一种etfe耐高温隔离膜及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种etfe耐高温隔离膜及其制备方法和应用 (ETFE high-temperature-resistant isolating membrane and preparation method and application thereof ) 是由 胡仲杰 王兆光 岑婵芳 刘杰 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种ETFE耐高温隔离膜及其制备方法和应用,所述制备方法包括以下步骤：(1)原料配制；(2)熔融挤出；(3)坯料冷却；(4)冷却定型；(5)后处理。本发明的ETFE耐高温隔离膜的制备方法过程简单,易于操作,产品质量易于控制,成本低,制备出来的隔离膜厚度均匀,表面光泽度好,拉伸性能优异,可以一次性从固化后的复合材料表面剥离,无扯烂或残留。本发明制备的ETFE耐高温隔离膜可用作玻纤/碳纤复合材料成型制作过程中的隔离膜。(The invention provides an ETFE high-temperature resistant isolating membrane and a preparation method and application thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: (1) preparing raw materials; (2) melt extrusion; (3) cooling the blank; (4) cooling and shaping; (5) and (5) post-treatment. The preparation method of the ETFE high-temperature resistant isolating membrane has the advantages of simple process, easy operation, easy control of product quality, low cost, uniform thickness of the prepared isolating membrane, good surface gloss and excellent tensile property, can be peeled from the surface of the cured composite material at one time, and has no tear or residue. The ETFE high-temperature resistant isolating membrane prepared by the invention can be used as an isolating membrane in the forming and manufacturing process of a glass fiber/carbon fiber composite material.)
技术领域
本发明属于复合材料用隔离膜领域，涉及一种ETFE耐高温隔离膜及其制备方法和应用。
背景技术
ETFE是英文Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer的缩写，中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，俗称氟塑树脂，是四氟乙烯与乙烯按一定比例共聚而成，是一种无色、透明的颗粒状结晶体，其具有极好的耐磨性、耐高温性、耐化学性和电绝缘性能。
传统的ETFE隔离膜生产工艺包括模压烧结坯料、机床切削成膜、延压收卷制成，该生产工序多，工艺难以控制，而且产量偏低，不能满足现代社会的生产要求。随着复合材料在航空航天、汽车制造等领域上广泛的应用，对耐高温ETFE隔离膜的市场需求也急剧增加。
CN103660108A公开了一种PTFE耐高温隔离膜的流延生产工艺，包括以下步骤：(1)原料配制；(2)原料挤出；(3)坯料冷却；(4)冷却定型；(5)牵引展平；(6)切边收卷；(7)检验包装。该发明的有益效果在于：工艺简单，易于操作，产品质量易于控制，成本低，制备出来的薄膜厚度均匀，表面光泽度好，各向拉伸强度相当，抗撕裂性好，可以一次性从固化后的复合材料表面剥离，无扯烂或残留。但该发明并未给出PTFE耐高温隔离膜的拉伸强度性能以及抗撕裂性能。
因此，在本领域中，期望开发一种快速生产ETFE隔离膜的生产工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种ETFE耐高温隔离膜及其制备方法和应用。本发明的制备方法过程简单，易于操作，产品质量易于控制，成本低。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为300℃～350℃(例如300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃等)，模头唇口间隙为0.02mm～0.07mm(例如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm或0.07mm等)，模头的挤出温度为300℃～350℃(例如300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃等)，气刀的气压为0.2MPa～0.7MPa(例如0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa或0.7MPa等)，气刀出气口与冷却辊之间的距离为15mm～70mm(例如15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm或70mm等)；
(3)将步骤(2)得到的挤出坯料膜冷却，得到粗坯料；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在90℃～150℃，例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等；
(5)将步骤(4)得到的隔离膜坯进行后处理，得到所述ETFE耐高温隔离膜。
在本发明中，ETFE耐高温隔离膜的制备方法过程简单，易于操作，产品质量易于控制，成本低，制备出来的隔离膜厚度均匀，表面光泽度好，各向拉伸强度相当，抗撕裂性好，可以一次性从固化后的复合材料表面剥离，无扯烂或残留。
在本发明中，步骤(2)熔融挤出过程，模头温度主要决定溶体流动性能，模唇间隙影响流体从模头挤出的流量，从而影响薄膜厚度，若模头唇口间隙小于0.02mm，会导致ETFE薄膜易形成褶皱，若模头唇口间隙大于0.07mm，流体流量过大，造成ETFE薄膜厚度过大，后续不易拉伸至所需厚度，影响最终的膜性能。
在本发明中，步骤(4)冷却定型过程，将冷却辊筒的温度控制在90℃～150℃，可使得薄膜得到梯度的冷却定型，膜结构及膜面更加优良，若冷却辊筒的温度低于90℃，骤冷状态不易薄膜结构的建立，表面出现连续条纹等现象，从而影响其性能，若冷却辊筒的温度高于150℃，薄膜未得到充分的冷却，后续段易发生拉伸等现象，影响其透明度、拉伸强度及薄膜幅宽。
