UHMWPE微孔膜湿法—拉伸工艺机理及其结构性能研究
发布时间：2021-07-14 20:35
微孔膜材料凭借其独有性能被广泛地应用于废水处理、锂电池隔膜及医疗卫生等领域。随着技术经济的高速发展,对高性能微孔膜的需求日益增加。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料因其优异的力学性能、化学稳定性及热稳定性,成为高性能微孔膜的重要生产材料,但极高的粘度和极低的临界剪切速率,使其加工成型困难,限制了 UHMWPE材料的实际应用。本文以UHMWPE为基体材料,液体石蜡（LP）为稀释剂,采用湿法-拉伸（TIPS-S）工艺制备UHMWPE微孔膜,不仅可解决材料加工困难问题,且实现了对UHMWPE微孔膜孔隙结构的合理调控,为高性能微孔膜的研究制备奠定了基础。采用TIPS工艺制备微孔膜过程中,体系相分离行为直接影响微孔膜的孔结构和性能,本文首先针对UHMWPE/LP体系的相分离行为机理展开系统研究,深入探讨了冷却速率对体系相分离行为的影响机制,并通过透射偏光显微镜、DSC、SEM和广角XRD等方法,探明了冷却速率对微孔膜孔径尺寸、孔隙率、结晶度和水通量的影响,以指导TIPS-S工艺调控。在UHMWPE/LP体系相分离机理研究基础上,本文对实际加工过程中UHMWPE/LP基体流延膜的晶体结构与性能演...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１干法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ??干法工艺在制膜时不需要任何添加剂，制膜过程中不会对环境造成污染
ｊＷＭｆｉ１?ｌｉｉＨＩ－?ｉｌａ＾ｓｉｌ＇?｜｜Ｌ！Ｍｉ？＾ｉｉ??響管謙??具有联向片晶?退火完巷?冷拉伸产生?热拉伸使微孔结构??结构的前体獏?片晶结构?傲孔结构?进一步扩大??Ｌａｍｅｌｌａｒ?ｓｔａｃｋｓ?＾?Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｃｈａｉｎｓ??ｊ?ＶＷ??ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ?穿Ｂｒｉｄｓｃ?Ｆｉｂｒｉｌ??ｖ????／??图１－１干法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ??干法工艺在制膜时不需要任何添加剂，制膜过程中不会对环境造成污染。??但是，只有半结晶性聚合物才能用这种方法制膜，而且像ＵＨＭＷＰＥ这种高粘??度和极低临界剪切速率的材料，也无法仅仅通过干法工艺加工成型。且干法工??艺条件影响复杂，孔隙结构不易控制。??１．２．２湿法工艺??湿法工艺又称热致相分离法（ＴＩＰＳ），其工艺原理如图１－２所示［２７］。ＴＩＰＳ??工艺是由Ｃａｓｔｒｏ发现的一种制备微孔膜的方法［２８］。该法首先将聚合物与高沸点??小分子稀释剂在较高温度下熔融形成均相溶液，然后通过挤出、模压等方式加??工成型。在加工成型过程中，温度下降导致聚合物－稀释剂均相溶液发生固－液相??分离或液－液相分离，将稀释剂用挥发性试剂萃取后获得微孔膜。??■?＊圔＆圔??聚Ｗ物?剤??聚合物稀铎剂?相分离??均相溶液??图１－２湿法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｗｅｔ?ｐｒｏｃｅｓｓ??自Ｃａｓｔｒｏ首次提出热致相分离方法以来，这种新型的制膜工艺引起了人们??的极大兴趣。Ｌｌｏｙｄ等人［２９，３Ｑ］系统地研宄了相分离机理，确定了影响ＴＩＰＳ方法?
