[发明专利]一种聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚四氟乙烯膜领域，特别涉及一种聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

目前常见的中空纤维膜主要有湿法和热法两种制备方式，材质包括PS、PES、PVDF、PVC、PP等，这些材质的中空纤维膜孔隙率较低、通量不高、强度不够、寿命不长，在某些强酸强碱强氧化等极端环境下无法使用。而聚四氟乙烯对称的化学结构、稳定的晶型、拉伸成型极高的孔隙率，在用于中空纤维膜上可以克服以上材质的种种缺陷，而且寿命长、抗污染性能强、通量可恢复性高。

膨体聚四氟乙烯，由于是双向拉伸工艺，其物理孔径较大且很难控制，更糟糕的是由于纤维柔性在过滤中发生迁移，导致其实际有效截留精度比物理精度要低许多，很多标称0.1-0.2微米的膜实际上基本无法截留相同的标准颗粒，所以常见聚四氟乙烯膜的过滤精度都不高。为了获得有效过滤精度小于200nm的聚四氟乙烯膜，必须采用其他后处理工艺。、多种处理方式种最有工业前景的是热法，加热聚四氟乙烯到其融程内，高分子链能量增大，链端开始活动；由于拉伸残余应力而倾向于收缩，从而获得较小孔径。

专利201210547439.7采用较厚的聚四氟乙烯膜，制备管式膜，其中包缠无机耐高温材料即陶瓷、碳纤维和玻璃纤维。无机材料多有脆性，例如陶瓷材质本身不可弯曲，导致必须切割分段操作，必然使整个工序效率极低，且硬质管式膜在使用中又有诸多局限性；碳纤维套管本身极软易压扁，导致包缠收卷过程中膜丝扁平化，内部通道消失，在外压过滤中严重影响通量和过滤效果，并且碳纤维在水溶液中容易被氧化，对于经常需要化学清洗使用的膜来说寿命很低；又如采用玻璃纤维，由于玻璃纤维极细又易折，编织成套管外表面有极多纤维端口，包缠将导致聚四氟乙烯被严重刺破，做成组件漏点极多，且长期使用纤维断裂流失，玻璃纤维短纤对后续处理工艺（例如反渗透）有破坏作用。同时该专利也不能获得非均相膜，从而制约过滤精度和过滤通量。

专利201120193277.2采用较厚的聚四氟乙烯平板膜并在不超过300℃的温度烧结，这甚至没有达到聚四氟乙烯的熔程310-330℃，且平板膜孔径范围只有0.5-2μm，使得聚四氟乙烯高分子链重构程度不足以达到完整粘结。带来的后果其一是界面过滤精度低，孔径分布广；其二是粘结不牢靠带来的缝隙处的泄漏。该专利考虑到了粘结的完整性而采用了孔径较小的聚四氟乙烯平板膜，且使用了熔程较低的聚全氟乙丙烯（FEP），这些微小分散的长链分子不可避免的进入原先的纤维孔隙处，导致最终产品孔隙率降低，通量小。该专利支撑材料选择了单向拉伸挤出的聚四氟乙烯套管，最早见于专利03809859.8，其局限在于复杂和冗长的工序，以及消耗大量的聚四氟乙烯原材料，导致成本居高不下。

专利201410119738.X采用加热的方法实现一种聚四氟乙烯非均相中空纤维膜的制备方法，使用套管，在烘道中用300～400℃烧结10～60秒的工艺实现工艺要求，耗能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法不使用纤维套管、无高温加工、工艺节能、简单、成本低，制备得到的中空纤维膜过滤精度高、通量高，具有极佳的商业化用途。

实现本发明的技术方案是：一种聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将孔径0.2-5微米、厚度4-50微米、幅宽7-50毫米、空气通量10-3000L/m²·s的膨体聚四氟乙烯进入等离子体预处理区，然后将窄条送入缠绕管超声波焊接设备；

（2）根据需求，边缠绕边焊接，利用步骤（1）中缠绕管超声波焊接设备连续制备孔径1-5.5 毫米，壁厚度0.5-1毫米的中空纤维膜。

所述步骤（1）中的缠绕设备采用卧式缠绕方式，全程窄条纵向拉伸不超过1% 。

所述步骤（1）中的缠绕层数不超过10层。

本方法可以应用于其他材料，如PS、PES、PVC、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等不局限于此，制备相应的中空纤维膜。既其他材料微孔膜也可以利用这样的工艺实施形成中空过滤膜。

本发明的有益效果是：本发明采用无衬管工艺、无高温加工、节能环保，降低成本；且本发明不需要助剂聚全氟乙丙烯（FEP），不使用价格昂贵的聚四氟乙烯纤维丝，采用超声波芯轴辅助成型，制备方便，制备得到的中空纤维膜过滤精度高、通量高，从而获得通量和过滤精度的完美统一，适用于各种恶略环境，具有极佳的商业化用途。

具体实施方式

实施例1

本实施例的聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，步骤如下：