專利名稱：聚四氟乙烯纖維的凝膠制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚四氟乙烯纖維的制備方法，具體的，本發(fā)明涉及應用凝膠紡絲液進行干法紡絲制備聚四氟乙烯纖維的新方法。
背景技術：
聚四氟乙烯纖維，我國俗稱為“氟綸”或“特氟綸”，其耐熱、耐化學腐蝕等性能優(yōu)良，強力高，被廣泛用于多個工業(yè)領域。聚四氟乙烯纖維單獨或其與玻璃纖維混合后可加工成電廠、冶金廠、水泥廠等經(jīng)常使用的除塵用耐高溫過濾氈。其中聚四氟乙烯纖維與玻璃纖維混合后制成的過濾氈可提供比相同重量的純氟綸針刺氈更大效率的過濾表面；同時，過濾過程中，摩擦起電發(fā)生在玻璃與氟綸纖維之間，因而可大大提高對亞微米范圍內(nèi)粉塵粒子的分離效率，在分離領域被大量使用。
聚四氟乙烯在高溫時粘度大，不流動，也不溶于各種溶劑，不能采用傳統(tǒng)的熔融紡絲和濕法紡絲的方法加工。目前，世界上最為常用且較為成熟的聚四氟乙烯纖維的制備方法有乳液紡絲、潤滑劑擠出紡絲(或稱為糊料擠壓法)和裂膜紡絲等(繆京媛，葉牧，氟塑料加工與應用，北京化學工業(yè)出版社，1987，94；羅益鋒，含氟纖維的制備、特性和應用，高科技纖維與應用，1999，24(5)，21-24；魏征，特氟綸纖維的生產(chǎn)、性能與應用，陜西紡織，2002，(53)，43-45)。
乳液紡絲通常是以粘膠或聚乙烯醇為載體，與聚四氟乙烯粉末或聚四氟乙烯分散乳液進行充分混和，用計量泵將混和液經(jīng)過過濾器后打入紡絲頭進行濕法紡絲，紡絲頭放置在硫酸鈉等凝固浴中，經(jīng)過紡絲頭的混和液在凝固浴中凝聚成纖維，然后使纖維經(jīng)過淋洗輥軟水淋洗，再分別上油輥和干燥輥，經(jīng)過高溫燒結后去除聚乙烯醇，最后經(jīng)拉伸制成聚四氟乙烯纖維。乳液紡絲方法由于采用硫酸鈉等的凝固浴，纖維干燥后在纖維表面粘結大量的硫酸鈉，需要多次冼滌以去除硫酸鈉，因此工藝繁瑣、加工成本高。
潤滑劑擠出紡絲是將聚四氟乙烯粉末與某種易揮發(fā)物質(zhì)調(diào)成糊狀物，然后從噴絲頭擠壓紡絲，使易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)，然后在高溫下高度拉伸，得到非均相的白色帶條紗。有的則是在擠出裝置中擠出薄膜或細條，經(jīng)壓軋工序，去除助劑。未經(jīng)分子取向和凝結整理的聚四氟乙烯薄膜，再經(jīng)后道縱向切割加工，還須進行拉伸、蓬松加工。但該方法由于采用膨體的聚四氟乙烯粉末，原料成本昂貴，并且需要專門的擠出和紡絲設備。
裂膜紡絲的起始原料為聚四氟乙烯薄膜或致密的燒結圓柱體，切成細帶絲后在熔點(327℃)以上燒結，再經(jīng)拉伸和熱處理制成聚四氟乙烯纖維。該方法主要是采用牽切成細條后再燒結拉伸等工藝，而目前現(xiàn)有的牽切設備尚不能將材料切到非常細的水平，因此造成最終的纖維較粗，不利于使用。
為了克服現(xiàn)有技術各種方法所存在的缺陷，本發(fā)明人經(jīng)過潛心研究，利用聚乙烯醇在堿性條件下能與硼酸或硼酸鹽形成凝膠的特性，開發(fā)出一種用凝膠液紡絲制備聚四氟乙烯纖維的方法，是一種區(qū)別于現(xiàn)有技術方法的全新技術，該方法工藝簡單易行，加工成本低，且無污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的聚四氟乙烯纖維的制備方法，該方法是將聚四氟乙烯凝膠液通過干法紡絲而實現(xiàn)。本發(fā)明的方法包括將聚四氟乙烯濃縮分散乳液與聚乙烯醇混和，在堿性條件下加入硼酸或硼酸鹽，使其形成凝膠制備得到凝膠紡絲液，然后經(jīng)過干法紡絲、燒結、拉伸等工序制成聚四氟乙烯纖維。
具體的，本發(fā)明用凝膠法制備聚四氟乙烯纖維的方法包括以下步驟a、制備紡絲液將聚四氟乙烯濃縮分散乳液和聚乙烯醇混和，加入凝膠調(diào)整劑硼酸或硼酸鹽，用堿調(diào)整pH值至堿性，持續(xù)攪拌，直至體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液。
b、紡絲采用常規(guī)的干法紡絲設備，用氣體加壓或螺桿將所述紡絲液輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲，然后干燥，制各得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維采用常規(guī)燒結和拉伸設備，將所述混和纖維燒結以去除聚乙烯醇，最后經(jīng)拉伸工序拉伸，制備得到聚四氟乙烯纖維。
在上述步驟a中，所述聚四氟乙烯濃縮分散乳液是在分散乳液中聚合制備得到聚四氟乙烯分散乳液，或?qū)⑺姆蚁┚酆虾蠓稚⒃诜稚⒁褐?，濃縮該分散液至一定的重量百分比濃度，并以非離子型表面活性劑穩(wěn)定的水分散液。其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度大約為50％-70％，優(yōu)選為55-65％，最優(yōu)選為60％，聚四氟乙烯粒徑為0.05-0.2um，乳液的運動粘度為6-15mm2/s(25℃)，酸堿性pH≥8，密度為1.50-1.55g/cm3(20℃)。所述聚四氟乙烯濃縮分散乳液可自行制備，也可以采用市售產(chǎn)品，如上海錦郁氟化工科技發(fā)展有限公司的FR301G、FR301B、FR303A，中昊晨光化工研究院的SFN-1、SFN-3、SFN-A、SFN-5A中的一種或上述產(chǎn)品的混合物。