优选地，以原料的质量为100％计，步骤(1)所述ETFE树脂的含量为70％～99％(例如70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％等)，所述色母的含量为0.5％～10％(例如0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等)，所述加工助剂的含量为0.5％～20％，例如0.5％、1％、5％、10％、15％、18％或20％等。
优选地，所述ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为5～15g/10min，例如5g/10min、8g/10min、10g/10min、13g/10min或15g/10min等。
优选地，所述加工助剂包括增强剂和/或润滑剂。
优选地，步骤(3)所述冷却为经过冷却辊冷却。
优选地，所述冷却辊与T型模头之间的间隙为15mm～70mm，例如15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm或70mm等。
优选地，所述冷却辊的转速为15～35m/min，例如15m/min、20m/min、25m/min、30m/min或35m/min等。
优选地，步骤(5)所述后处理包括牵引展平和切边收卷。
优选地，所述牵引展平包括以下步骤：将隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为90℃～150℃，例如90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等。
优选地，所述收卷的速度为15～35m/min，例如15m/min、20m/min、30m/min或35m/min等。
优选地，所述切边收卷后还包括检验包装。
优选地，步骤(5)所述ETFE耐高温隔离膜的厚度为15μm～50μm，例如15μm、20μm、30μm、40μm或50μm等。
第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的制备方法制备得到的ETFE耐高温隔离膜。
第三方面，本发明提供第二方面所述的ETFE耐高温隔离膜在复合材料成型制作过程中的应用。
优选地，所述复合材料包括玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的ETFE耐高温隔离膜的制备方法过程简单，易于操作，产品质量易于控制，成本低，制备出来的隔离膜厚度均匀，表面光泽度好，拉伸强度(纵向：50-77MPa，横向：30-59MPa)及断裂伸长率(纵向：180％-240％，横向：210％-310％)优异，可以一次性从固化后的复合材料表面剥离，无扯烂或残留。本发明制备的ETFE耐高温隔离膜可用作玻纤/碳纤复合材料成型制作过程中的隔离膜。
附图说明
图1为本发明实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为300℃，模头唇口间隙为0.02mm，模头的挤出温度为300℃，气刀的气压为0.7MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为15mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为15mm，冷却辊的转速为15m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在90℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为90℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为15m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为15μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为70％，色母的含量为10％，加工助剂的含量为20％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为5g/10min，加工助剂为增强剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
实施例2
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为350℃，模头唇口间隙为0.07mm，模头的挤出温度为350℃，气刀的气压为0.2MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为70mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为70mm，冷却辊的转速为35m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在150℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为150℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为35m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为50μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为99％，色母的含量为0.5％，加工助剂的含量为0.5％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为15g/10min，加工助剂为润滑剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
实施例3
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为340℃，模头唇口间隙为0.05mm，模头的挤出温度为340℃，气刀的气压为0.5MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为20mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为20mm，冷却辊的转速为25m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在120℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为110℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为25m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为35μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为80％，色母的含量为1％，加工助剂的含量为19％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为8g/10min，加工助剂为增强剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
