[发明专利]一种聚酰亚胺纳米纤维隔膜及其制造方法

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺纳米纤维隔膜及其制造方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、制备改性剂，S2、制备纺丝液，S3、制备静电纺丝隔膜，S4、制备纳米纤维隔膜，S5、制备聚酰亚胺隔膜。本发明使用添加一种自制的改性剂与聚酰胺酸共纺丝的方法，达到既大幅度提高纳米纤维隔膜的强度，又降低纳米纤维隔膜孔径的目的；本发明的方法还具有以下的技术效果：使聚酰亚胺纳米纤维隔膜的力学性能得到了显著的提高可适用的聚酰亚胺树脂结构广泛，且能提高聚酰亚胺树脂的耐热性；改性剂能通过表面化学结构和自身在制备过程中的熔融变形，与聚酰亚胺纤维形成良好的连接，提高纤维隔膜的稳定性和力学性能。

技术领域

本发明涉及静电纺丝法制备聚酰亚胺纳米纤维隔膜的方法，具体涉及具有高强度、高耐温性、高耐穿刺强度的一种聚酰亚胺纳米纤维隔膜及其制造方法。

背景技术

聚酰亚胺是分子结构中含有酰亚胺结构的一类环链状化合物，具有高强高模、耐高温、耐低温和耐辐射等优良性能，以及优异的耐溶剂性和尺寸稳定性，加之其良好的生物相容性和介电性能。由静电纺丝法制备的聚酰亚胺纳米纤维隔膜由于同时结合了纤维隔膜比表面积大、孔隙率高和聚酰亚胺耐高温以及化学稳定的特性，成为当前聚合物纳米纤维隔膜备受关注的材料。目前，由现有静电纺丝法制备的聚酰亚胺纳米纤维隔膜由于超细纤维排列无序，体积蓬松，纤维之间也只是简单的物理堆积，并没有很强的相互作用，所以纳米纤维隔膜的力学性能通常很差，孔径较大，大大限制了其实际应用。主要有两种方法解决上述难题，一是，通过物理或化学交联提高纳米纤维隔膜强度，如碱液处理聚酰胺酸纤维隔膜后热处理的方法制得了具有交联结构的聚酰亚胺纤维隔膜，但该方法要经由碱液处理和水洗的过程，工艺略为复杂；或者采用将可热熔型树脂和聚酰亚胺树脂共纺丝，依靠可热熔型树脂可以高温熔融的特点，通过热处理使其发生熔致微交联，这种方法因需要具备聚酰亚胺树脂的相容性好，且耐温性高的特点，可选择的树脂十分有限，另外可热熔型树脂的加入使得纺丝液的粘度大幅度增加，不利于静电纺丝工艺。另一种方法是通过表面涂覆陶瓷浆料来提高纳米纤维隔膜强度，降低孔径，但该方法对聚酰亚胺纳米纤维隔膜强度的提高十分有限，且陶瓷粒子与隔膜的粘接性较差，容易导致“掉粉”现象，耐久性差。

发明内容

本发明针对现有技术中静电纺丝法制备的聚酰亚胺纳米纤维隔膜，拉伸强度低、抗穿刺强度低、孔径过大的缺点，提供一种工艺简单、适用范围广、强度高、耐温性好、耐穿刺强度高以及孔隙率高孔径小等特点的聚酰亚胺纳米纤维隔膜及其制备方法。

为实现该技术目的，本发明提供了一种聚酰亚胺纳米纤维隔膜的制备方法，包含如下步骤：

S1、制备改性剂，将玻璃粉表面改性制成改性剂；

S2、制备纺丝液，将改性剂与聚酰胺酸(PAA)溶液共混制成纺丝液；

S3、制备静电纺丝隔膜，将纺丝液经过静电纺丝制成(松散的)静电纺丝隔膜；

S4、制备纳米纤维隔膜，将(松散的)静电纺丝隔膜经过热压加工制成纳米纤维隔膜；

S5、制备聚酰亚胺隔膜，将纳米纤维隔膜采用分段热处理得到聚酰亚胺隔膜。

优选地，所述玻璃粉为低熔点玻璃粉。

优选的，低熔点玻璃粉熔融温度为300℃-500℃，粒度为100目-2000目。

具体地，所述玻璃粉表面改性成改性剂的改性方法步骤包括：将玻璃粉加入到含有5wt％-50wt％的偶联剂溶液中，在温度为5℃-80℃的条件下，在100r/min-8000r/min转速下搅拌0.5h-10h，过滤、烘干制得改性剂。

优选地，所述偶联剂选自含氨基、乙烯基、环氧基、丙烯酸酯基、丙烯酰氧基的硅烷偶联剂中的一种或多种，所述偶联剂溶液中使用的溶剂选自：水、乙醇、甲醇、丙酮、正丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种的混合溶液。