纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种微孔薄膜的制造方法，具体涉及一种纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)是氟塑料的主要品种，俗称“塑料王”，聚四氟乙烯(PTFE或F4)的氟碳键键能很高，氟原子具有屏蔽作用，因此具有优良的耐化学腐蚀性能、介电性能、耐气候性以及不燃、不粘、低摩擦系数和较宽的使用温度范围；被广泛应用于防腐蚀、密封、支承负荷、防粘、电气绝缘、医疗卫生、纺织服装及家庭日用品等方面，其用途涉及航空航天、石油化工、机械、电子、建筑、轻纺等行业，成为现代尖端科学、国防工业、电子电气、化工、机械、纺织等领域不可缺少的重要材料之一。
随着经济的发展及国际竞争的加剧，高技术和多功能纺织品不仅成为国际时尚，也引导了中国的服装消费市场，成为纺织和服装研究、开发和市场化的一大热点。多微孔的PTFE薄膜纺织品是集制膜、复合、涂层等技术于一身、具有优异防水、透湿、防风、保暖等功能的高技术纺织品。国外已形成以PTFE薄膜为轴心的薄膜纺织品系列。但目前国内生产的PTFE微孔薄膜厚度和孔径均匀性差、尺寸稳定性差、品种单一，无法用于高技术功能性纺织品中，如专利号为022112353.5的国内专利所针对的仅仅是使PTFE微孔薄膜能够大面积生产，却没有在薄膜均匀性包括厚度和微孔结构等的均匀性上下功夫，使得制得的产品面积虽大，但其他技术参数与国外同类产品相差较大。而且目前国内生产高技术功能性纺织品用的面料，多从国外进口，且价格昂贵；国外公司对功能性纺织面料进行垄断性生产，向我国只出口产品，不转让技术，对我国进行技术封锁；因此高质量的多微孔的PTFE薄膜成为制约我国发展多功能服装的瓶颈。
薄膜均匀性包括厚度和微孔结构等的均匀性，与制膜参数和“弓曲”现象紧密相关。弓曲是一种在拉幅加工的横拉和热处理阶段发生的非均匀横向拉伸现象，是指在预热区标记的直线(垂直机器方向)，经过横向拉伸后变得弓向薄膜入口或出口侧这一现象，发生在横向拉伸和拉伸后的热定型(固化)过程中。弓曲将导致膜中部和边缘部位分子取向的不同，进而导致薄膜性能上的横向差异。随着薄膜应用领域的拓宽和性能要求的提高，这些问题显得尤为突出。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能够有效改善薄膜厚度和微孔结构不均匀的问题、成本低的纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法，它包括以下步骤：
纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法，它包括原料混合，然后将混合所得预混料依次通过过筛，熟成，压坯挤出，压延，纵向拉伸，横向拉伸，热定型的步骤，上述步骤具体是：
(1)、原料混合：将聚四氟乙烯微粉和润滑剂均匀混合得预混料；
(2)、过筛：将预混料通过10～30目筛网过筛得混料；
(3)、熟成：将混料在20℃～40℃的温度下进行20～28小时；
(4)、压坯挤出：挤出速度为8～12mm/min，挤出直径18～22mm，口模长径比L/D为20～40，锥角为30～50度，压缩比为140～160；
(5)、压延：压延的压辊温度为140～180℃；
(6)、纵向拉伸：纵向拉伸速度3％～8％/s，拉伸倍数2～6倍，拉伸温度180℃～250℃；
(7)横向拉伸：横向拉伸拉伸温度100℃～200℃阶梯分布，拉伸速度60mm～100mm/s，拉伸倍数400～600倍；
(8)热定型：热定型温度为260℃～300℃。
作为优选，原料混合步骤中所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为0.215～0.225微米。所述的润滑剂为低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉的20％。这样能从一开始就保证原料的混合的均匀性，保证后续各步骤顺利的进行。
作为优选，熟成步骤为在37℃的温度下进行24小时。时间太短或者太长都会对原料混合后的均匀性造成不利影响，而在37℃的温度下进行24小时的熟成，则正好试原料混合后的均匀性达到最佳。
作为优选，纵向拉伸步骤中纵向拉伸速度5％/s，拉伸倍数2倍，拉伸温度210℃。
