原位产生的具有层状孔结构的微孔膜及生产方法技术

一种微孔膜，所述膜包含至少两个分离的层，其中每层的特征是具有由微丝相互连接的节， 所述层由塑性流体在低于任一膜材料的熔点的温度下进行连接，并且 每层的孔结构由膨胀作用在原位形成。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术背景1.专利
本专利技术涉及新型的微孔膜，并且部分涉及膨胀的聚四氟乙烯(PTFE)，或者PTFE和硅氧烷的膨胀互穿高分子网络(IPN)。2.现有技术描述在美国专利3,315,020中，公开了制备PTFE的板状制品的方法，所述制品在未烧结的状态下，在板的主平面的所有方向都具有较高的延伸性和强度。在该方法中，将较大机筒的致密分散等级的PTFE颗粒经过按序排列的两个孔的模中。第一个孔是圆的，正方形的或长方形的孔，而第二个孔是长条形的孔。为了有助于颗粒PTFE的压出，先将其与有机液体润滑剂例如，煤油，VM&P石脑油或同量异位素进行混合。所述润滑剂有助于PTFE颗粒的塑性流动，使其在压力下聚集成粘性的浆料。该挤压方法因此生产出连续和被挥发性的有机液体部分饱和的PTFE料带。在仍被部分饱和的情况下，通常在室温下对PTFE挤出料带进行压延。压延包括将料带在预定距离排列开的夹辊之间进行压制。该距离基本上比进入的挤出料带的厚度要小。由于进入的挤出料带含有润滑剂，并且冷流体易于加工，塑性流体使制品在机器方向的延伸与进入和流出压延机的厚度差成比例。通常，再将流出的挤出料带用热轧辊加热至某一温度，在该温度下有机润滑剂在合理的时间内挥发以生产出干燥的挤出料带。在制造PTFE管-线密封胶材料中，对干燥的挤出料带的进一步定向是用差速轧辊机进行纵向拉伸来完成的。伸展量由第二轧辊对第一轧辊的速度比决定，例如，1.75∶1的比例代表75％的延伸。在生产微孔PTFE膜时，通过使用某设备例如拉幅机架等将沿纵向定向的挤出料带在横向进行拉伸。拉幅机架是这样一种装置，它由可抓住料带两边的夹紧输送器组成。当输送器移动进入管型炉中时，它们彼此进一步分开。在炉的终端夹子放开。这样在较高温度下挤出料带在横向以连续的方式进行拉伸，并且可以容易地卷成卷。当除去有机润滑剂并且将PTFE挤出料带进行拉伸时，该材料并不像普通塑料那样变薄。而是，PTFE具有不寻常的性能，它能进行一种被称作原纤化作用的内部断裂过程。PTFE最初是粘性的整体。在开始施加拉伸应力时，该整体断裂或被称作节的团块物。这些节互相用微丝相连接，所述微丝基本上是从节上拉出的定向的PTFE分子束。因此该物质就变成了多孔性的，其孔的构造由节和微丝决定的空间所确定。在这种方式下，拉伸量以及纵向和横向拉伸的比例控制了孔的结构。当拉伸程度加深时，节断裂为更小的结构并且产生了更大量的微丝。这样就产生了多孔性，但是总体尺寸可能并没有显著的变化。在膜生产中，板材可能被拉伸了几十倍，但仅减小了一半厚度，这就导致了总体积的净增长。因此，将PTFE拉伸到原纤化结构的过程被称作膨胀。这种效果证明一些形式的膨胀PTFE板在与板的主平面垂直的方向上具有负的泊松(Poisson)比(Cherfas，1990)。原纤化作用的一个并列的效果是拉伸的增加并不一定产生较大的孔，实际上却可能减少终产品的平均孔尺寸。相对少量的较大的孔被较大量的小孔所取代。对于由拉幅机架生产出的双轴向膨胀的PTFE，大量的纵向拉伸一般产生相对较小孔尺寸的终产品。但是，如果在各方向的拉伸都达到最大量，当PTFE节的量被用尽时，这种膜的孔尺寸最终增大。在这一点上，整体物质表现出较大的塑性，并且进一步的拉伸仅拉长了微丝并且增加了节之间的距离，直至微孔产生。PTFE分散级树脂是大约95％的结晶体，并且具有非常高的熔化粘性。当加热至高于327℃的温度时，PTFE微晶变形为无定形的聚合物。当冷却至低于327℃时，部分液体结构保留下来，这样与原来的PTFE相比增加了熔化的PTFE的无定形含量。