黏性包覆原理用于制备iPP/PE-HD/iPP三层微孔膜
发布时间：2021-08-17 11:46
利用"黏性包覆"原理,通过毛细管流变仪详细研究了多相体系在流场中的分相机制和控制方法,基于单螺杆挤出流延机组制备了具有等规聚丙烯/高密度聚乙烯/等规聚丙烯（iPP/PE-HD/iPP）结构的三层膜。结果表明,将iPP、PE-HD预混,可以得到不同相结构的iPP/PE-HD共混膜;三层片材中PE-HD的实际面积为94%,三层膜的孔隙率可达51. 82%,含有25%iPP的具有双连续相结构的共混膜的微孔分布更加均匀;研究发现牵引比为50时,大孔含量高达84%;探究了共混微孔膜的成孔机理,揭示了三层膜中iPP和PE-HD过渡层成孔的复杂性,论证了过渡层晶体结构和微孔形貌对三层膜性能的重要性。
【文章来源】：中国塑料. 2020,34(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同牵引比下P25预制膜的DSC曲线
iPP与PE-HD较大的黏度比是形成包覆结构的关键，图1(a）为不同剪切速率下iPP和PE-HD的剪切黏度曲线，随着剪切速率的增加，剪切黏度逐渐变小。图1(b）直观地反应了在不同剪切速率下PE-HD与iPP的黏度比，高剪切速率下，PE-HD与iPP的黏度比直线下降，熔体流动速率过快，不利于包覆结构的形成，因此剪切速率低于200 s-1是较好的选择。根据黏性包覆原理，先在高压毛细管中通过调整长径比、黏度比以及剪切速率，形成了较为完善的由低黏度的iPP包覆着高黏度的PE-HD的包覆结构，如图2所示。当温度升至140℃时，低熔点的PE-HD熔融，在偏振模式下显示为“暗场”，出现在圆心周围，少部分分散在圆周；而iPP未发生变化，即所见的晶体皆为iPP晶体，规整地分布在PE-HD的周围，形成包覆结构。要制备这种由低黏物料包覆高黏物料的“包覆结构”，除了物料要有一定黏度差异外，加工参数对该包覆结构的形成也极为重要。在高压毛细管流变仪中进行实验时，控制长径比，可以形成不同完善程度的“包覆结构”。图2为剪切速率为45 s-1、不同口模长径比下的样品截面PLM照片。随着口模长径比的增加，包覆结构逐渐得到完善，PE的Ap逐渐上升，这是因为更长的流动路径，让2种聚合物大分子有更多的时间发生迁移，进行分层流动。当口模长径比为2时，由于流动时间较短，物料来不及迁移分层就已经离开口模，因此分相效果较差；当口模长径比增加到16时，得到了具有明显包覆结构的样品，此时PE-HD的Ap增加到73.5%，如图3所示，比口模长径比为2的样品提高了99%。长径比进一步增加到50，此时的PE-HD的Ap高达84.6%。但是，考虑到长径比过长会带来实际加工难度提高等问题，所以长径比为16是本实验的最佳选择。根据在毛细管流变仪上研究的多相体系在流场中的分相机制和控制方法等数据，进一步在单螺杆挤出流延机组上成功地制备了具有iPP/PE-HD/iPP结构的三层膜，如图4(b）所示。从图中可见，上下2层基本是低黏度的，具有高熔点的iPP；中间层为高黏度的，熔点相对较低的PE-HD。经过进一步拉伸成孔，可以制备出具有更高安全性和“熔断”机制的三层电池微孔膜。根据式（1）计算PE-HD的Ap，图4(b）中三层片的Ap为91.2%，高于图4(a）毛细管流变仪制备的圆柱样品的Ap为84.1%。牵引比为50时，三层预制膜经过拉伸形成的微孔膜具有较高的孔隙率，如图5所示。进而，研究了在120℃下退火不同时间对三层微孔膜孔隙率的影响，发现孔隙率随着退火时间的增加呈先增大后减小的趋势，在退火30 min时，达到最高孔隙率为51.82%，符合锂离子电池隔膜的标准。同时，三层膜测得的格利值为600 s，高于相同厚度的PE-HD单层膜的496 s和iPP单层膜的370 s，表明相同厚度的三层膜对空气的透过性低于单层膜。
根据在毛细管流变仪上研究的多相体系在流场中的分相机制和控制方法等数据，进一步在单螺杆挤出流延机组上成功地制备了具有iPP/PE-HD/iPP结构的三层膜，如图4(b）所示。从图中可见，上下2层基本是低黏度的，具有高熔点的iPP；中间层为高黏度的，熔点相对较低的PE-HD。经过进一步拉伸成孔，可以制备出具有更高安全性和“熔断”机制的三层电池微孔膜。根据式（1）计算PE-HD的Ap，图4(b）中三层片的Ap为91.2%，高于图4(a）毛细管流变仪制备的圆柱样品的Ap为84.1%。牵引比为50时，三层预制膜经过拉伸形成的微孔膜具有较高的孔隙率，如图5所示。进而，研究了在120℃下退火不同时间对三层微孔膜孔隙率的影响，发现孔隙率随着退火时间的增加呈先增大后减小的趋势，在退火30 min时，达到最高孔隙率为51.82%，符合锂离子电池隔膜的标准。同时，三层膜测得的格利值为600 s，高于相同厚度的PE-HD单层膜的496 s和iPP单层膜的370 s，表明相同厚度的三层膜对空气的透过性低于单层膜。图3 不同长径比下样品的Ap
