本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維的制備方法及其靜電紡絲裝置，屬于纖維制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚四氟乙烯纖維(簡(jiǎn)稱PTFE)，中國(guó)稱氟綸。是由聚四氟乙烯(見(jiàn)氟樹(shù)脂)為原料制備的合成纖維，其強(qiáng)度17.7～18.5cN/dtex，延伸率25％～50％。在其分子結(jié)構(gòu)中，氟原子體積較氫原子大，氟碳鍵的結(jié)合力也強(qiáng)，起了保護(hù)整個(gè)碳-碳主鏈的作用，使聚四氟乙烯纖維化學(xué)穩(wěn)定性極好，耐腐蝕性優(yōu)于其他合成纖維品種；纖維表面有蠟感，摩擦系數(shù)小；實(shí)際使用溫度120～180℃；還具有較好的耐氣候性和抗撓曲性，主要用作高溫粉塵濾袋、耐強(qiáng)腐蝕性的過(guò)濾氣體或液體的濾材、泵和閥的填料、密封帶、自潤(rùn)滑軸承、制堿用全氟離子交換膜的增強(qiáng)材料以及火箭發(fā)射臺(tái)的苫布等。

目前，聚四氟乙烯纖維的制備方法主要有切膜絲法(又稱裂膜法)和溶/熔體紡絲法，在切膜絲法中，美國(guó)專利US6133165說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專利US7108912號(hào)說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)通過(guò)下述步驟能夠形成PTFE纖維：(1)將在PTFE的細(xì)粉末中加入成形助劑而形成的PTFE糊劑擠出成形，得到片狀的成形體，(2)從形成的成形體中除去成形助劑后，將該成形體拉伸得到多孔PTFE膜，(3)將得到的多孔膜機(jī)械加工為短條狀或帶狀，(4)將加工后的多孔膜進(jìn)一步進(jìn)行拉伸。之所以暫時(shí)擠出成形為片狀或薄膜狀，是因?yàn)樯鲜龊齽┑恼扯雀?，因此難以直接成形為纖維狀。但是，該方法中，雖然也取決于機(jī)械加工的方法，但是難以制造具有均勻纖維直徑的纖維，或者難以制造長(zhǎng)纖維(filament；長(zhǎng)絲)。另外，難以從作為原料的細(xì)粉末連續(xù)地制造纖維，不能稱為生產(chǎn)率優(yōu)良的制造方法。

作為切膜絲法替代方法的溶/熔體紡絲法，一般的方法是熔融紡絲法和濕式紡絲法。但是，PTFE的熔融粘度在380℃下極高，為約1010～約1011Pa·s(約1010～約1011P)，因此不能通過(guò)熔融紡絲法制造PTFE纖維。另外，PTFE除了特殊的溶劑以外幾乎不溶于溶劑，因此，也難以采用將溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲械玫降腜TFE溶液擠出到貧溶劑浴中使其凝固的單純濕式紡絲法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維的制備方法及其靜電紡絲裝置。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一方面，一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維的制造方法，其包括如下步驟：

將聚四氟乙烯分散水溶液添加一定比例的助劑、助劑可以是水、異丙醇、乙醚、石蠟油、N-甲基吡咯烷酮等，超聲分散均勻，得到紡絲液；

為提升聚四氟乙烯超細(xì)纖維強(qiáng)度，也可適當(dāng)加入如石墨烯、納米級(jí)二氧化鈦、納米級(jí)二氧化硅等。

將所述紡絲液進(jìn)行脫泡后，進(jìn)行預(yù)熱處理、紡絲液溫度在50～95℃之間，在3.0～5.0ml/h的紡絲速度、20～25kV的紡絲電壓以及離子風(fēng)存在的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到直徑為500～800nm的聚四氟乙烯超細(xì)纖維；

其中，所述靜電紡絲過(guò)程中，控制注射器的針頭的移動(dòng)速度為1～3cm/min，針頭距離接收裝置的距離為40～50cm，紡絲濕度為20～30％，溶液溫度控制在50～95℃。

