实体波纹丝网规整填料，以适应腐蚀性物料在低阻力降下的高效、高通量精馏分离。本专利技术的技术方案如下：一种高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，该聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的基本组成为波纹状聚四氟乙烯丝网材料，丝网材料自身带有金属芯材，芯材为单股金属丝或多股金属丝组成，芯材外包覆聚四氟乙烯材质，丝网网丝形成孔型结构可调的丝网孔；一层或多层带有金属芯材的波纹状聚四氟乙烯丝网材料叠加为聚四氟乙烯丝网波纹板，竖直排列叠加的聚四氟乙烯丝网波纹板，各波纹板的波峰或波谷所处平面相互平行；波纹波峰线或波谷线方向与竖直方向有一15°～85°之间的倾斜角，相邻波纹板的倾斜角相同，方向相反；网丝金属芯材材质、丝网网丝结构、丝网孔孔型结构是相同的或不同的。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，聚四氟乙烯丝网波纹板所含的网丝自身为带有金属芯材外包裹聚四氟乙烯的实心结构，聚四氟乙烯丝网波纹板所含的丝网孔孔型结构为圆形、椭圆形、常规多边形、变体多边形、分级多边形、手性或反手性结构中的一种或两种以上，聚四氟乙烯波纹板的波纹形状为以下形状中的一种或两种以上：三角形、顶点圆滑三角形、方波波形、顶点圆滑方波波形、梯形波波形、顶点圆滑梯形波波形、正弦波波形。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，聚四氟乙烯丝网波纹板的丝网孔孔径为2～60目，丝网孔面积占比为50％～95％。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，聚四氟乙烯丝网内芯材质含有铝基合金、不锈钢、铁基、镍基、铜基金属中的一种或两种以上。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，聚四氟乙烯丝网波纹板的波纹形状为三角形、顶点圆滑三角形、正弦波波形、圆滑波浪形中的一种或两种以上，波纹尺寸、结构可调，波峰高H在2～50mm之间，波纹角α在30～150°之间；其中，若波纹形状为正弦波波形或圆滑波浪形，波纹角α则以相邻波峰顶点连接线夹角计算。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，丝网波纹板的制备：步骤101，选用单层或者多层焊接在一起的金属材质丝网作为模板材料；步骤102，采用气体喷涂、无气喷涂或者浆料浸渍工艺将聚四氟乙烯浆料均匀涂覆在金属材质丝网上，然后放在加热炉里加热固化成型，获得涂覆聚四氟乙烯浆料的金属材质波纹板；波纹形状根据实际情况由金属丝网形状决定；步骤103，再涂覆：将步骤步骤102，得到涂覆聚四氟乙烯浆料的金属材质波纹板继续采用气体喷涂、无气喷涂或浆料浸渍工艺反复涂覆浆料，相邻两次喷涂或浸渍之间经热风烘干，根据不同孔径及强度要求设计设定调节浆料的循环涂覆次数，得聚四氟乙烯丝网波纹板前驱体；步骤二，片以上聚四氟乙烯丝网波纹板叠加组合，制备填料盘单元模块：步骤201，采用与步骤一中相同的聚四氟乙烯浆料作为粘接剂，将聚四氟乙烯丝网波纹板前驱体的部分或者全部波纹波峰线涂上聚四氟乙烯浆料，平行叠加组合起来，再用同种聚四氟乙烯浆料粘结成为填料盘单元模块的生坯；步骤202，对填料盘单元模块的生坯进行预处理，获得填料盘单元模块的加热前驱体；步骤203，将填料盘单元模块的加热前驱体加工成型为需要的填料盘模块形状与尺寸，再经高温加热成为聚四氟乙烯丝网波纹规整填料制品。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的制备方法，步骤101中，作为模板材料的金属机材质丝网，其材质为不锈钢、铝合金、钛合金、蒙乃尔、哈氏合金中的一种或两种以上；该金属材质丝网的网孔孔型为圆形、椭圆形、常规多边形、变体多边形、分级多边形、手性或反手性结构中的一种或两种以上，优选圆形、三角形、四边形、六边形中的一种或两种以上。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的制备方法，步骤203中，加热过程根据不同的聚四氟乙烯厚度采用不同的加热方法。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的应用，该聚四氟乙烯丝网波纹规整填料应用于萃取、分馏、精馏或混合的化工操作过程，适用于石油化工、精细化工、空气分离、三氯氢硅提纯、煤化工、食品、制药或冶金工业。所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的应用，该聚四氟乙烯丝网波纹规整填料应用于各种强腐蚀物系的分离过程，根据材质不同用于含有硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，该高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的基本组成为波纹状聚四氟乙烯丝网材料，聚四氟乙烯丝网材料自身含有单股金属丝或多股金属丝组成金属芯材，金属芯材外包覆聚四氟乙烯材质；一层或两层以上波纹状聚四氟乙烯丝网材料叠加为聚四氟乙烯丝网波纹板，竖直排列叠加的聚四氟乙烯丝网波纹板，各聚四氟乙烯丝网波纹板的波峰或波谷所处平面相互平行；波纹波峰线或波谷线方向与竖直方向有一15°～85°之间的倾斜角，相邻聚四氟乙烯丝网波纹板的倾斜角相同，方向相反；金属芯材材质、网丝结构、丝网孔孔型结构是相同的或不同的。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，该高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的基本组成为波纹状聚四氟乙烯丝网材料，聚四氟乙烯丝网材料自身含有单股金属丝或多股金属丝组成金属芯材，金属芯材外包覆聚四氟乙烯材质；一层或两层以上波纹状聚四氟乙烯丝网材料叠加为聚四氟乙烯丝网波纹板，竖直排列叠加的聚四氟乙烯丝网波纹板，各聚四氟乙烯丝网波纹板的波峰或波谷所处平面相互平行；波纹波峰线或波谷线方向与竖直方向有一15°～85°之间的倾斜角，相邻聚四氟乙烯丝网波纹板的倾斜角相同，方向相反；金属芯材材质、网丝结构、丝网孔孔型结构是相同的或不同的。


