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双向拉伸聚四氟乙烯复合膜的性能研究

发布日期:2009-09-14
孙小青,罗晃,黄萍
(北京市塑料研究所,北京 100009)
 
摘要:通过双向拉伸工艺制备聚四氟乙烯复合膜。SEM分析表明:与单向拉伸工艺相比,双向拉伸可以获得更高的孔隙率,较小的孔径和较高的孔隙率可以达到防水透湿性。实验结果表明:采用三水平、四因素正交设计,确定了最佳工艺条件:涂胶压力0.1MPa,干燥温度60℃,干燥时间10s,复合压力0.1MPa,得到水蒸气透过率和剥离强度均较好的聚四氟乙烯复合膜产品。
关键词:双向拉伸;聚四氟乙烯;复合膜;防水;透湿性
中图分类号:TQ325.4,TQ320.666    文献标识码:A    文章编号:1001-9456(2009)00-0000-00
 
Property of Biaxial Stretching PTFE Composite Film
SUN Xiao-qing,LUO Huang,HUANG Ping
(Beijing Plastics Research Institute, Beijing 100009, China)
Abstract: PTFE composite film was prepared by biaxial stretching process. SEM analysis showed that biaxial stretching could get higher porosity compared with uniaxial stretching, the smaller pore size and higher porosity could meet the waterproof and permeability. The results indicated that theprocessing conditions, which were 0.1MPa coating pressure, 60 drying temperature, 10s drying time and 0.1MPa composite pressure, could get the best properties of steam permeability and stripping.
Key words: biaxial stretching; PTFE; Composite film; waterproof; permeability
 
聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜具有耐热、耐腐蚀、电绝缘和较高的机械强度等优异性能,被广泛用于化工、电子、石油、仪器仪表等超净过滤材料,特别被用在医疗行业的人造血管、气管、心脏补片等。20世纪70年代,国外利用PTFE微孔膜良好的透湿、透气性,开发PTFE与织物复合的高级防水透气材料。其中最为著名的是美国Core公司研制的PTFE复合织物Core-Tex,另外PallMilliproe、大金、旭硝子等公司在该领域也是世界的先进水平。PTFE复合膜具有非常优异的防水透气性,广泛用于防水服、滑雪衣、帐篷、睡袋、防毒服、航天服等[1-11]
本研究是以PTFE为原料,经双向拉伸后与尼龙基材复合制成的PTFE微孔复合膜材料,用于微孔过滤或防水透湿性的材料,其指标与Core公司基本相同。
1 实验部分
1.1 原料
PTFEFlon CD141,日本大金;
粘合剂:C(聚氨酯类),自制;
乙酸乙酯:工业级,市售;
尼龙基材:B3060501505,河北正定纬编厂。
1.2 设备
混合机:自制;
挤压机:SFFD-400型,张家港橡塑机械厂;
压延机组:自制;
纵向、横向拉伸机:自制;
复合机:DTR-001,日本藏野株式会社。
 
 
作者简介:孙小青(1970-),女,北京人,工程师,从事PTFE微孔过滤膜的研究。E-mail:plasticsbj@yahoo.cn
1.3 工艺流程
助剂
PTFE→混合→制坯→挤压→压延→干燥→纵向拉伸→横向拉伸→复合→PTFE复合膜
基材
2 结果与讨论
2.1 PTFE复合膜的防水透湿性
所谓防水透湿,就是水在一定压力下不会侵入织物,而人体内散发的汗蒸汽却能通过织物扩散到外界,不积聚冷凝在体表和织物之间,使人体不感觉到发闷。一般情况下尼龙基材透气性较好,因此PTFE微孔膜透气性的好坏,就决定了复合膜的透气性。首先,PTFE分子中含有憎水基团,所以PTFE本身就是防水性较好的憎水材质。
1为研究所生产的单向、双向拉伸PTFE微孔膜与国外产品的技术指标对比。从表1可见,双向拉伸后微孔膜的孔隙率有了较大提高,这样液体和气体的透过量也大幅增加。防水性与微孔的孔径成反比,孔径越小防水性越好;而透湿性却与孔径成正比,孔径越小透湿性越差。孔隙率较大,且泡孔均匀的微孔膜的防水透湿性较好。从表1数据看,研究所双向拉伸微孔膜性能与Millipore公司产品基本相同。
表1 单向、双向拉伸的PTFE微孔膜与Millipore公司产品技术指标对比
性能
单向拉伸
双向拉伸
Millipore双向拉伸
平均孔径/μm
0.2
0.5
0.2
0.5
0.2
0.5
孔隙率/%
58.9
65.5
70.8
82.3
71.0
82.3
液体流量/(mL/cm2·min)
18.0
40.1
26.3
83.8
26.0
70.4
气体流量/(L/cm2·min)
3.25
5.78
6.20
11.60
5.40
8.00
 