由于PTFE原纤化的特征，在压延过程中形成原纤，表现为薄膜局部变薄。在进行单向拉伸(即纵向拉伸)时，PTFE多晶聚集体开始延伸，形成一些原纤，原纤与拉伸方向平行，同时原纤长度增加。
固定其他工艺条件，而改变纵向拉伸倍数，可控制薄膜的孔径和开孔孔隙率，从下表数据可以看出，薄膜平均孔径和孔隙率随纵向拉伸倍数的增大而增加。从表中可以看出，由于经过双向拉伸，出现的原纤更多，同时节点逐步变小，原纤变得更细。
纵向拉伸倍数对孔径和孔隙率的影响
拉伸倍数 5 6 8 孔隙率，％ 76.4 87.6 89.1 平均孔径，μm 0.35 0.47 0.51
作为优选，横向拉伸步骤中横向拉伸拉伸温度120～180℃阶梯分布，拉伸速度80mm/s，拉伸倍数500倍。
目前国内所用的制膜设备采用横向整排加热方法，不能局部点状加热，无法消除弓曲现象，使得最终产品薄膜厚度和微孔结构不均匀，影响了产品的使用。
本发明通过PTFE薄膜横向拉伸过程中的弓曲现象分析，确定弓曲现象产生地力学原因、主要影响因素和控制方法，研究弓曲对薄膜均匀性的影响，优化减小弓曲的成型条件；全面建立制膜工艺与薄膜滤料微孔结构的关系，实现在较大范围内控制薄膜均匀性的目的；通过上述研究，提出制膜设备改造方案，开发出符合系列产品要求的PTFE薄膜。
本发明采用定点温度补偿，局部温度迅速补偿，基本消除弓曲现象，使得最终产品薄膜厚度和微孔结构均匀性进一步提高。克服了目前国内所用的制膜设备采用横向整排加热方法，不能局部点状加热，无法消除弓曲现象而造成的最终产品薄膜厚度和微孔结构不均匀的缺陷；从而提高了面料和服装的整体性能和档次。
并且通过固定纵向拉伸倍数、拉伸温度等工艺条件，改变横向拉伸倍数。由表中数据可见，随着横向拉伸倍数的提高，薄膜孔隙率和平均孔径增加。同时，在横向拉伸方向也出现了平行于此方向的原纤。
横向拉伸倍数对孔隙率和孔径的影响
拉伸倍数 2.1 2.9 4.7 6.5 8.5 孔隙率，％ 56.5 58.4 60.4 68.2 78.0 平均孔径，μm 0.08 0.09 0.12 0.19 0.24
横向扩幅速度对薄膜结构也产生影响，由表中数据可见，横向扩幅速度越高，孔隙率越大，而平均孔径略有减低。
横向扩幅速度对孔隙率和孔径的影响
横向扩幅速度，m/min 4.8 6 8 孔隙率，％ 60.4 64.2 70.8 孔径，μm 0.12 0.11 0.09
作为优选，热定型步骤中热定型温度为280℃。
固化通常在保持一定的张力下进行，以确保薄膜成孔和尺寸的稳定性。热定型温度对薄膜的孔径、孔隙率产生较大的影响。
不同热定型温度对PTFE薄膜的孔径的影响
序号 热定型温度，℃ 平均孔径，μm 最小孔径，μm 最大孔径，μm 1 245 0.382 0.319 0.424 2 280 0.589 0.469 0.646 3 300 0.685 0.618 0.835
从以可见，随着热定型温度的增加，薄膜孔径和孔隙率增大，但孔数减少，原因可能是温度升高，薄膜的结晶度下降，无定形区增加。薄膜成孔发生在无定形区内，无定形区增大为孔径的发展提供了空间，较高的温度下固化的薄膜，节点大，节点之间的距离宽，节点与节点之间是以原纤在膜内相互连接的，原纤之间的空隙即为孔洞，最终薄膜孔径是原纤纵横交错叠加的结果，原纤之间的空隙大小决定孔径的大小。单位体积内节点的数量少，原纤之间的空隙大，孔径必然增加。而高温固化也可能导致部分原纤断裂，使孔径进一步增加，同时孔数减少。采用本发明选择的温度区间能更好的保证薄膜的孔径和孔隙率的均匀性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明原料混合步骤中所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为0.215～0.225微米。所述的润滑剂为低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉的20％，这样能从一开始就保证原料的混合的均匀性，保证后续各步骤顺利的进行；
2、本发明通过PTFE薄膜横向拉伸过程中的弓曲现象分析，确定弓曲现象产生的力学原因、主要影响因素和控制方法，研究弓曲对薄膜均匀性的影响，优化减小弓曲的成型条件；全面建立制膜工艺与薄膜滤料微孔结构的关系，实现在较大范围内控制薄膜均匀性的目的；通过上述研究，提出制膜设备改造方案，开发出符合系列产品要求的PTFE薄膜；本发明采用定点温度补偿，局部温度迅速补偿，基本消除弓曲现象，使得最终产品薄膜厚度和微孔结构均匀性进一步提高。克服了目前国内所用的制膜设备采用横向整排加热方法，不能局部点状加热，无法消除弓曲现象而造成的最终产品薄膜厚度和微孔结构不均匀的缺陷；从而提高了面料和服装的整体性能和档次。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1：纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法，它包括：
