热致相分离法制备UHMWPE多孔膜及性能研究

【摘要】聚合物微孔膜材料已被广泛应用于锂离子电池隔膜中,通常采用相分离法或熔体拉伸方法制备。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)依据热诱导相分离机理可以用来制备多孔膜。本论文选用石蜡油(LP)作为稀释剂,首先制备了UHMWPE/LP二元体系的共混物,研究了制备工艺及挤出加工性能,挤出流延成膜后研究了双向拉伸工艺、二次横向拉伸及“萃取-拉伸”工艺顺序对微孔膜结构与性能的影响,得到以下结论：1、在UHMWPE/LP体系中,溶胀温度200℃、密炼机转速90rpm时,UHMWPE能被均匀塑化且没有明显的氧化降解现象。2、UHMWPE/LP共混体系的二元相图中,动态结晶温度随着体系中UHMWPE含量增加而增大,浊点温度则是先减小再增大。两条温度曲线将相图分成三部分,分别是均相液相、两相固液相和两相液-液相。UHMWPE含量10%时,萃取后的微观结构呈现典型的由液液相分离带来的蜂窝状孔结构；UHMWPE含量20%-50%之间,呈现出由UHMWPE结晶带来的固液相分离后典型的球晶内和球晶间孔结构；UHMWPE含量70%以上时,孔明显减少。3、采用高压毛细管流变仪研究了UHMWPE/LP体系加工过程压力振荡现象,结果显示：随着LP含量的增加,压力振荡现象出现先减弱再增加的趋势,当LP含量为30%时挤出平稳；随着挤出温度的升高,压力振荡现象减弱,在175℃下,挤出较为平稳；随着UHMWPE分子量的增加,挤出稳定性下降明显。UHMWPE/LP共混体系呈现典型的假塑性流体行为。4、在先拉伸后萃取制备微孔膜过程中,经过纵向拉伸后的UHMWPE/LP共混流延膜,在横向拉伸过程中应力要明显小于纵向拉伸。拉伸比从110%到120%结晶度无明显变化,拉伸比从130%到150%结晶度降低,大倍率拉伸时球晶被拉伸脱离。随着拉伸倍率增大,透气性能变好,透气率从1141s减少到653s。而孔隙率则变化不大,维持在56%。5、在先拉伸后萃取制备微孔膜过程中,二次横向拉伸过程中随拉伸比增大,透气性能变好,如：双向拉伸比在130%,没有进行二次横向拉伸时,透气率是905s,当二次横向拉伸比从2%增加到10%时,透气率也从870s减小到741s。二次横向拉伸4%时结晶度提高。6、萃取顺序对微孔膜的性能影响很大,主要体现在,相同的拉伸比下,先萃取后拉伸制备的UHMWPE微孔膜,拉伸过程中对应的应力比先拉伸后萃取的大。透气性能也更好,例如,拉伸到110%时,先拉伸后萃取所制备UHMWPE微孔膜透气率为1141s,而先萃取后拉伸的则为143s。
【作者】石文强；
【导师】雷彩红；
【作者基本信息】广东工业大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】超高分子量聚乙烯；微孔膜；流变性；相分离；萃取；

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