2.2 PTFE膜微观结构分析

1是单向和双向拉伸微孔膜的SEM电镜照片。从电镜照片可以看出,图1(a)是与拉伸方向平行的纤维丝及无数结点共同组成,纤维排列整齐,纤维间距均等,结点所占比例较大;图1(b)双向拉伸后的纤维丝呈星状,结点大小显著降低,因此与单向拉伸膜相比,双向拉伸的孔隙率更大。

(a)单向拉伸;(b)双向拉伸。
图1 PTFE微孔膜SEM电镜照片(×500)
2.3 工艺条件对双向拉伸膜性能的影响
2.3.1 纵向拉伸工艺条件对性能的影响
双向拉伸的PTFE薄膜先进行纵拉,再进行横拉。纵向拉伸对孔径和孔隙率的影响主要由以下几个工艺条件决定:拉伸温度、速度、倍数和间距。1)拉伸温度越高,则孔隙率和孔径越大,但拉伸需要在327以下进行;2)拉伸速度加大,则孔隙率增高;3)拉伸倍数增大,孔隙率和孔径均增大;4)拉伸间距增大,则孔隙率稍有下降,孔径稍有增加。
2.3.2 横向拉伸工艺条件对性能的影响
横向拉伸对孔径和孔隙率的影响主要由以下工艺条件决定:拉伸温度、拉伸倍数和定型温度及时间等。1)拉伸温度对孔隙率和孔径的影响,与纵向拉伸有相同的规律,但影响程度较小;2)拉伸倍数越大,则孔隙率和孔径也增大;3)定型温度越高,定型时间越长,会使孔径和孔隙率有所下降。
2.4 工艺条件对复合膜性能的影响
双向拉伸PTFE膜与织物的复合材料,采用粘合剂复合。粘合剂的种类、配方,复合时的温度、压力、时间等条件均对复合膜的水蒸汽透过率和剥离强度有影响。采用三水平、四因素正交设计进行试验,以确定的最佳工艺条件,如表2所示。
表2 工艺条件对水蒸汽透过率和剥离强度的影响
序号
涂胶压力
/MPa
干燥温度
/
干燥时间
/s
复合压力
/MPa
水蒸汽透过率
/(g/ m2·h)
剥离强度
/(N/30mm)
1
0.1
100
50
0.3
175.1
5.7
2
0.2
100
10
0.2
162.8
3.7
3
0.3
100
30
0.1
188.6
4.8
4
0.1
80
30
0.2
167.5
3.5
5
0.2
80
50
0.1
138.4
11.7
6
0.3
80
10
0.3
156.6
7.5
7
0.1
60
10
0.1
219.0
11.8
8
0.2
60
30
0.3
205.4
11.0
9
0.3
60
50
0.2
129.7
13.9
 
水蒸汽透过率较好的3组试验为378号,剥离强度较好的3组试验为579号,综合考虑两个性能均较优的实验序号为7,即最佳工艺条件为:涂胶压力0.1MPa、干燥温度60、干燥时间10s、复合压力0.1MPa,获得了水蒸汽透过率219.0 g/ m2·h和剥离强度11.8 N/30mm均较佳的PTFE复合透气膜产品。
3 结论
1)通过双向拉伸工艺使PTFE膜形成微孔结构,较小的孔径和较高的孔隙率可以达到防水透湿性,防水性与微孔孔径成反比,而透湿性与孔径成正比。
2)与单向拉伸相比,双向拉伸PTFE膜孔隙率更大。
3)采用三水平、四因素正交设计,确定最佳工艺条件为:涂胶压力0.1MPa、干燥温度60、干燥时间10s、复合压力0.1MPa,获得了水蒸汽透过率219.0 g/ m2·h和剥离强度11.8 N/30mm均较佳的PTFE复合透气膜产品。
参考文献:
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