第１章绪论??图１－４为Ｌ－Ｌ相分离机理图，当聚合物／稀释剂体系从均相区进入到亚稳区??时，体系发生Ｌ－Ｌ相分离。在亚稳区域，聚合物／稀释剂体系在浓度波动较小时??是稳定的，但当浓度波动较大时体系将非自发地发生Ｌ－Ｌ相分离，此区域的相??分离机理为成核－生长机理。温度进一步降低，体系越过旋节线进入不稳定的两??相区域，此区域内体系将自发发生Ｌ－Ｌ相分离形成聚合物富相和贫相，此区域??的相分离机理为旋节线分相机理。??均相区??旋节线??两相区（旋节??；?亚稳区（戍核生长机理分??相）??图１－４聚合物／稀释剂体系Ｌ－Ｌ分相机理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｌ－Ｌ?ｐｈａｓｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｐｏｌｙｍｅｒ／ｄｉｌｕｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??１．３．１．２固－液（Ｓ－Ｌ）相分离??Ｓ－Ｌ相分离是指聚合物／稀释剂均相体系在冷却过程中通过聚合物的结晶实??现的相分离过程。目前，普遍采用Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ的熔点降低理论来解释聚合物??／稀释剂体系结晶热力学过程，式（１．３）给出了体系中聚合物熔点Ｔｍ与其体积??分数之间的关系：??Ｔ???１???ｍ￣?ＲＶ＾ｌ－ｃｐＪ－ｚｉｌ－ｃｐＪＶＡＨ＾＋Ｔ＾?（Ｌ３＞??式中，代表气体常数，。和Ｆｓ分别为聚合物重复单元和稀释剂的摩尔体??积，Ａ／Ｚｐ为聚合物重复单元的摩尔熔融焓，Ｔ％为纯聚合物的熔点，／为??Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用参数。以ｃｐｘ作为横坐标，Ｔｍ作为纵坐标作聚合物／稀释??剂二元强相互作用体系相图，如图１－５所示。聚合物／稀释剂体系高温时形成均??相溶液，冷却过程中当温度降到Ｓ－Ｌ相分离线，溶液分成聚
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于锂离子电池的复合隔膜[J]. 王洪,杨驰,谢文峰,余刚. 材料导报. 2014(08)
[2]拉伸工艺对UHMWPE多孔膜结构的影响[J]. 吴泽波,余少娜. 化学工程与装备. 2013(11)
[3]凝固浴组成和温度对PVDF疏水微孔膜结构与性能的影响[J]. 李倩,许振良,吕洁. 高校化学工程学报. 2010(02)
[4]聚丙烯分子量对热致相分离制备微孔膜的影响[J]. 郭宝华,范劲松,刘锦东,徐军,王晓琳. 高分子学报. 2009(01)
[5]热致相分离制备聚偏氟乙烯多孔膜的结构表征[J]. 李先锋,吕晓龙,马世虎,于忠海. 天津工业大学学报. 2005(05)
[6]流动改性剂对UHMWPE流动及磨损性能的影响研究[J]. 袁辉,刘廷华,刘云湘,敖欢. 工程塑料应用. 2004(05)
[7]微孔膜在红葡萄酒过滤澄清中的应用研究[J]. 李景明,吴军,王树生,蔡同一. 农业工程学报. 2004(01)
[8]膜蒸馏海水淡化研究[J]. 于德贤,于德良,于万波,李新培,韩彬. 膜科学与技术. 2002(01)