2.根据权利要求1所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，聚四氟乙烯丝网波纹板所含的网丝自身带有金属材质的内芯，金属内芯外层包覆高强度聚四氟乙烯，聚四氟乙烯丝网波纹板所含的丝网孔孔型结构为圆形、椭圆形、常规多边形、变体多边形、分级多边形、手性或反手性结构中的一种或两种以上，聚四氟乙烯波纹板的波纹形状为以下形状中的一种或多种：三角形、顶点圆滑三角形、方波波形、顶点圆滑方波波形、梯形波波形、顶点圆滑梯形波波形、正弦波波形。


3.根据权利要求2所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，聚四氟乙烯丝网波纹板的丝网孔孔径为2～60目，丝网孔面积占比为50％～95％。


4.根据权利要求2所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，聚四氟乙烯网丝波纹板的丝网内部含有铝基合金、不锈钢、铁基、镍基、铜基金属中的一种或多种金属芯材。


5.根据权利要求2所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，聚四氟乙烯网丝波纹板的丝网内部含有的金属芯材为单股或多股金属丝。


6.根据权利要求1所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料，其特征在于，聚四氟乙烯丝网波纹板的波纹形状为三角形、顶点圆滑三角形、正弦波波形、圆滑波浪形中的一种或多种，波纹尺寸、结构可调，波峰高H在2～50mm之间，波纹角α在30～150°之间；其中，若波纹形状为正弦波波形或圆滑波浪形，波纹角α则以相邻波峰顶点连接线夹角计算。


7.一种根据权利要求1～6之一所述的高强度聚四氟乙烯丝网波纹规整填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，丝网波纹板的制备：
步骤101，选用单层金属材质丝网波纹板或者多层金属材质丝网波纹板经过焊接成型，形成成品金属丝网规整填料作为骨架芯材材料；
步骤102，采用气体喷涂、无气喷涂或者浆料浸渍工艺将聚四氟乙烯浆料均匀涂覆在金属材质丝网上，然后放在130℃～180℃的加热器中加热固化成型，获得涂覆聚四氟乙烯浆料的金属材质内芯的丝网波纹规整填料；
步骤103，再涂覆：将步骤1.2得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈肯，陈凌云，陈骑冲，
申请(专利权)人：标陶科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31