專利名稱：聚四氟乙烯微孔薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝及自動(dòng)控制技術(shù)，屬氟塑料制造技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過(guò)改進(jìn)原料配方工藝以及在生產(chǎn)過(guò)程中配置在線連續(xù)測(cè)量和控制技術(shù)，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量(均勻度誤差小于5％)、大門幅(門幅可大于2米)、連續(xù)長(zhǎng)度可超過(guò)800米的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜(厚度可根據(jù)要求從1絲到8絲不等)，滿足了不同使用場(chǎng)合的要求。
本發(fā)明聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜自動(dòng)化生產(chǎn)工藝技術(shù)主要包括原料混合，預(yù)壓成型，擠壓延伸，高溫脫脂，雙向擴(kuò)幅拉伸，高溫固化定型和成品收卷等工藝。其中，在原料混合生產(chǎn)工藝中，本發(fā)明改進(jìn)了原料混合前的原材料配方。鑒于可使用的聚四氟乙烯(PTFE)含有多種牌號(hào)，不同牌號(hào)的聚四氟乙烯(PTFE)具有不同的分子量分布及其它特性，本發(fā)明通過(guò)篩選，選擇使用分子量在230萬(wàn)-500萬(wàn)、粒徑在0.2-0.4微米的聚合物，并配以不同的溶劑組分，構(gòu)成3元或大于3元的混合組分，并針對(duì)不同用途，確定不同的工藝配方與相對(duì)應(yīng)的工藝操作條件。微孔薄膜制作的工藝過(guò)程如下1.原料混合將聚四氟乙烯(PTFE)樹脂+溶劑+分散劑按一定的比例進(jìn)行充分混合。本發(fā)明改進(jìn)采用的溶劑為航空3號(hào)噴氣燃料，是一種烴類有機(jī)物，占配方混合原料的25％-43％重量百分比；分散劑為1501抗靜電劑(烷基水氧酸鉻與丁二酸異辛脂磺酸鈣復(fù)合物)，其組份隨溶劑變化而變化，占溶劑的0.1％-0.25％重量百分比。配方原料在40℃下進(jìn)行充分、均勻混合，混合攪拌器轉(zhuǎn)速低于2轉(zhuǎn)/分。
2.混合后的原材料進(jìn)入模具進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓油壓缸壓力為0.4兆帕(MPa)，預(yù)壓溫度為65℃，形成直徑12厘米的柱型模胚。
3.模胚進(jìn)入擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓缸溫度為85-95℃，擠壓形成片狀長(zhǎng)帶(片膜寬度大于250毫米，厚度0.1-0.4毫米)。
4.擠壓后的膜片進(jìn)入脫脂箱進(jìn)行脫脂。脫脂溫度為180℃，停留時(shí)間為0.2-1.0秒。
5.脫脂后的聚四氟乙烯(PTFE)基帶進(jìn)入擴(kuò)幅機(jī)，經(jīng)擴(kuò)幅機(jī)雙向拉伸，生成高質(zhì)量(均勻度誤差小于5％)、大門幅(門幅可大于2米)的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜，厚度為1-8絲。在本工藝中，配置了生產(chǎn)過(guò)程的在線實(shí)時(shí)測(cè)量和控制，并采用了溫度、拉伸速度挑速的計(jì)算機(jī)控制。
6.最后，在320-360℃高溫下，經(jīng)固化定型，制成聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)工藝比較，本發(fā)明混合原料配方使用的溶劑為航空噴氣燃料，不同于傳統(tǒng)溶劑石蠟油，這樣既改進(jìn)了聚四氟乙烯(PTFE)薄膜微孔孔徑的均勻度，又方便了薄膜產(chǎn)品的工藝處理。混合原料配方中的分散劑也根據(jù)溶劑組分比例的變化而相應(yīng)變化。其次，從上述生產(chǎn)工藝可知，聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜系采用雙向拉伸方法制作。為保證獲得均勻薄膜，本發(fā)明在聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，配置了在線薄膜厚度連續(xù)快速測(cè)定，并在拉伸力和薄膜回彈力之間找到最佳平衡點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)控制，從而制造成均勻、合格的大面積薄膜。本發(fā)明中使用的計(jì)算機(jī)控制，其硬件為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)，這種控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程，但將分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)用于聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜的制造，關(guān)鍵是要編制合適的控制軟件。