[9]应力场下固-液相分离制备微孔聚丙烯中空纤维膜[J]. 顾斌,曹毅,杜强国,杨玉良. 功能高分子学报. 1999(03)
博士论文
[1]拉伸和流动诱导聚合物结晶的分子模拟[D]. 聂仪晶.南京大学 2013
[2]聚丙烯腈多孔材料的热致相分离法制备及其应用基础研究[D]. 吴青芸.浙江大学 2013
[3]热致相分离法制备聚乙烯微孔膜的结构控制及性能研究[D]. 张春芳.浙江大学 2006
[4]聚烯烃（共混物）取向结晶与形变机理的研究[D]. 那兵.四川大学 2005
硕士论文
[1]聚烯烃微孔薄膜孔隙结构演变与调控研究[D]. 冯杰杰.山东大学 2019
[2]含氟高分子微孔膜的制备及膜蒸馏应用研究[D]. 刘雁飞.宁波大学 2018
[3]超高分子量聚乙烯纤维热拉伸过程中的晶体结构演变研究[D]. 安敏芳.宁波大学 2017
[4]热致相分离法制备UHMWPE多孔膜及性能研究[D]. 石文强.广东工业大学 2014
[5]锂离子电池新型隔膜材料的制备及其性能研究[D]. 毛新欣.河南师范大学 2012
本文编号：3284849
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１干法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ??干法工艺在制膜时不需要任何添加剂，制膜过程中不会对环境造成污染
ｊＷＭｆｉ１?ｌｉｉＨＩ－?ｉｌａ＾ｓｉｌ＇?｜｜Ｌ！Ｍｉ？＾ｉｉ??響管謙??具有联向片晶?退火完巷?冷拉伸产生?热拉伸使微孔结构??结构的前体獏?片晶结构?傲孔结构?进一步扩大??Ｌａｍｅｌｌａｒ?ｓｔａｃｋｓ?＾?Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｃｈａｉｎｓ??ｊ?ＶＷ??ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ?穿Ｂｒｉｄｓｃ?Ｆｉｂｒｉｌ??ｖ????／??图１－１干法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｄｒｙ?ｐｒｏｃｅｓｓ??干法工艺在制膜时不需要任何添加剂，制膜过程中不会对环境造成污染。??但是，只有半结晶性聚合物才能用这种方法制膜，而且像ＵＨＭＷＰＥ这种高粘??度和极低临界剪切速率的材料，也无法仅仅通过干法工艺加工成型。且干法工??艺条件影响复杂，孔隙结构不易控制。??１．２．２湿法工艺??湿法工艺又称热致相分离法（ＴＩＰＳ），其工艺原理如图１－２所示［２７］。ＴＩＰＳ??工艺是由Ｃａｓｔｒｏ发现的一种制备微孔膜的方法［２８］。该法首先将聚合物与高沸点??小分子稀释剂在较高温度下熔融形成均相溶液，然后通过挤出、模压等方式加??工成型。在加工成型过程中，温度下降导致聚合物－稀释剂均相溶液发生固－液相??分离或液－液相分离，将稀释剂用挥发性试剂萃取后获得微孔膜。??■?＊圔＆圔??聚Ｗ物?剤??聚合物稀铎剂?相分离??均相溶液??图１－２湿法工艺原理??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｗｅｔ?ｐｒｏｃｅｓｓ??自Ｃａｓｔｒｏ首次提出热致相分离方法以来，这种新型的制膜工艺引起了人们??的极大兴趣。Ｌｌｏｙｄ等人［２９，３Ｑ］系统地研宄了相分离机理，确定了影响ＴＩＰＳ方法?