这样对聚合物先加热随后冷却的过程称作烧结作用。对成型的微孔PTFE结构的烧结作用对聚合物产生了热固效果，这样就使形状得以保留并保证了热稳定性。一般通过在拉幅机设备的最终阶段产生一高温区来烧结微孔PTFE膜。在现有技术中生产PTFE挤出物的过程中，在生产具有满意的分子定向的均一的压出物以利于充分的横向拉伸方面存在困难。挤出料带的分子定向很大程度上受聚合物组成的流变性能，施加于系统的压力，以及模的设计的影响。由于其不同的物理和分子特性，不同等级的PTFE树脂提供了特定的流变条件，因此即使在相同的挤出条件下，不同等级的树脂则产生出不同程度的分子定向。PTFE挤压系统很复杂并且难于控制。这些困难的实例可见于美国专利4,187,390。在美国专利4,945,125中，公开了生产PTFE的原纤化IPNs及聚有机硅氧烷的方法。IPNs可用顺序法或同时法生成。同时法包括将聚硅氧烷组份与用于挤压作用的有机润滑剂预混和，然后将硅氧烷/润滑剂的混合物分散到颗粒状PTFE树脂中，再在与现有技术中相同的条件下将所述树脂进行挤压。人们发现硅氧烷的存在能有利于此类IPN产品的挤压作用及分散作用，硅氧烷在分子定向中显然充当了内部润滑剂的作用，并且在有机润滑剂挥发后在节/微丝的形成中也起了作用。如果生产得当，IPN产品比常规的PTFE产品具有较高的强度和均一性。在生产微孔PTFE膜或微孔IPN膜的现有技术中，在板材的厚度方向上孔的结构是同一的。这是由于(a)在挤出板材的厚度方向上聚合物的组成，以及流变挤压条件是同一的，(b)压延过程引起的定向均一施加于整个挤出料带上，(c)挤出物在任一方向上的膨胀均匀地施加于板材的厚度方向上，以及(d)烧结影响着膨胀膜的全部微观结构。本领域技术人员也许熟悉几种将具有不同厚度和孔结构的膜进行叠层的方法，例如粘性叠层或热连接。对于粘性连接，两层或多层微孔膜粘在一起，得到所需要的孔尺寸梯度。这类粘合作用所具有的阻断气流或气流的有害作用与粘合剂所覆盖的面积成比例。在需要的条件下这类粘合系统易于脱层。热连接是依赖于热和压力以实现叠层的方法。这种方法对于具有很高的熔点及/或粘性的类PTFE聚合物特别不适用。但是，在足够的压力和温度下，微孔PTFE或PTFE/硅氧烷IPN膜能够叠在一起。但是，这类条件所引起的变形对膜的微观结构会有不利影响。热连接的膜也易于脱层，这是由于两层的连接只是表面上的，因为连接的程度取决于每层膜的节点之间的接触点的数量以及熔化的物流所达到的程度。PTFE的高的熔化粘性限制了该项技术的使用。本专利技术概述我们已经发现通过在压延过程中长久地将两层或多层挤出料带连接在一起，可以将PTFE或PTFE/硅氧烷IPN膜的孔结构小心控制在层化状态。通过使用不同的挤出物组成，由挤压和压延引起的分子定向的程度对于每层可以不同。因为在叠层时至少有一层挤出料带仍然被有机润滑剂部分饱和，冷物流很容易达到并且容易达到长久的连接。层化的挤出料带的任何随后的膨胀将在每层产生完全不同的或不同的构造的孔结构。结果，终产品实际上是具有层化孔结构的单层膜而不是不同膜的叠层。如果在压延一连接前对一层或多层挤出料带进行不同量的纵向和/或横向拉伸，那么这种效果将会更加明显。每层的厚度取决于叠层前被压延的程度，并且对产品的每层可以有所不同。人们进一步设想在叠层作用前对层化料带的每层用表面活性剂等进行单独修饰，以生产出在每面具有不同的表面性能的微孔板材。并且，通过按序重复该方法可以生产出多层的物品。另外，可将具有相同聚合物组成的多个薄层叠在一起，以使挤出料带的膨胀厚度大于用给定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·E·狄龙，理查德·布兰迪马尔特，雷蒙德·E·特里格里奥，
申请(专利权)人：比奥梅达科学公司，
类型：发明
国别省市：