实施例4
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为330℃，模头唇口间隙为0.03mm，模头的挤出温度为330℃，气刀的气压为0.6MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为30mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为30mm，冷却辊的转速为20m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在140℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为120℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为20m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为20μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为85％，色母的含量为5％，加工助剂的含量为10％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为10g/10min，加工助剂为润滑剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
实施例5
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为310℃，模头唇口间隙为0.06mm，模头的挤出温度为310℃，气刀的气压为0.4MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为50mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为40mm，冷却辊的转速为30m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在110℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为130℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为30m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为45μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为90％，色母的含量为3％，加工助剂的含量为7％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为13g/10min，加工助剂为增强剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
实施例6
在本实施例中提供一种ETFE耐高温隔离膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)原料配制
将ETFE树脂与色母、加工助剂预混，得到原料；
(2)熔融挤出
将步骤(1)得到的原料加入挤出机熔融，由流延机T型模头挤出，经气刀均匀吹起贴合于流延冷却辊筒，得到挤出坯料膜，其中，熔融温度为320℃，模头唇口间隙为0.05mm，模头的挤出温度为320℃，气刀的气压为0.5MPa，气刀出气口与冷却辊之间的距离为60mm；
(3)坯料冷却
将步骤(2)得到的挤出坯料膜经过冷却辊冷却，得到粗坯料，其中，冷却辊与T型模头之间的间隙为50mm，冷却辊的转速为30m/min；
(4)冷却定型
将步骤(3)得到的粗坯料经过冷却辊筒定型，得到隔离膜坯，其中，冷却辊筒通导热油冷却，经过冷却辊筒内部冷热交换器后，使冷却辊筒的温度控制在130℃；
(5)牵引展平
将步骤(4)得到的隔离膜坯通过模头流延，经冷却辊冷却后，得到隔离膜半成品，其中，冷却辊温度为140℃；
(6)切边收卷
将步骤(5)得到的隔离膜半成品进行切边收卷，得到隔离膜成品，其中，收卷的速度为30m/min；
(7)检验包装
将步骤(6)得到的隔离膜成品进行检验包装，得到ETFE耐高温隔离膜，其中，ETFE耐高温隔离膜的厚度为40μm。
其中，以原料的质量为100％计，步骤(1)中ETFE树脂的含量为91％，色母的含量为8％，加工助剂的含量为1％；ETFE树脂在335℃/5kg条件下的熔融指数为10g/10min，加工助剂为润滑剂。
本实施例中ETFE耐高温隔离膜的制备方法流程图如图1所示。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(2)熔融挤出过程中模头唇口间隙为0.01mm，其他条件与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(2)熔融挤出过程中模头唇口间隙为0.1mm，其他条件与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(4)冷却定型过程中冷却辊筒的温度控制在80℃，其他条件与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1不同之处仅在于，步骤(4)冷却定型过程中冷却辊筒的温度控制在160℃，其他条件与实施例1相同。
对实施例1-6以及对比例1-4制备的ETFE耐高温隔离膜进行性能测试，测试方法如下：
(1)拉伸性能：按照ASTM D882-10的方法进行测试；
(2)厚度：按照GB/T 6672的方法，使用测厚仪进行测试。
性能测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，实施例1-6制备的ETFE耐高温隔离膜具有合适的厚度(15-50μm)以及优异的拉伸强度(纵向：50-77MPa，横向：30-59MPa)和断裂伸长率(纵向：180％-240％，横向：210％-310％)。
与实施例1相比，对比例1制备的ETFE耐高温隔离膜厚度较小，拉伸强度和断裂伸长率均明显降低，这是因为对比例1中步骤(2)熔融挤出过程中模头唇口间隙过小造成薄膜过薄、易撕裂、不易成型；对比例2制备的ETFE耐高温隔离膜，虽然其拉伸性能有所提高，但由于其厚度过大，并不适用于客户所需场景。
与实施例1相比，对比例3制备的ETFE耐高温隔离膜厚度没有变化，但其拉伸强度和断裂伸长率均稍微下降，对比例4制备的耐高温隔离膜厚度没有变化，虽然其断裂伸长率稍有提高，但其拉伸强度稍有下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的ETFE耐高温隔离膜及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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