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可熔性聚四氟乙烯管材及其制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510924642.5

申請日:

2015.12.11

公開號:

CN105423003A

公開日:

2016.03.23

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F16L 9/127申請日:20151211|||公開
IPC分類號: F16L9/127; F16L11/14; B29C47/00 主分類號: F16L9/127
申請人: 上海金由氟材料股份有限公司
發明人: 黃斌香; 侯成成; 顧榴俊
地址: 200137上海市浦東新區高橋鎮江東路1726弄188號4幢
優先權:
專利代理機構: 上海一平知識產權代理有限公司31266 代理人: 蔡繼清; 翁霞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510924642.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.10|||2016.04.20|||2016.03.23

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種可熔性聚四氟乙烯管材及其制備方法。該可熔性聚四氟乙烯管材由可溶性聚四氟乙烯顆粒制成,其中,該可溶性聚四氟乙烯顆粒通過實心棒狀物進行造粒加工形成,以及該實心棒狀物通過在熔融狀態下的可熔性聚四氟乙烯中加入超細短纖維混合成混合物,然后再將該混合物由擠出機擠出形成。該方法包括超細短纖維的制備步驟、可熔性聚四氟乙烯顆粒的制備步驟以及可熔性聚四氟乙烯管材的制備步驟。本發明的可熔性聚四氟乙烯管材不僅可以采用熱塑性成型的加工方法加工,而且還能夠大大提高可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的強度和韌性,同時具有降低材料的收縮率等優點,從而能夠大大提高管材的使用壽命,降低使用成本。

權利要求書

1.一種可熔性聚四氟乙烯管材,其特征在于,所述可熔性聚四氟乙烯管
材由可溶性聚四氟乙烯顆粒制成,其中,所述可溶性聚四氟乙烯顆粒通過對實
心棒狀物進行造粒加工形成,以及所述實心棒狀物通過在熔融狀態下的可熔性
聚四氟乙烯中加入超細短纖維混合成混合物,然后再將該混合物由擠出機擠出
形成。
2.根據權利要求1所述的可熔性聚四氟乙烯管材,其特征在于,所述超
細短纖維包括聚四氟乙烯纖維、不銹鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維。
3.根據權利要求1所述的可熔性聚四氟乙烯管材,其特征在于,所述超細
短纖維的線密度為1~5den、長度為0.5~5mm、和/或熱收縮率<3%。
4.根據權利要求1所述的可熔性聚四氟乙烯管材,其特征在于,所述可溶
性聚四氟乙烯顆粒的直徑為2~6mm,和/或所述實心棒狀物的截面直徑為
1~5mm。
5.一種制備可熔性聚四氟乙烯管材的方法,其特征在于,所述方法包括
以下步驟:
步驟1:超細短纖維的制備;
步驟2:可熔性聚四氟乙烯顆粒的制備:
將步驟1獲得的超細短纖維加入到熔融狀態的聚四氟乙烯中,從而獲得可
溶性聚四氟乙烯顆粒;
步驟3:可熔性聚四氟乙烯管材的制備:
將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,再通過推壓、
擠出、定型、拉伸、冷卻處理,從而獲得可熔性聚四氟乙烯管材。
6.根據權利要求5所述的方法,其特征在于:
所述步驟1包括以下步驟:
1.1選取聚四氟乙烯分散樹脂;
1.2將該聚四氟乙烯分散樹脂制胚、壓延、拉伸、分切、加捻成束、卷曲、
切斷及開松,從而獲得超細短纖維。
7.根據權利要求6所述的方法,其特征在于,所述超細短纖維的線密度為
1~5den、長度為0.5~5mm、和/或熱收縮率<3%。
8.根據權利要求5所述的方法,其特征在于:
所述步驟2包括以下步驟:
2.1選取可熔性聚四氟乙烯;
2.2將該可熔性聚四氟乙烯樹脂放在不銹鋼容器中并進行加熱、攪拌處理,
在加熱過程中,不斷攪拌,加熱至完全熔融狀態;
2.3加入步驟一所獲得的超細短纖維,混合均勻,通過擠出機擠出棒狀物,
獲得可熔性聚四氟乙烯棒;
2.4對步驟2.3所獲得可熔性聚四氟乙烯棒進行造粒處理,從而獲得可溶
性聚四氟乙烯顆粒。
9.根據權利要求8所述的方法,其特征在于:在所述步驟2.2中,攪拌速
度為10~30r/min,加熱時的升溫速度為5℃/min,以及升溫至250~350℃后保
持溫度恒定。
10.根據權利要求5所述的方法,其特征在于:
所述步驟3包括以下步驟:
3.1將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,充分混合、
攪拌,從而獲得熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒;
3.2將步驟3.1所獲得的熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒通過推壓、擠出、定
型、拉伸、冷卻處理,從而獲得可熔性聚四氟乙烯管材。

