TWI736505B - 聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品，其利用一熱風於一熱烘箱產生循環對流，確保該聚四氟乙烯多孔膜上的任何一處所承受的一受熱溫度皆相同，配合一輻射的方式，使得一紅外線加熱板可以放射一遠紅外線，產生二次加熱的效果，不僅可以維持該熱烘箱內部的溫度均勻性、節省能源的消耗，亦可以大幅穩定該聚四氟乙烯多孔膜於熱定型後的品質。
Description
一種聚四氟乙烯多孔膜的製作方法，特別是一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品。
習知的一鐵氟龍，具有抗黏性、耐化學性、耐熱性、優越的低摩擦係數之表面平滑度以及抗紫外線等特性，該鐵氟龍廣泛的使用於各種如半導體或醫療產業及民生用品中如不沾鍋。
由聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene, PTFE）為主體的該鐵氟龍除了具備上述各項特點，其所製成的一聚四氟乙烯薄膜更具備了一多孔隙結構，使得該聚四氟乙烯薄膜普遍作為一過濾元件應用於需要高潔淨及過濾技術的化學工業中。
常見的該聚四氟乙烯薄膜製作步驟大致如下：使用粉末狀的一聚四氟乙烯樹脂與潤滑助劑混合並預壓成型為一毛坯；藉由擠出或壓延製程使得該毛坯形成一薄片狀；將該薄片的潤滑助劑去除乾淨，並且經由雙向拉伸使其成為一聚四氟乙烯多孔膜；最後利用一熱處理使其定型。
於該熱處理的程序時，需嚴格的掌控溫度，以防止該聚四氟乙烯多孔膜因高溫而變形，影響一孔隙率以及一通透性而導致一過濾效能降低。然而，使用一加熱爐加熱作為現行該熱處理的製程中，加熱管線分佈的問題往往造成該加熱爐爐內有加熱不均問題，使得該聚四氟乙烯多孔膜產生因溫度不均勻以及熱處理時間不夠而產生受熱不均問題，導致該聚四氟乙烯微孔膜無法維持在固定的結構與形狀。
亦有利用高溫配合高壓的熱定型處理方式，但仍然會有單面受熱不均勻的問題，導致該聚四氟乙烯多孔膜的一孔徑以及該孔隙率變形，影響該聚四氟乙烯多孔膜品質。因此，發展一種可以防止該聚四氟乙烯多孔膜於熱處理時因溫度不均勻與熱處理時間不足以及容易變形而影響該聚四氟乙烯多孔膜品質的問題，是目前氟樹脂加工業急需解決的課題。
為了發展一種可以防止該聚四氟乙烯多孔膜於熱處理時因溫度不均勻與熱處理時間不足以及容易變形而影響該聚四氟乙烯多孔膜品質的技術問題，本發明提供一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品，其步驟包含：備置一聚四氟乙烯多孔膜於一熱對流空間；於該熱對流空間中提供該聚四氟乙烯多孔膜一熱風，並且形成一熱對流，使得該聚四氟乙烯多孔膜於攝氏溫度250至400度的環境中熱定型。
其中，該熱風的風速介於每分鐘0.6公尺至每分鐘1.2公尺之間，該聚四氟乙烯多孔膜的一收縮率於3%以下。
其中，於該熱對流空間中提供一熱輻射，使得該熱對流空間產生二次加熱的效果。
其中，該熱風相對該聚四氟乙烯多孔膜的其中一面垂直或平行。
進一步地，該聚四氟乙烯多孔膜的備置方法包含：備有一聚四氟乙烯樹脂，該聚四氟乙烯樹脂與一潤滑助劑混合且預成型成一毛坯；該毛坯於攝氏溫度40至70度以及壓力在23至30百萬帕之間的條件下，擠出形成長度於200至300公分之間且厚度介於 0.7至1.3公釐的一寬片；該寬片壓延成厚度於0.1至0.6公釐之間的一薄片，並在攝氏溫度150至250度之間的環境中去除該潤滑助劑；以及，利用一雙向拉伸技術，於攝氏溫度200至300度之間的環境中，使得該薄片多孔質化，形成厚度於10微米至80微米之間的一聚四氟乙烯多孔膜，其中，經由熱成型後的該聚四氟乙烯多孔膜其包含：
一孔隙率範圍介於百分之70至90之間；
一孔徑大小範圍介於100奈米至450奈米之間；以及
一厚度介於10微米至80微米之間。
一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型設備，該設備包含有一熱烘箱，該熱烘箱內部界定成一熱對流空間，於該熱烘箱內部設置有一對流裝置，該對流裝置於該熱對流空間中形成一熱風，並產生一熱對流。
進一步地，於該熱烘箱內部設有一紅外線加熱板，該紅外線加熱板發散出波長介於在4至9微米之間的一熱輻射，該紅外線加熱板為表面經由一熱輻射層處理之一不銹鋼板或一鋁板，該一熱輻射層材料可選為一遠紅外線陶瓷塗料，該遠紅外線陶瓷塗料可選自於由氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇、二氧化鋯、二氧化鈦、二氧化錳、三氧化二鉻、三氧化二鐵、三氧化二鋁、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉬、碳化鎢、碳化硼、碳化矽、矽化鈦、二矽化鎢、二矽化鉬、硼化鋯、硼化鈦、硼化鉻、氮化鋯、氮化鈦、氮化鋯、氮化錋、氮化鋁、氮化矽、鉭、鉬、鎢、鐵、鎳、鉑、銅或鋁組成之群組。