本文编号：3347703
【文章来源】：中国塑料. 2020,34(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同牵引比下P25预制膜的DSC曲线
iPP与PE-HD较大的黏度比是形成包覆结构的关键，图1(a）为不同剪切速率下iPP和PE-HD的剪切黏度曲线，随着剪切速率的增加，剪切黏度逐渐变小。图1(b）直观地反应了在不同剪切速率下PE-HD与iPP的黏度比，高剪切速率下，PE-HD与iPP的黏度比直线下降，熔体流动速率过快，不利于包覆结构的形成，因此剪切速率低于200 s-1是较好的选择。根据黏性包覆原理，先在高压毛细管中通过调整长径比、黏度比以及剪切速率，形成了较为完善的由低黏度的iPP包覆着高黏度的PE-HD的包覆结构，如图2所示。当温度升至140℃时，低熔点的PE-HD熔融，在偏振模式下显示为“暗场”，出现在圆心周围，少部分分散在圆周；而iPP未发生变化，即所见的晶体皆为iPP晶体，规整地分布在PE-HD的周围，形成包覆结构。要制备这种由低黏物料包覆高黏物料的“包覆结构”，除了物料要有一定黏度差异外，加工参数对该包覆结构的形成也极为重要。在高压毛细管流变仪中进行实验时，控制长径比，可以形成不同完善程度的“包覆结构”。图2为剪切速率为45 s-1、不同口模长径比下的样品截面PLM照片。随着口模长径比的增加，包覆结构逐渐得到完善，PE的Ap逐渐上升，这是因为更长的流动路径，让2种聚合物大分子有更多的时间发生迁移，进行分层流动。当口模长径比为2时，由于流动时间较短，物料来不及迁移分层就已经离开口模，因此分相效果较差；当口模长径比增加到16时，得到了具有明显包覆结构的样品，此时PE-HD的Ap增加到73.5%，如图3所示，比口模长径比为2的样品提高了99%。长径比进一步增加到50，此时的PE-HD的Ap高达84.6%。但是，考虑到长径比过长会带来实际加工难度提高等问题，所以长径比为16是本实验的最佳选择。根据在毛细管流变仪上研究的多相体系在流场中的分相机制和控制方法等数据，进一步在单螺杆挤出流延机组上成功地制备了具有iPP/PE-HD/iPP结构的三层膜，如图4(b）所示。从图中可见，上下2层基本是低黏度的，具有高熔点的iPP；中间层为高黏度的，熔点相对较低的PE-HD。经过进一步拉伸成孔，可以制备出具有更高安全性和“熔断”机制的三层电池微孔膜。根据式（1）计算PE-HD的Ap，图4(b）中三层片的Ap为91.2%，高于图4(a）毛细管流变仪制备的圆柱样品的Ap为84.1%。牵引比为50时，三层预制膜经过拉伸形成的微孔膜具有较高的孔隙率，如图5所示。进而，研究了在120℃下退火不同时间对三层微孔膜孔隙率的影响，发现孔隙率随着退火时间的增加呈先增大后减小的趋势，在退火30 min时，达到最高孔隙率为51.82%，符合锂离子电池隔膜的标准。同时，三层膜测得的格利值为600 s，高于相同厚度的PE-HD单层膜的496 s和iPP单层膜的370 s，表明相同厚度的三层膜对空气的透过性低于单层膜。
根据在毛细管流变仪上研究的多相体系在流场中的分相机制和控制方法等数据，进一步在单螺杆挤出流延机组上成功地制备了具有iPP/PE-HD/iPP结构的三层膜，如图4(b）所示。从图中可见，上下2层基本是低黏度的，具有高熔点的iPP；中间层为高黏度的，熔点相对较低的PE-HD。经过进一步拉伸成孔，可以制备出具有更高安全性和“熔断”机制的三层电池微孔膜。根据式（1）计算PE-HD的Ap，图4(b）中三层片的Ap为91.2%，高于图4(a）毛细管流变仪制备的圆柱样品的Ap为84.1%。牵引比为50时，三层预制膜经过拉伸形成的微孔膜具有较高的孔隙率，如图5所示。进而，研究了在120℃下退火不同时间对三层微孔膜孔隙率的影响，发现孔隙率随着退火时间的增加呈先增大后减小的趋势，在退火30 min时，达到最高孔隙率为51.82%，符合锂离子电池隔膜的标准。同时，三层膜测得的格利值为600 s，高于相同厚度的PE-HD单层膜的496 s和iPP单层膜的370 s，表明相同厚度的三层膜对空气的透过性低于单层膜。图3 不同长径比下样品的Ap
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