說明書

可熔性聚四氟乙烯管材及其制備方法

技術領域

本發明涉及管材領域,具體涉及一種可熔性聚四氟乙烯管材及其制備方法。

背景技術

可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材具有優良的耐高低溫特性,在-20~200℃的
條件下可長期使用。具有良好的化學穩定性,僅高溫下氟蒸氣,堿金屬與它起
作用,對其它所有的濃、稀無機有機酸、堿、酯均不發生反應。低表面摩擦系
數,拒水,拒油,管壁內外不積垢。無毒,不易燃燒等特點,具有高透明度,
在所有塑料中光折射率最低,易二次加工性,可自封,可自焊,可翻邊。可廣
泛應用于半導體制造裝置,熱交換器、蒸氣配管,高純度試劑輸送管,各種
腐蝕性介質(苛刻溶劑)輸送管道,復極式離子膜法燒堿生產中進出口撓性軟
管,各種頻率電線電纜護套,槽絕緣管等,具有廣泛的用途。

然而,做為高性能塑料管材,PFA管材往往使用在較為苛刻的環境,如高
溫環境等。在使用過程中主要存在以下問題:

第一、隨著溫度的升高,尤其是達到200℃以后,PFA管材的強度明顯下
降,260℃時,其強度幾乎接近于零。

第二、PFA的熱膨脹系數比金屬或其他材料高得多,因此在冷熱交替的過
程中,溫度的變化會造成一定的熱應力,PFA層的收縮率比金屬等其它材料要
大得多,容易造成PFA層剝離,影響使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種可熔性聚四氟乙烯管材及其制備方法,以解決上
述現有技術中存在的問題。

為了解決上述問題,根據本發明的一個方面,提供了一種可熔性聚四氟乙
烯管材,所述可熔性聚四氟乙烯管材由可溶性聚四氟乙烯顆粒制成,其中,所
述可溶性聚四氟乙烯顆粒通過對實心棒狀物進行造粒加工形成,以及所述實心
棒狀物通過在熔融狀態下的可熔性聚四氟乙烯中加入超細短纖維混合成混合
物,然后再將該混合物由擠出機擠出形成。

較佳地,所述可熔性聚四氟乙烯管材由聚四氟乙烯顆粒在熔融狀態下,經
混合、攪拌、推壓、擠出、定型、拉伸以及冷卻工藝制備而成。

較佳地,所述拉伸包括加熱拉伸、粗拉擠壓拉伸以及細拉擠壓拉伸。

較佳地,所述實心棒狀物通過在熔融狀態下的可熔性聚四氟乙烯中加入
5~50%的超細短纖維混合形成。

所述超細短纖維包括聚四氟乙烯纖維、不銹鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維或
陶瓷纖維。

較佳地,所述聚四氟乙烯纖維由聚四氟乙烯分散樹脂制成。

較佳地,所述超細短纖維由聚四氟乙烯分散樹脂經制胚、壓延、拉伸、分
切、加捻成束、卷曲、切斷及開松處理形成。

較佳地,所述超細短纖維的線密度為1~5den、長度為0.5~5mm、和/或熱
收縮率<3%。

較佳地,所述可溶性聚四氟乙烯顆粒的直徑為2~6mm,和/或所述實心棒
狀物的截面直徑為1~5mm。

根據本發明的另一方面,提供了一種制備可熔性聚四氟乙烯管材的方法,
所述方法包括以下步驟:

步驟1:超細短纖維的制備;

步驟2:可熔性聚四氟乙烯顆粒的制備:

將步驟1獲得的超細短纖維加入到熔融狀態的聚四氟乙烯中,從而獲得可
溶性聚四氟乙烯顆粒;

步驟3:可熔性聚四氟乙烯管材的制備:

將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,再通過推壓、
擠出、定型、拉伸、冷卻處理,從而獲得可熔性聚四氟乙烯管材。

較佳地,所述步驟1包括以下步驟:

1.1選取聚四氟乙烯分散樹脂;

1.2將該聚四氟乙烯分散樹脂制胚、壓延、拉伸、分切、加捻成束、卷曲、
切斷及開松,從而獲得超細短纖維。

較佳地,所述拉伸包括加熱拉伸、粗拉擠壓拉伸以及細拉擠壓拉伸。

較佳地,所述超細短纖維的線密度為1~5den、長度為0.5~5mm、和/或熱
收縮率<3%。

較佳地,所述步驟2包括以下步驟:

2.1選取可熔性聚四氟乙烯;

2.2將該可熔性聚四氟乙烯樹脂放在不銹鋼容器中并進行加熱、攪拌處理,
在加熱過程中,不斷攪拌,加熱至完全熔融狀態;

2.3加入步驟一所獲得的超細短纖維,混合均勻,通過擠出機擠出棒狀物,
獲得可熔性聚四氟乙烯棒;

2.4對步驟2.3所獲得可熔性聚四氟乙烯棒進行造粒處理,從而獲得可溶
性聚四氟乙烯顆粒。

較佳地,所述可溶性聚四氟乙烯顆粒的直徑為2~6mm。

較佳地,所述實心棒狀物的直徑為1~5mm。

較佳地,在所述步驟2.2中,攪拌速度為10~30r/min,加熱時的升溫速度
為5℃/min,以及升溫至250~350℃后保持溫度恒定。

較佳地,所述步驟3包括以下步驟:

3.1將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,充分混合、
攪拌,從而獲得熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒;

3.2將步驟3.1所獲得的熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒通過推壓、擠出、定
型、拉伸、冷卻處理,從而獲得可熔性聚四氟乙烯管材。

本發明的可熔性聚四氟乙烯管材不僅可以采用熱塑性成型的加工方法加
工,而且還能夠大大提高可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的強度和韌性,同時具
有降低材料的收縮率等優點,從而能夠大大提高管材的使用壽命,降低使用成
本。

本發明的超細短纖維具有耐高溫、耐腐蝕、強度高等特點。由于在制備過
程中通過多次拉伸工藝使纖維強度大大提高,常溫下拉伸強度高達
700~800Mpa,是PFA材料的20~30倍,線密度為1~5den,長度為0.5~5mm,
熱收縮率<3%。

本發明的增強型可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材與未改性前的可熔性聚四
氟乙烯(PFA)管材相比強度增加2~10倍,熱收縮率減少50%以上,大大提
高了使用壽命。

具體實施方式

以下將對本發明的較佳實施例進行詳細說明,以便更清楚理解本發明的目
的、特點和優點。應理解的是,這些實施例并不是對本發明范圍的限制,而只
是為了說明本發明技術方案的實質精神。

術語說明

本發明中的超細短纖維是指長期耐溫在260℃以上,熔融溫度在300℃
以上,細度在0.5~5den,分切長度在0.5~5mm,強度在300MPa以上的纖
維,其包含但不僅限于聚四氟乙烯、不銹鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維、陶瓷
纖維等耐高溫纖維。

本發明人經過廣泛而深入的研究,首次研發了一種增強型且耐高溫、耐腐
蝕的可熔性聚四氟乙烯管材,該可熔性聚四氟乙烯管材不僅可以采用熱塑性成
型的加工方法加工,而且還能夠大大提高聚四氟乙烯(PFA)管材的強度和韌性,
同時具有降低材料的收縮率等優點,從而能夠大大提高管材的使用壽命,降低
使用成本。

本發明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材由增強型可熔性聚四氟乙烯顆粒
在熔融狀態下、充分混合、攪拌、推壓、擠出、定型、拉伸、冷卻等工藝制備
而成。其中,熔融狀態的溫度為300~370℃。

增強型可熔性聚四氟乙烯顆粒通過在熔融狀態下的可熔性聚四氟乙烯
(PFA)中加入5~50%的高強度超細短纖維,再混合均勻后,經擠出機擠出直
徑為1~5mm的實心棒狀物,然后通過造粒機造粒成2~6mm的顆粒。其中,高
強度超細短纖維包括聚四氟乙烯、碳纖維、玻璃纖維等。

下面以聚四氟乙烯超細短纖維為例來說明高強度超細短纖維的制造過程。
總的來說,聚四氟乙烯超細短纖維由聚四氟乙烯分散樹脂經制胚、壓延、拉伸、
加熱拉伸、分切、加捻成束、粗拉擠壓拉伸、細拉擠壓拉伸、加熱拉伸、卷曲、
切斷及開松工藝制成。

通過該工藝制成的這種超細短纖維具有耐高溫、耐腐蝕、高強度等優點。
由于在制備過程中通過多次拉伸工藝從而使纖維強度大大提高,因此,本發明
的超細短纖維常溫下拉伸強度高達700~800Mpa,是PFA材料的20~30倍,線
密度為1~5den,長度為0.5~5mm,熱收縮率<3%。