(1)、原料混合：将聚四氟乙烯微粉和润滑剂均匀混合；
(2)、过筛：采用20目筛网过筛；
(3)、熟成：在20℃的温度下进行20小时小时；
(4)、压坯挤出：挤出速度为10mm/min，挤出直径20mm，口模长径比L/D30，锥角40，压缩比150；
(5)、压延：压延的压辊温度为160℃；
(6)、纵向拉伸：纵向拉伸速度3％，拉伸倍数6倍，拉伸温度180℃；
(7)横向拉伸：横向拉伸拉伸温度100℃～150℃阶梯分布，拉伸速度60mm/s，拉伸倍数400倍；
(8)热定型：热定型温度为260℃。
原料混合步骤中所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为0.215～0.225微米。润滑剂为低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉的20％。
由以上方法制得的聚四氟乙烯微孔薄膜的技术参数为：
1、幅宽≥140cm；
2、单位面积13±2g/m2；
3、厚度80±15祄；
4、厚度不均匀率≤30％；
5、拉伸强度≥3Mpa；
6、断裂伸长率≥40％；
7、透湿量7000g/m2·d；
8、透气量≤20×10-3m2/m2·s；
9、静水压≥70KPa。
实施例2：纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法，它包括：
(1)、原料混合：将聚四氟乙烯微粉和润滑剂均匀混合；
(2)、过筛：采用20目筛网过筛；
(3)、熟成：在40℃的温度下进行28小时；
(4)、压坯挤出：挤出速度为10mm/min，挤出直径20mm，口模长径比L/D30，锥角40，压缩比150；
(5)、压延：压延的压辊温度为160℃；
(6)、纵向拉伸：纵向拉伸速度8％/s，拉伸倍数6倍，拉伸温度250℃；
(7)横向拉伸：横向拉伸拉伸温度160℃～200℃阶梯分布，拉伸速度100mm/s，拉伸倍数600倍；
(8)热定型：热定型温度为300℃。
原料混合步骤中所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为0.215～0.225微米。润滑剂为低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉的20％。
由以上方法制得的聚四氟乙烯微孔薄膜的技术参数为：
1、幅宽≥150cm；
2、单位面积13±2g/m2；
3、厚度65±15祄；
4、厚度不均匀率≤25％；
5、拉伸强度≥3.5Mpa；
6、断裂伸长率≥40％；
7、透湿量7000g/m2·d；
8、透气量≤2.5×10-3m2/m2·s；
9、静水压≥80KPa。
实施例3：纺织面料用聚四氟乙烯微孔薄膜的制造方法，它包括：
(1)、原料混合：将聚四氟乙烯微粉和润滑剂均匀混合；
(2)、过筛：采用20目筛网过筛；
(3)、熟成：在37℃的温度下进行24小时；
(4)、压坯挤出：挤出速度为10mm/min，挤出直径20mm，口模长径比L/D30，锥角40，压缩比150；
(5)、压延：压延的压辊温度为160℃；
(6)、纵向拉伸：纵向拉伸速度5％/s，拉伸倍数2倍，拉伸温度210℃；
(7)横向拉伸：横向拉伸拉伸温度120℃～180℃阶梯分布，拉伸速度80mm/s，拉伸倍数500倍；
(8)热定型：热定型温度为280℃。
原料混合步骤中所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为0.215～0.225微米。润滑剂为低表面张力润滑油，加入量为聚四氟乙烯微粉的20％。
由以上方法制得的聚四氟乙烯微孔薄膜的技术参数为：
1、幅宽≥160cm；
2、单位面积15±2g/m2；
3、厚度45±15祄；
4、厚度不均匀率≤20％；
5、拉伸强度≥4Mpa；
6、断裂伸长率≥50％；
7、透湿量8000g/m2·d；
8、透气量≤30×10-3m2/m2·s；
9、静水压≥80KPa。