進一步地，於該熱烘箱內部設有一紅外線加熱板，該紅外線加熱板發散出波長介於在4至9 微米之間的一熱輻射，該紅外線加熱板為表面經由一熱輻射層處理之一鋁板，該一熱輻射層材料可選為一陽極氧化層，利用一陽極處理使得該鋁板表面氧化形成該陽極氧化層。
進一步地，該熱風相對該聚四氟乙烯多孔膜的其中一面垂直或平行。
一種聚四氟乙烯多孔膜，該聚四氟乙烯多孔膜由上述之方法所製成。
本發明提供的該聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品，利用該熱對流，進而得以確保該聚四氟乙烯多孔膜上的任何一處所承受的一受熱溫度皆相同，當該熱風於該熱烘箱內產生對流時，該紅外線加熱板也會被加熱，進而放射一遠紅外線，產生二次加熱的效果，有效的穩定該聚四氟乙烯多孔膜周圍的邊界的溫度，不僅可以維持該熱烘箱內部的溫度均勻性，節省能源的消耗，亦可以大幅穩定該聚四氟乙烯多孔膜於熱定型後的品質。
請參考圖1，其為本發明較佳實施例中，一聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品，其步驟包含：
S1篩料：將粉末狀的一聚四氟乙烯樹脂以一篩網過篩，較佳的該網篩的網目為7-10 的目數之間。
S2混料：將過篩後的該聚四氟乙烯樹脂與一潤滑助劑混合，其中，該潤滑助劑的重量百分比介於16至22之間；較佳的，該潤滑助劑可選自一脫芳香烴異構烷烴，使得該潤滑助劑不含芳香族、毒性及異味低，友善人體健康與環境，本實施例中，該潤滑助劑為異烷烴類碳氫溶劑。
S3預成型：在攝氏溫度25-30度以及壓力在1-3百萬帕（MPa）之間的環境中，將與該潤滑助劑混合的該聚四氟乙烯樹脂預壓成一毛坯。
S4擠出：將該毛坯於攝氏溫度40-70度以及壓力在23-30百萬帕（MPa）之間的條件下，擠出形成長度於200至300公分，厚度於 0.7至1.3公釐的一寬片。
S5壓延：將該寬片壓延成厚度於0.1至0.6公釐之間的一薄片。
S6乾燥：在攝氏溫度150至250度的環境中，使該潤滑助劑於該聚四氟乙烯樹脂中揮發去除。
S7拉伸：於攝氏溫度200至300度的環境中，利用一雙向拉伸技術，給於該薄片沿橫向及縱向方向的延伸，使得該薄片多孔質化，形成厚度於10微米（μm）至80微米（μm）之間的一聚四氟乙烯多孔膜，其中，該雙向拉伸技術的拉伸速度控制在每分鐘5公尺至每分鐘30公尺之間。
S8熱定型：將該聚四氟乙烯多孔膜於一熱烘箱中，該熱烘箱內部界定成一熱對流空間，於該熱對流空間中提供該聚四氟乙烯多孔膜一熱風，並且形成一熱對流，使得該聚四氟乙烯多孔膜於攝氏溫度250至400度的熱處理定型，該熱對流可使該熱烘箱內的任何一處皆有一致均勻的溫度。較佳的，配合使用一熱輻射的方式，使得該熱定型可以更加的有效率及穩定，節省能源消耗。
經由上述的製作方法定型後的該聚四氟乙烯樹脂，該聚四氟乙烯多孔膜的一收縮率可以減少至3%以下，使得其一孔隙率的範圍介於百分之70至90之間；一孔徑大小範圍介於100奈米（nm）至450奈米（ nm）之間；以及一厚度介於10微米（μm）至80微米（μm）之間。
於該熱烘箱設置有一對流裝置，該對流裝置於該熱對流空間形成該熱風，該熱風的風速介於每分鐘0.6公尺至每分鐘1.2公尺之間，其中，該熱風之風向相對該聚四氟乙烯多孔膜的其中一面垂直或平行；該熱輻射的方式為，於熱烘箱內裝設有一紅外線加熱板，當該熱風於該熱烘箱內產生對流時，該紅外線加熱板也會被加熱，進而放射一熱輻射，產生二次加熱的效果，不僅可以維持該熱烘箱內部的溫度均勻性，亦可以節省能源的消耗。
該紅外線加熱板可為表面經由一熱輻射層處理之一金屬板，較佳的該金屬板為一不銹鋼板或一鋁板。該一熱輻射層材料可選為一遠紅外線陶瓷塗料或一陽極氧化層，其中，該紅外線加熱板可以發散出波長介於在4至9 微米之間的該遠紅外線。
該遠紅外線陶瓷塗料可選自於由氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇、二氧化鋯、二氧化鈦、二氧化錳、三氧化二鉻、三氧化二鐵、三氧化二鋁、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉬、碳化鎢、碳化硼、碳化矽、矽化鈦、二矽化鎢、二矽化鉬、硼化鋯、硼化鈦、硼化鉻、氮化鋯、氮化鈦、氮化鋯、氮化錋、氮化鋁、氮化矽、鉭、鉬、鎢、鐵、鎳、鉑、銅或鋁組成之群組；該陽極氧化層則為利用一陽極處理使得該鋁板表面氧化形成該陽極氧化層。