本發明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材通常通過以下方法制成,該方法
包括以下步驟:

步驟1:超細短纖維的制備(以聚四氟乙烯超細短纖維為例),其包括以
下步驟:

1.1選取聚四氟乙烯分散樹脂。

1.2將該聚四氟乙烯分散樹脂制胚、壓延、拉伸、加熱拉伸、分切、加捻
成束、粗拉擠壓拉伸、細拉擠壓拉伸、加熱拉伸、卷曲、切斷及開松,從而獲
得超細短纖維。

步驟2:可熔性聚四氟乙烯顆粒的制備,其包括以下步驟:

2.1選取可熔性聚四氟乙烯(PFA)。

2.2將可熔性聚四氟乙烯(PFA)加熱至熔融狀態,加熱溫度為300~370
℃。

2.3加入步驟一所獲得的超細短纖維,混合均勻,通過擠出機擠出直徑為
1~5mm的實心棒狀物,獲得可熔性聚四氟乙烯棒。

2.4造粒機對步驟2.3所獲得可熔性聚四氟乙烯棒進行造粒處理,從而獲
得2~6mm的可溶性聚四氟乙烯顆粒。

步驟3:可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制備,其包括以下步驟:

3.1將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,充分混合、
攪拌,從而獲得熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒。

3.2將步驟3.1所獲得的熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒通過推壓、擠出、定
型、拉伸、冷卻處理,從而獲得可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材。

下面通過具體實施例對本發明的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制造方
法進行詳細說明。

步驟1:超細短纖維的制備(以聚四氟乙烯超細短纖維為例):

1.1選取聚四氟乙烯分散樹脂。

1.2將該聚四氟乙烯分散樹脂制胚、壓延、拉伸、加熱拉伸、分切、加捻
成束、粗拉擠壓拉伸、細拉擠壓拉伸、加熱拉伸、卷曲、切斷及開松,從而獲
得超細短纖維,其中,該超細短纖維的線密度為1~5den,長度為0.5~5mm,
熱收縮率<3%。

步驟2:可熔性聚四氟乙烯顆粒的制備:

2.1選取可熔性聚四氟乙烯(PFA)。

2.2將該可熔性聚四氟乙烯樹脂放在不銹鋼容器中并進行加熱、攪拌處理,
其中,攪拌速度為10~30r/min,升溫速度為5℃/min,升溫至250~350℃后穩
定,在加熱過程中,不斷攪拌,加熱至完全熔融狀態。

2.3加入步驟一所獲得的超細短纖維,混合均勻,通過擠出機擠出直徑為
1~5mm的實心棒狀物,獲得可熔性聚四氟乙烯棒。

2.4通過造粒機對步驟2.3所獲得可熔性聚四氟乙烯棒進行造粒處理,從
而獲得2~6mm的可溶性聚四氟乙烯顆粒。

步驟3:可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材的制備:

3.1將步驟二所獲得的可熔性聚四氟乙烯顆粒加熱至熔融狀態,充分混合、
攪拌,從而獲得熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒。將這種顆粒經多道加熱工序,將
熔化混合均勻的胚料經螺桿擠出機推壓擠出,通過模具定型后,進入真空定徑
倉定徑,然后進入水槽冷卻定型,制備出直徑大小不同的可熔性聚四氟乙烯管
材。

3.2將步驟3.1所獲得的熔融狀態的聚四氟乙烯顆粒經螺桿擠出機推壓擠
出,通過模具定型后,進入真空定徑倉定徑,然后進入水槽冷卻定型,從而獲
得直徑大小不同的可熔性聚四氟乙烯管材。

本發明的超細短纖維具有耐高溫、耐腐蝕、強度高等特點。由于在制備過
程中通過多次拉伸工藝使纖維強度大大提高,常溫下拉伸強度高達
700~800Mpa,是PFA材料的20~30倍,線密度為1~5den,長度為0.5~5mm,
熱收縮率<3%。

表1普通的聚四氟乙烯(PFA)管材與本發明的增強型可熔性聚四氟乙烯
(PFA)管材性能對照表。


由表1可以看出,本發明的增強型可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材與未改
性前的可熔性聚四氟乙烯(PFA)管材相比強度增加2~10倍,熱收縮率減少
50%以上,大大提高了使用壽命。

以上已詳細描述了本發明的較佳實施例,但應理解到,在閱讀了本發
明的上述講授內容之后,本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改。
這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

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可熔性 聚四氟乙烯 管材 及其 制備 方法
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