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)采樣周期在5秒到0.5秒之間自由選擇?？紤]到薄膜生產(chǎn)過(guò)程中整個(gè)薄膜厚度是互相關(guān)聯(lián)的，難以獲得理想的效果。本發(fā)明將多變量解耦控制成功地引入微孔薄膜的生產(chǎn)，獲得了優(yōu)良的控制效果。此外，本發(fā)明控制系統(tǒng)采用前饋+反饋的控制方式，有效地克服了擾動(dòng)的影響。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)的使用給操作人員帶來(lái)了極大的方便，具有直觀、清晰的屏幕顯示及完整的操作結(jié)果打印。
解耦控制原理簡(jiǎn)述如下對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)一般有狀態(tài)方程式X＝AX+Bu，Y＝CXX=X1X2··Xn]]> B=00···1]]>X狀態(tài)變量；A狀態(tài)矩陣；B輸入矩陣；U輸入變量；Y輸出變量；C輸出矩陣C＝{1 0 0 … 0}在此，假設(shè)X表示為薄膜的厚度變量，當(dāng)對(duì)某一個(gè)厚度Xi進(jìn)行調(diào)整時(shí)，會(huì)對(duì)旁邊的厚度造成干擾，用簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)無(wú)法獲得滿意的效果，這就需要我們采用先進(jìn)的控制方法克服狀態(tài)變量之間的相互耦合，實(shí)現(xiàn)精確控制才能獲得滿意的控制效果。為此，采用了下面的解耦控制方法在原系統(tǒng)中信號(hào)A的變化將通過(guò)耦合關(guān)系影響到狀態(tài)B的變化，好象存在一個(gè)通過(guò)干擾通道傳遞函數(shù)Gf2起作用的干擾信號(hào)。同樣，信號(hào)B的變化通過(guò)耦合影響到狀態(tài)A。在全部膜厚度控制中，互相影響難以獲得理想的控制質(zhì)量。通過(guò)引入解耦矩陣D，正確選擇D11，D12，D21，D22，就可以進(jìn)行補(bǔ)償，消除相互之間的耦合影響，如果能夠在傳遞函數(shù)中使X1(或X2)與Xs2(或Xs1)之間的影響為零(即分子項(xiàng)為零)，則達(dá)到了消除耦合的影響。對(duì)解耦控制來(lái)說(shuō)，選擇D11，D12，D21，D22是關(guān)鍵，但基礎(chǔ)是要準(zhǔn)確了解對(duì)象系統(tǒng)的傳遞函授，這樣才能使補(bǔ)償有效，獲得滿意的控制質(zhì)量。
解耦控制補(bǔ)償原理如下一.原系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為X1=G1G111-G1G11-G2G22+G1G11G2G22Xs1+G2G121-G1G11-G2G22+G1G11G2G22Xs2]]>X2=G2G221-G1G11-G2G22+G1G11G2G22Xs2+G1G211-G1G11-G2G22+G1G11G2G22Xs1]]>
從上面?zhèn)鬟f函數(shù)的式子里可以看到，由于G12及G21的存在不等于零，式子中第二項(xiàng)不為零，出現(xiàn)交叉耦合現(xiàn)象。
Gf1，Gf2為干擾通道傳遞函數(shù)，對(duì)狀態(tài)之間耦合造成的影響，也可以認(rèn)為是其它狀態(tài)變量的變化對(duì)該對(duì)象造成的干擾。通過(guò)引入解耦矩陣D，并通過(guò)合適的解耦矩陣元素，對(duì)狀態(tài)之間的相互干擾進(jìn)行補(bǔ)償，使當(dāng)發(fā)生某一狀態(tài)超出要求范圍時(shí)，改變控制作用，可對(duì)這一狀態(tài)進(jìn)行控制而不對(duì)其它狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)干擾，具體對(duì)偶矩陣中的元素計(jì)算方法，下面進(jìn)一步予以說(shuō)明。
二.解耦系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 其中特征式＝1-G1D11G11-G2D11G22-G1D11G21G2D22G12-G1D21G22G2D12G11-G2D12G11G1D21G22-G2D22G12G1D11G21+G1D11G11G2D22G22在上面二個(gè)式子中，如果選擇合適的D11，D12，D21，D22，就可以進(jìn)行補(bǔ)償，消除相互之間的耦合影響，即D11，D12，D21，D22的選擇使上二式中后一項(xiàng)的分子為零。即G2D12G11+G2D22G12＝0與G2D12G11+G2D22G12＝0這個(gè)設(shè)置是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的參數(shù)軟件編制設(shè)定。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，改進(jìn)、完善了制造聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜的工藝技術(shù)。