在上述步驟a中，所述聚乙烯醇的聚合度為1700-2400，聚乙烯醇的醇解度88％-99％。所述聚乙烯醇可自行制備，也可以使用市售產(chǎn)品，例如山西維尼綸廠的1788(聚合度1700，醇解度88％)、2088(聚合度2000，醇解度88％)、2488(聚合度2400，醇解度88％)或1799(聚合度1700，醇解度99％)，以及上海金樹樹脂粉末有限公司的1788(聚合度1700，醇解度88％)或2488(聚合度2400，醇解度88％)，它們可單獨使用，或使用其中兩種以上的混合物；所述的聚乙烯醇可直接使用固體粉末，或?qū)⑵渲苽涑芍亓堪俜直葷舛葹?0％-30％的聚乙烯醇水溶液使用。
在上述步驟a中，所述的凝膠調(diào)整劑為硼酸鹽或硼酸，其中硼酸鹽可以是原硼酸鹽、偏硼酸鹽或多硼酸鹽，其可以是鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鋅鹽或者其混合物，優(yōu)選硼砂；所述硼酸可以是原硼酸、偏硼酸或多硼酸，且優(yōu)選原硼酸。
在上述步驟a中，所述用于調(diào)整pH的堿為堿金屬或堿土金屬的氧化物或氫氧化物，優(yōu)選氫氧化物，例如氧化鈉、氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化鎂等之中的一種或兩種以上的混合物?？梢怨腆w形式使用，也可以濃度為50-200克/升的水溶液使用。通過使用所述堿將pH調(diào)整為8-12，優(yōu)選調(diào)整到pH值為10-11。
在上述步驟a中，所述各組份的重量比為聚乙烯醇干重1份，聚四氟乙烯干重3-20份，硼砂或硼酸0.001-0.01份；優(yōu)選聚乙烯醇干重1份，聚四氟乙烯干重5-15份，硼砂或硼酸0.002-0.006份。
對攪拌紡絲液以形成凝膠的攪拌時間沒有特別的限制，關鍵是使體系粘度驟然增加，形成凝膠，攪拌時間一般為5-30分鐘左右。
優(yōu)選的，制備紡絲液時還可選擇性地加入消泡劑，所使用的消泡劑為常規(guī)消泡劑，例如辛醇、磷酸三丁酯或硅系消泡劑，其中優(yōu)選硅系消泡劑，最優(yōu)選聚二甲基硅氧烷；并且，辛醇、磷酸三丁酯的使用量為紡絲液總重量的0.01％-0.05％，優(yōu)選0.02％-0.03％；硅系消泡劑的使用量為紡絲液總重量的0.001％-0.01％，優(yōu)選0.005％-0.008％。
在上述步驟b中，干法紡絲后的干燥溫度為101-130℃，優(yōu)選110-120℃，干燥時間為2-10分鐘，優(yōu)選3-5分鐘；在上述步驟c中，所述燒結溫度為250-390℃，優(yōu)選280-360℃；燒結時間10秒-2分鐘，優(yōu)選燒結時間10秒-1分鐘。經(jīng)燒結可去除絕大部分聚乙烯醇，使燒結后聚乙烯醇的重量百分含量在8％以下，例如為2％-8％，優(yōu)選為2％-4％。所述的拉伸溫度為280-390℃，優(yōu)選280-320℃；拉伸倍數(shù)為2-20倍，優(yōu)選5-15倍；采用上述方法制備的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維強度為1.9-2.2克/旦，比重2.0-2.3克/立方厘米，纖維直徑15-25微米，完全可以滿足各種需求。
優(yōu)選的，本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維凝膠制備方法包括以下步驟a、制備紡絲液以各組分干重計，將3-20份聚四氟乙烯和1份聚乙烯醇，優(yōu)選將5-15份聚四氟乙烯(干重)和1份聚乙烯醇(干重)混和，加入消泡劑混勻，隨后加入0.001-0.01份，優(yōu)選0.002-0.006份硼酸或硼酸鹽，優(yōu)選硼砂或硼酸，并用堿，優(yōu)選氫氧化鉀或氫氧化鈉調(diào)整pH值至8-13，優(yōu)選10-11，持續(xù)攪拌直至體系粘度突然增加，形成凝膠，得到紡絲液；其中所述的聚四氟乙烯是聚四氟乙烯的濃縮分散乳液；其中所使用的消泡劑為常規(guī)消泡劑，優(yōu)選辛醇、磷酸三丁酯或硅系消泡劑，當使用辛醇、磷酸三丁酯作為消泡劑時，其使用量為紡絲液總重量的0.01％-0.05％，優(yōu)選0.02％-0.03％；當使用硅系消泡劑時，其使用量為紡絲液總重量的0.001％-0.01％，優(yōu)選0.005％-0.008％；b、紡絲采用常規(guī)干法紡絲設備，使用氣體加壓或/和螺桿輸送法，將所述紡絲液輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在空氣中熱風干燥，干燥溫度101-130℃，干燥時間2-10分鐘，優(yōu)選110-120℃，時間優(yōu)選3-5分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維采用常規(guī)的燒結設備，在溫度為250-390℃下燒結10秒-2分鐘，以去除聚乙烯醇，優(yōu)選280-360℃下燒結10秒-1分鐘，然后采用常規(guī)的拉伸設備，在280-390℃下，拉伸2-20倍，優(yōu)選280-320℃，拉伸5-15倍，制備得到聚四氟乙烯纖維。