作為優(yōu)選方案，所述聚四氟乙烯在紡絲液中的質(zhì)量濃度為50～60g/L，所述助劑在紡絲液中的質(zhì)量濃度為10～20g/L。

作為優(yōu)選方案，所述脫泡的方法為真空脫泡。

作為優(yōu)選方案，所述針頭的移動(dòng)距離為15～30cm。

作為優(yōu)選方案，所述靜電紡絲的溫度為25～35℃。

作為優(yōu)選方案，所述離子風(fēng)的電性與紡絲液的電性相反。

另一方面，一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維制造用靜電紡絲裝置，其特征在于，包括離子風(fēng)供給裝置及穿設(shè)入離子風(fēng)供給裝置內(nèi)的帶有針頭的注射器，所述離子風(fēng)供給裝置包括：殼體、離子發(fā)射源和若干風(fēng)機(jī)，所述殼體包括外殼和內(nèi)殼，所述外殼和內(nèi)殼之間具有間隙，若干所述風(fēng)機(jī)沿周向均勻分布于所述間隙內(nèi)，所述內(nèi)殼的表面均勻分布有若干通孔，且內(nèi)殼的底部?jī)?nèi)側(cè)具有環(huán)形的托板，所述離子發(fā)射源設(shè)置于托板內(nèi)。

所述通孔的孔徑為1～5mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、通過(guò)在聚四氟乙烯中摻雜石墨烯，在不增加太多重量的情況下提高了聚四氟乙烯超細(xì)纖維的強(qiáng)度；

2、利用N-甲基吡咯烷酮溶解聚四氟乙烯，由于N-甲基吡咯烷酮可降解性，免去了聚四氟乙烯超細(xì)纖維的后處理步驟；

3、通過(guò)微弱離子風(fēng)在針頭的針孔處周圍產(chǎn)生離子，這部分離子會(huì)中和射流表面的部分電荷，從而增強(qiáng)射流的穩(wěn)定性和鞭動(dòng)的可控性，不僅可實(shí)現(xiàn)避免射流不穩(wěn)定鞭動(dòng)，還可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離纖維絲的有序輸出。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明中靜電紡絲裝置的局部示意圖；

圖2為本發(fā)明中離子風(fēng)供給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖中：1、注射器；2、針頭；31、外殼；32、內(nèi)殼；33、風(fēng)機(jī)；34、托板；35、離子發(fā)射源；36、固定筋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供的一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維的制造方法，包括如下步驟：

將聚四氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮和水的混合液中，加入石墨烯，超聲分散均勻，得到聚四氟乙烯質(zhì)量濃度為60g/L、石墨烯質(zhì)量濃度為10g/L的紡絲液；

將所述紡絲液進(jìn)行真空脫泡后，預(yù)熱至50～95℃，按照?qǐng)D1～3組裝靜電紡絲裝置(由于其余部分均為靜電紡絲中的常規(guī)技術(shù)，故圖中未示)，將帶有針頭2的注射器1穿設(shè)入離子風(fēng)供給裝置3內(nèi)，其中，離子風(fēng)供給裝置3包括：殼體、離子發(fā)射源35和六個(gè)風(fēng)機(jī)33，殼體包括外殼31和內(nèi)殼32，外殼31和內(nèi)殼32之間具有間隙，并由固定筋36相連接，六個(gè)風(fēng)機(jī)33沿周向均勻分布于間隙內(nèi)，內(nèi)殼32的表面均勻分布有若干孔徑為1～5mm的通孔，且內(nèi)殼32的底部?jī)?nèi)側(cè)具有環(huán)形的托板34，離子發(fā)射源35設(shè)置于托板34內(nèi)；

靜電紡絲裝置組裝完畢后，設(shè)定以下技術(shù)參數(shù)：紡絲速度為3.0ml/h、紡絲電壓為25kV、針頭移動(dòng)速度為1cm/min、針頭距離接收裝置距離為50cm、紡絲濕度為20％、紡絲溫度為25℃、針頭移動(dòng)距離為15cm，開(kāi)始進(jìn)行靜電紡絲3h，得到平均直徑為500nm的聚四氟乙烯超細(xì)纖維。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供的一種聚四氟乙烯超細(xì)纖維的制造方法，包括如下步驟：

將聚四氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮中，加入石墨烯和納米二氧化鈦，超聲分散均勻，得到聚四氟乙烯質(zhì)量濃度為50g/L、石墨烯質(zhì)量濃度為20g/L的紡絲液；

將所述紡絲液進(jìn)行真空脫泡后，預(yù)熱至50～95℃，按照實(shí)施例1中的靜電紡絲裝置進(jìn)行組裝；

靜電紡絲裝置組裝完畢后，設(shè)定以下技術(shù)參數(shù)：紡絲速度為5.0ml/h、紡絲電壓為50kV、針頭移動(dòng)速度為3cm/min、針頭距離接收裝置距離為50cm、紡絲濕度為30％、紡絲溫度為35℃、針頭移動(dòng)距離為30cm，開(kāi)始進(jìn)行靜電紡絲3h，得到平均直徑為800nm的聚四氟乙烯超細(xì)纖維。

綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。