提供的三元原料配方以及將分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)用于聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜制造，不但獲得了具有良好延伸性能的基礎(chǔ)材料，而且已制成厚度在1-8絲可調(diào)的，大幅度(寬1.5-2.4米)，連續(xù)長(zhǎng)度達(dá)800米以上的均勻微孔薄膜。生產(chǎn)的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜均勻度誤差小于5％。是一種聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)的實(shí)用工藝技術(shù)。


圖1是本發(fā)明生產(chǎn)工藝過(guò)程框圖，其中，1是原料混合，2是預(yù)壓成型，3是擠壓延伸，4是高溫脫脂，5是雙向擴(kuò)幅拉伸，6是高溫固化定型，7是成品收卷。
圖2是本發(fā)明擠壓延伸，高溫脫脂工藝示意圖。其中，8是油壓汽缸，9是擠壓活塞缸，10是擠壓輪，11是聚四氟乙烯(PTFE)基帶，12是導(dǎo)向輥，13是脫脂烘箱。
圖3是本發(fā)明雙向拉伸擴(kuò)幅，固化定型及自動(dòng)控制工藝示意圖。其中，14是計(jì)算機(jī)控制臺(tái)，15是電氣操作控制柜，16是電氣連接線纜，17是加熱控制區(qū)，18是高溫固化區(qū)，19是縱向拉伸，20是連續(xù)雙向拉伸，21是橫向拉伸。
圖4是采用本發(fā)明方工藝技術(shù)造的高質(zhì)量大門幅聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜顯微照片。其中，22是聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜。
1.首先進(jìn)行配料原材料混合，將聚四氟乙烯(PTFE)樹脂+溶劑+分散劑按30∶10∶1比例配料混合。其中，溶劑為航空3號(hào)噴氣燃料，分散劑為1501抗靜電劑(烷基水氧酸鉻與丁二酸異辛脂磺酸鈣復(fù)合制成)，配方原料在40℃下進(jìn)行充分、均勻混合，混合用攪拌器轉(zhuǎn)速低于2轉(zhuǎn)/分。
2.混合后的原料進(jìn)入模具進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓油壓缸8壓力為0.4兆帕(MPa)，預(yù)壓溫度為65℃，形成直徑12厘米的柱型模胚。
3.模胚進(jìn)入擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓缸9溫度為85-95℃，經(jīng)擠壓輪10擠壓形成片狀長(zhǎng)基帶11(寬度大于250毫米，厚度0.1-0.4毫米)。
4.擠壓后生產(chǎn)出來(lái)的膜片由導(dǎo)向棍12導(dǎo)入脫脂箱13進(jìn)行脫脂。脫脂溫度為180℃，停留時(shí)間為0.2-1.0秒。
5.脫脂后的聚四氟乙烯(PTFE)基帶11進(jìn)入擴(kuò)幅機(jī)，經(jīng)過(guò)縱向19和橫向21連續(xù)雙向拉伸20以及工藝過(guò)程在線實(shí)時(shí)厚度、溫度測(cè)量，由電氣連接線纜16輸入計(jì)算機(jī)控制臺(tái)14，并由電氣操作控制柜15通過(guò)電氣連接線纜16控制加熱控制區(qū)17溫度及涉及生成過(guò)程溫度、油壓、縱向19和橫向21拉伸速度挑速電機(jī)調(diào)速的計(jì)算機(jī)控制，從而生成高質(zhì)量(均勻度誤差小于5％)、大門幅(門幅可大于2米)的四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜22，厚度為1-8絲。
6.最后，在320-360℃高溫固化區(qū)18，將生成的四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜22固化定型成產(chǎn)品。
在上述實(shí)施制造中，聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜22采用雙向拉伸方法制作。為了獲得均勻薄膜，本實(shí)施例配置連續(xù)在線快速測(cè)定薄膜厚度，并在拉伸力和薄膜回彈力之間找到最佳平衡點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)控制。本實(shí)施例計(jì)算機(jī)控制的硬件為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)，將分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)用于微孔薄膜制造，關(guān)鍵在于編制控制軟件。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)其采樣周期在5秒到0.5秒之間自由選擇?？紤]到薄膜生產(chǎn)過(guò)程中整個(gè)薄膜厚度是互相關(guān)聯(lián)的，難以獲得理想的效果。本發(fā)明將多變量解耦控制成功地引入微孔薄膜的生產(chǎn)，獲得了優(yōu)良的控制效果。分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)還采用了前饋+反饋的控制方式，有效地克服了擾動(dòng)的影響，分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)的使用給操作人員帶來(lái)了極大的方便。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)還具有直觀、清晰的屏幕顯示及完整的操作結(jié)果打印。