本發(fā)明與已有技術相比，本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維凝膠制備方法具有工序簡便、節(jié)約成本、無污染等優(yōu)點，特別是(1)本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維凝膠制備方法開創(chuàng)性地使用凝膠紡絲液，并應用干法紡絲方法制備聚四氟乙烯纖維，所述的新方法不僅可以提高纖維質(zhì)量，而且可以省去濕法紡絲方法中繁瑣的水洗工序，這不僅節(jié)約了水資源，并且還可以避免因含有硫酸鈉的廢水排放而帶來的環(huán)境污染；(2)本發(fā)明的聚四氟乙烯纖維凝膠制備方法可以采用傳統(tǒng)的干法紡絲設備，并且涉及到的原材料易得、價廉，其單價遠低于潤滑劑擠出紡絲和裂膜紡絲中的膨體聚四氟乙烯粉末，因此可大大地降低生產(chǎn)成本。
具體實施例方式
實施例一聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(FR301G，購自上海錦郁氟化工科技發(fā)展有限公司，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)18公斤，與聚乙烯醇固體粉末(1788，購自山西維尼綸廠)1公斤混和，加入磷酸三丁酯消泡劑0.0057公斤(相當于的紡絲液總重量的0.03％)，加入硼砂0.002公斤，使用50克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為11，持續(xù)攪拌，大約5分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在101℃的空氣中熱風干燥2分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為250℃下燒結2分鐘，去除聚乙烯醇，最后在280℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為2.3％，纖維強度為2.2克/旦，比重2.3克/立方厘米，纖維直徑25微米。
實施例二聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(2488，購自上海金樹樹脂粉末有限公司)1公斤加入9公斤水中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(FR303A，購自上海錦郁氟化工科技發(fā)展有限公司，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)30公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為10％的水溶液10公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)混和，加入硼砂0.005公斤，采用200克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為10，持續(xù)攪拌，大約12分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用螺桿方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在130℃的空氣中熱風烘干5分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為380℃下燒結10秒鐘，去除聚乙烯醇，最后在390℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為20倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為2.3％，纖維強度為1.9克/旦，比重2.0克/立方厘米，纖維直徑15微米。
實施例三聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(1799，購自山西維尼綸廠)1公斤加入到5.67公斤水中，加熱到95-98℃，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為15％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(SFN-5A，購自中昊晨光化工研究院，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％) 