第１章绪论??图１－４为Ｌ－Ｌ相分离机理图，当聚合物／稀释剂体系从均相区进入到亚稳区??时，体系发生Ｌ－Ｌ相分离。在亚稳区域，聚合物／稀释剂体系在浓度波动较小时??是稳定的，但当浓度波动较大时体系将非自发地发生Ｌ－Ｌ相分离，此区域的相??分离机理为成核－生长机理。温度进一步降低，体系越过旋节线进入不稳定的两??相区域，此区域内体系将自发发生Ｌ－Ｌ相分离形成聚合物富相和贫相，此区域??的相分离机理为旋节线分相机理。??均相区??旋节线??两相区（旋节??；?亚稳区（戍核生长机理分??相）??图１－４聚合物／稀释剂体系Ｌ－Ｌ分相机理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｌ－Ｌ?ｐｈａｓｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｐｏｌｙｍｅｒ／ｄｉｌｕｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??１．３．１．２固－液（Ｓ－Ｌ）相分离??Ｓ－Ｌ相分离是指聚合物／稀释剂均相体系在冷却过程中通过聚合物的结晶实??现的相分离过程。目前，普遍采用Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ的熔点降低理论来解释聚合物??／稀释剂体系结晶热力学过程，式（１．３）给出了体系中聚合物熔点Ｔｍ与其体积??分数之间的关系：??Ｔ???１???ｍ￣?ＲＶ＾ｌ－ｃｐＪ－ｚｉｌ－ｃｐＪＶＡＨ＾＋Ｔ＾?（Ｌ３＞??式中，代表气体常数，。和Ｆｓ分别为聚合物重复单元和稀释剂的摩尔体??积，Ａ／Ｚｐ为聚合物重复单元的摩尔熔融焓，Ｔ％为纯聚合物的熔点，／为??Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用参数。以ｃｐｘ作为横坐标，Ｔｍ作为纵坐标作聚合物／稀释??剂二元强相互作用体系相图，如图１－５所示。聚合物／稀释剂体系高温时形成均??相溶液，冷却过程中当温度降到Ｓ－Ｌ相分离线，溶液分成聚
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于锂离子电池的复合隔膜[J]. 王洪,杨驰,谢文峰,余刚. 材料导报. 2014(08)
[2]拉伸工艺对UHMWPE多孔膜结构的影响[J]. 吴泽波,余少娜. 化学工程与装备. 2013(11)
[3]凝固浴组成和温度对PVDF疏水微孔膜结构与性能的影响[J]. 李倩,许振良,吕洁. 高校化学工程学报. 2010(02)
[4]聚丙烯分子量对热致相分离制备微孔膜的影响[J]. 郭宝华,范劲松,刘锦东,徐军,王晓琳. 高分子学报. 2009(01)
[5]热致相分离制备聚偏氟乙烯多孔膜的结构表征[J]. 李先锋,吕晓龙,马世虎,于忠海. 天津工业大学学报. 2005(05)
[6]流动改性剂对UHMWPE流动及磨损性能的影响研究[J]. 袁辉,刘廷华,刘云湘,敖欢. 工程塑料应用. 2004(05)
[7]微孔膜在红葡萄酒过滤澄清中的应用研究[J]. 李景明,吴军,王树生,蔡同一. 农业工程学报. 2004(01)
[8]膜蒸馏海水淡化研究[J]. 于德贤,于德良,于万波,李新培,韩彬. 膜科学与技术. 2002(01)
[9]应力场下固-液相分离制备微孔聚丙烯中空纤维膜[J]. 顾斌,曹毅,杜强国,杨玉良. 功能高分子学报. 1999(03)
博士论文
[1]拉伸和流动诱导聚合物结晶的分子模拟[D]. 聂仪晶.南京大学 2013
[2]聚丙烯腈多孔材料的热致相分离法制备及其应用基础研究[D]. 吴青芸.浙江大学 2013
[3]热致相分离法制备聚乙烯微孔膜的结构控制及性能研究[D]. 张春芳.浙江大学 2006
[4]聚烯烃（共混物）取向结晶与形变机理的研究[D]. 那兵.四川大学 2005
硕士论文
[1]聚烯烃微孔薄膜孔隙结构演变与调控研究[D]. 冯杰杰.山东大学 2019
[2]含氟高分子微孔膜的制备及膜蒸馏应用研究[D]. 刘雁飞.宁波大学 2018
[3]超高分子量聚乙烯纤维热拉伸过程中的晶体结构演变研究[D]. 安敏芳.宁波大学 2017
[4]热致相分离法制备UHMWPE多孔膜及性能研究[D]. 石文强.广东工业大学 2014
[5]锂离子电池新型隔膜材料的制备及其性能研究[D]. 毛新欣.河南师范大学 2012
本文编号：3284849
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