權(quán)利要求
1.一種聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)，包括原料混合，預(yù)壓成型，擠壓延伸，高溫脫脂，雙向擴(kuò)幅拉伸，高溫固化定型和成品收卷等工藝，其特征在于聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜制造工藝技術(shù)為a.原料混合將聚四氟乙烯(PTFE)樹脂+溶劑(航空3號(hào)噴氣燃料)+分散劑(1501抗靜電劑)按比例在40℃下進(jìn)行充分、均勻混合，混合時(shí)攪拌器轉(zhuǎn)速低于2轉(zhuǎn)/分；b.混合后的原料進(jìn)入模具進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓油壓缸壓力為0.4兆帕(MPa)，預(yù)壓溫度為65℃，形成直徑12厘米的柱型模胚；c.模胚進(jìn)入擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓缸溫度為85-95℃，擠壓形成片狀長(zhǎng)帶(寬度大于250毫米，厚度0.1-0.4毫米)；d.擠壓后的膜片進(jìn)入脫脂箱進(jìn)行脫脂，脫脂溫度為180℃，時(shí)間為0.2-1.0秒；e.脫脂后的聚四氟乙烯(PTFE)基帶進(jìn)入擴(kuò)幅機(jī)，并在線實(shí)時(shí)測(cè)量和控制，由計(jì)算機(jī)對(duì)溫度、拉伸速度挑速進(jìn)行控制，經(jīng)過(guò)雙向拉伸，生成高質(zhì)量(均勻度誤差小于5％)、大門幅(門幅可大于2米)的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜，薄膜厚度為1-8絲；f.在320-360℃高溫下，固化定型聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)，其特征在于采用的溶劑為航空3號(hào)噴氣燃料，占混合配料25％-43％重量百分比；分散劑為1501抗靜電劑(烷基水氧酸鉻與丁二酸異辛脂磺酸鈣復(fù)合物)，組份配比隨溶劑變化而變化，占溶劑的0.1％-0.25％重量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)，其特征在于雙向拉伸擴(kuò)幅工藝中配置有在線實(shí)時(shí)測(cè)量和控制，以及對(duì)溫度、拉伸速度挑速進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)，其特征在于計(jì)算機(jī)控制硬件為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)，軟件為通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)軟件編制設(shè)定的多變量解耦控制設(shè)置以及前饋+反饋控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜生產(chǎn)工藝及自動(dòng)控制技術(shù)，包括原料混合，預(yù)壓成型，擠壓延伸，高溫脫脂，雙向擴(kuò)幅拉伸，高溫固化定型和成品收卷。為了生產(chǎn)微孔比較均勻的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，本發(fā)明在聚四氟乙烯(PTFE)樹脂+溶劑+分散劑混合原料中采用了航空3號(hào)噴氣燃料為溶劑，1501抗靜電劑為分散劑，在40℃下進(jìn)行充分、均勻混合，同時(shí)輔以實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，計(jì)算機(jī)控制，從而生產(chǎn)成高質(zhì)量(均勻度誤差小于5％)、大門幅(門幅可大于2米)、連續(xù)長(zhǎng)度可超過(guò)800米的聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜(厚度可根據(jù)要求從1絲到8絲)，滿足了不同場(chǎng)合的使用需求。
文檔編號(hào)B29C55/12GK1392180SQ0211235
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2002年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者石錚錚, 黃河 申請(qǐng)人:上海優(yōu)天高新材料有限公司