20公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為15％的水溶液6.67公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)混和，加入硼砂0.01公斤，采用100克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為8，持續(xù)攪拌，大約28分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓并螺桿輸送的方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在120℃的空氣中熱風烘干6分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為300℃下燒結1分鐘，去除聚乙烯醇，最后在300℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為12倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為4.2％，纖維強度為2.1克/旦，比重2.1克/立方厘米，纖維直徑20微米。
實施例四聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(2088，購自山西維尼綸廠)1公斤加入到2.33公斤水中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為30％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(SFN-1，購自中昊晨光化工研究院，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)14公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為30％的水溶液3.33公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)混和，加入辛醇消泡劑0.00347公斤(相當于的紡絲液總重量的0.02％)，加入硼砂0.01公斤，采用200克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為12，持續(xù)攪拌，大約8分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓并螺桿輸送的方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在130℃的空氣中熱風烘干8分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維采用常規(guī)的燒結和拉伸設備，將所述的混和纖維在溫度為340℃下燒結1分鐘，去除聚乙烯醇，最后在320℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為8倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為6.3％，纖維強度為1.9克/旦，比重2.1克/立方厘米，纖維直徑22微米。
實施例五聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(FR301B，購自上海錦郁氟化工科技發(fā)展有限公司，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)9公斤和聚四氟乙烯濃縮分散乳液(SFN-A，購自中昊晨光化工研究院，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)9公斤混和，與聚乙烯醇固體粉末(1788，購自山西維尼綸廠)0.5公斤和聚乙烯醇固體粉末0.5公斤(2088，購自山西維尼綸廠)、聚二甲基硅氧烷消泡劑0.0019公斤(相當于的紡絲液總重量的0.01％)，加入硼砂0.002公斤，使用120克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為11，持續(xù)攪拌，大約5分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在120℃的空氣中熱風干燥5分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為290℃下燒結50秒，去除聚乙烯醇，最后在280℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為2.7％，纖維強度為2.2克/旦，比重2.3克/立方厘米，纖維直徑22微米。