請參考圖2，其為利用一熱差分析儀檢測經由本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜A1-A3，以及未經熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜A4-A6之比較圖。可以看到，未經熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜A4-A6於攝氏溫度340至345之間展現了原料該聚四氟乙烯樹脂的高熔融峰特性，而經由本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜A1-A3於攝氏溫度320至338之間展現了該聚四氟乙烯多孔膜的雙熔融峰或單熔融峰之特性。
未經熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜A4-A6因無經由熱定型處理，而展現了原料的高熔融峰特性，相對的本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜A1-A3因接受了熱處理，原料的高熔融峰特性則明顯的相對減少。
請參考圖3，其為利用該熱差分析儀檢測經由本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜B1及B2，以及非經本發明提供的熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜B3及B4比較圖。可以看到，非經熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜B3及B4於攝氏溫度340至345之間仍展現有原料的該聚四氟乙烯樹脂的高熔融峰特性，而經由本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜B1及B2於攝氏溫度320至338之間展現了該聚四氟乙烯多孔膜的雙熔融峰或單熔融峰之特性。
非經本發明提供的熱定型處理的該聚四氟乙烯多孔膜B3及B4，相對經本發明提供的熱定型方式處理的該聚四氟乙烯多孔膜B1及B2，明顯的展現了原料的高熔融峰特性，可以顯然的比較出，本發明提供的熱定型方式可以使得該聚四氟乙烯多孔膜展現更優良的熱定型特徵。
本發明提供的該聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法、設備及其成品，結合該熱對流以及該熱輻射的技術，進而得以確保該聚四氟乙烯多孔膜上的任何一處所承受的一受熱溫度皆相同，有效的穩定該聚四氟乙烯多孔膜周圍的邊界的溫度，且該聚四氟乙烯多孔膜的收縮率可以減少至3%以下，有效控制該聚四氟乙烯多孔膜於熱定型後的品質。
無
圖1為本發明較佳實施例步驟圖
圖2為本發明較佳實施例第一熱差分析檢測圖
圖3為本發明較佳實施例第二熱差分析檢測圖
Claims (5)
- 一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法，其步驟包含：備置一聚四氟乙烯多孔膜於一熱對流空間；於該熱對流空間中提供該聚四氟乙烯多孔膜一熱風，並且形成一熱對流，使得該聚四氟乙烯多孔膜於攝氏溫度250至400度的環境中熱定型；以及於該熱對流空間中提供一熱輻射，使得該熱對流空間產生二次加熱的效果。
- 如請求項1所述之一種聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法，該熱風的風速介於每分鐘0.6公尺至每分鐘1.2公尺之間，該聚四氟乙烯多孔膜的一收縮率於3%以下。
- 如請求項2所述之聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法，該熱風相對該聚四氟乙烯多孔膜的其中一面垂直或平行。
- 如請求項3所述之聚四氟乙烯多孔膜的熱定型方法，該聚四氟乙烯多孔膜的備置方法包含：備有一聚四氟乙烯樹脂，該聚四氟乙烯樹脂與一潤滑助劑混合且預成型成一毛坯；該毛坯於攝氏溫度40至70度以及壓力在23至30百萬帕之間的條件下，擠出形成長度於200至300公分之間且厚度介於0.7至1.3公釐的一寬片；該寬片壓延成厚度於0.1至0.6公釐之間的一薄片，並在攝氏溫度150至250度之間的環境中去除該潤滑助劑；以及利用一雙向拉伸技術，於攝氏溫度200至300度之間的環境中，使得該薄片多孔質化，形成厚度於10微米至80微米之間的一聚四氟乙烯多孔膜，其中經由熱成型後的該聚四氟乙烯多孔膜其包含：一孔隙率範圍介於百分之70至90之間；一孔徑大小範圍介於100奈米至450奈米之間；以及 一厚度介於10微米至80微米之間。
- 一種聚四氟乙烯多孔膜，該聚四氟乙烯多孔膜由請求項1至請求項4任一項方法所製成。
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