實施例六聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(2488，購自上海金樹樹脂粉末有限公司)1公斤加入9公斤水中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為10％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(FR303A，購自上海錦郁氟化工科技發(fā)展有限公司，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)30公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為10％的水溶液10公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)、磷酸三丁酯消泡劑0.02公斤(相當于整個紡絲液重量的0.05％)混和，加入硼砂0.005公斤，采用200克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為10，持續(xù)攪拌，大約12分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用螺桿方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在130℃的空氣中熱風烘干5分鐘，得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；
c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為380℃下燒結10秒鐘，去除聚乙烯醇，最后在390℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為20倍，得到聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為2.3％，纖維強度為1.9克/旦，比重2.0克/立方厘米，纖維直徑15微米。
實施例七聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(1799，購自山西維尼綸廠)1公斤加入到5.67公斤水中，加熱到95-98℃，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為15％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(SFN-5A，購自中昊晨光化工研究院，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)20公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為15％的水溶液6.67公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)、聚二甲基硅氧烷消泡劑0.00133公斤(相當于整個紡絲液重量的0.005％)混和，加入硼砂0.01公斤，采用100克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為8，持續(xù)攪拌，大約28分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓并螺桿輸送的方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在120℃的空氣中熱風烘干6分鐘，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維將所述的混和纖維在溫度為300℃下燒結1分鐘，去除聚乙烯醇，最后在300℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為12倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為4.2％，纖維強度為2.1克/旦，比重2.1克/立方厘米，纖維直徑20微米。
實施例八聚四氟乙烯纖維的制備a、制備紡絲液將聚乙烯醇固體粉末(2088，購自山西維尼綸廠)1公斤加入到2.33公斤水中，持續(xù)攪拌直至聚乙烯醇完全溶解，配制成重量百分比濃度為30％的聚乙烯醇水溶液；將聚四氟乙烯濃縮分散乳液(SFN-1，購自中昊晨光化工研究院的SFN-5A，其中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為60％)14公斤，與所述的聚乙烯醇重量百分比為30％的水溶液3.33公斤(相當于聚乙烯醇干重1公斤)、聚二甲基硅氧烷消泡劑0.001733公斤(相當于整個紡絲液重量的0.01％)混和，加入硼砂0.01公斤，采用200克/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為12，持續(xù)攪拌，大約8分鐘后體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲將所述紡絲液采用氣體加壓并螺桿輸送的方式輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲。然后在130℃的空氣中熱風烘干8分鐘，制備聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維采用常規(guī)的燒結和拉伸設備，將所述的混和纖維在溫度為340℃下燒結1分鐘，去除聚乙烯醇，最后在320℃下拉伸，拉伸倍數(shù)為8倍，制備聚四氟乙烯纖維。
通過上述方法得到的聚四氟乙烯纖維為茶褐色，纖維中聚乙烯醇含量為6.3％，纖維強度為1.9克/旦，比重2.1克/立方厘米，纖維直徑22微米。
現(xiàn)在已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的實施方案，對本領域技術人員來說很明顯可以做很多改進和變化而不會背離本發(fā)明的基本精神。所有這些變化和改進都認為是本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其特征由上述說明書確定。
權利要求
1.一種聚四氟乙烯纖維的制備方法，該方法包括以下步驟a、制備紡絲液將聚四氟乙烯濃縮分散乳液、聚乙烯醇混和，加入凝膠調(diào)整劑硼酸或硼酸鹽，用堿調(diào)整pH值至堿性，持續(xù)攪拌，直至體系粘度驟然增加，形成凝膠，得到紡絲液；b、紡絲采用常規(guī)的干法紡絲設備，用氣體加壓或螺桿將所述紡絲液輸送至紡絲頭，計量泵計量，進行干法紡絲，然后干燥，制備得到聚四氟乙烯和聚乙烯醇的混和纖維；c、制備聚四氟乙烯纖維采用常規(guī)燒結和拉伸設備，將所述混和纖維燒結以去除聚乙烯醇，最后經(jīng)拉伸工序拉伸后，制備得到聚四氟乙烯纖維。
2.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述步驟a中所用的聚四氟乙烯濃縮分散乳液中聚四氟乙烯的重量百分比濃度為50％-70％。
3.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述步驟a中所用的聚乙烯醇的聚合度為1700-2400，聚乙烯醇的醇解度88％-99％。
4.根據(jù)權利要求3所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述的聚乙烯醇可直接使用固體粉末，或?qū)⑵渲瞥芍亓堪俜直葷舛葹?0％-30％的聚乙烯醇水溶液使用。
5.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于步驟a中所用的凝膠調(diào)整劑為硼酸鹽或硼酸，其中所述的硼酸鹽為原硼酸鹽、偏硼酸鹽或多硼酸鹽，并且為鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鋅鹽或其混合物；所述硼酸為原硼酸、偏硼酸或多硼酸。
6.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于步驟a中所用的堿為堿金屬或堿土金屬的氧化物或氫氧化物，調(diào)整pH為8-12，所使用的堿優(yōu)選是氫氧化鈉或氫氧化鉀，優(yōu)選調(diào)整pH為10-11。
7.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于步驟a中，所述各組份的重量比為聚乙烯醇干重1份，聚四氟乙烯干重3-20份，硼砂或硼酸0.001-0.01份，且優(yōu)選聚乙烯醇干重1份，聚四氟乙烯干重5-15份，硼砂或硼酸0.002-0.006份。
8.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于步驟a中，還可選擇性地加入消泡劑，所述消泡劑選自辛醇、磷酸三丁酯或硅系消泡劑，并且辛醇、磷酸三丁酯的使用量為紡絲液總重量的0.01％-0.05％，硅系消泡劑的使用量為紡絲液總重量的0.001％-0.01％，且優(yōu)選辛醇、磷酸三丁酯的使用量為紡絲液總重量的0.02％-0.03％，硅系消泡劑的使用量為紡絲液總重量的0.005％-0.008％。
9.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述步驟b中，干法紡絲后的干燥步驟的溫度為101-130℃，干燥時間為2-10分鐘，且優(yōu)選干燥溫度為110-120℃，干燥時間為3-5分鐘。
10.根據(jù)權利要求1所述聚四氟乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述步驟c中，所述燒結溫度為250-390℃，燒結時間10秒-2分鐘，優(yōu)選燒結溫度為280-360℃，燒結時間10秒-1分鐘；拉伸溫度為280-390℃，拉伸倍數(shù)為2-20倍；優(yōu)選拉伸溫度為280-320℃，拉伸倍數(shù)為5-15倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯纖維的制備方法，該方法是將聚四氟乙烯濃縮分散乳液與聚乙烯醇混和，利用在堿性條件下聚乙烯醇能和硼酸鹽或硼砂形成凝膠的特性制備凝膠紡絲液，并采用干法紡絲得到聚四氟乙烯與聚乙烯醇的混和纖維，然后將所得到的混合纖維經(jīng)過燒結、拉伸等工序制成聚四氟乙烯纖維。采用上述方法制備的聚四氟乙烯纖維質(zhì)量好，可廣泛用于過濾材料。本發(fā)明與已有技術相比，具有工藝簡單易行、加工成本低、無污染等優(yōu)點。
文檔編號D01D1/00GK1970857SQ20061014503
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權日2006年11月29日
發(fā)明者郭玉海, 來侃, 孫潤軍, 薛剛, 張昭環(huán), 馮新星, 張華鵬, 陳建勇 申請人:浙江理工大學, 西安工程大學, 上海靈氟隆膜技術有限公司