[发明专利]柔性多功能高孔隙率超薄聚乙烯膜的合成方法

说明书

本文公开了一种制造聚乙烯膜的方法，包括：在第一次拉伸过程中沿第一方向拉伸聚乙烯薄膜；将胶带附着在聚乙烯薄膜上；在第二次拉伸过程中，沿着第二个方向拉伸同样附着有胶带的聚乙烯薄膜；并且在第二次拉伸之后使聚乙烯薄膜退火。第二方向可以是第一方向的横向，并且第一次拉伸和第二次拉伸可以在彼此相同(或更高)的温度和相同的拉伸速度下进行。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月18日提交的美国临时专利申请序列号62/708,613的权益，该临时申请以引用的方式全文(包括任何表格、图片或附图)并入本文。

背景技术

自支撑聚合物超薄膜通常极难制备和处理，这是由于其(1)沿厚度方向的高表面能和微观尺度效应；(2)超薄或薄聚合物薄膜的机械性能普遍较弱。然而，包括旋涂、浸涂、自组装和静电纺丝在内的制备超薄膜的常规方法要么需要基材或者介质支撑，要么在处理时极易受损，同时所制备出来的超薄膜在通过直接拉伸实验进行的试验中所显示的拉伸机械性能也较差。而且，上述制备方法通常只能得到致密且无孔的材料结构。也就是说，目前没有商业化的产品可以同时满足以下两个条件：1)自支撑(在没有基材或支撑层的情况下，材料可以完整稳定的存在)；2)多孔的(由可沿厚度方向连接的空隙形式的结构组成)；3)超薄(均质，并且平均厚度小于100nm)。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种新的且优异的超薄聚乙烯(PE)

膜，该膜包括双轴取向的聚合物链，并且所述膜的厚度为约100nm或小于100nm。

本发明的实施方案还提供了一种新的且优异的制造超薄PE膜的方法，通过第一次热拉伸以及横向于第一次热拉伸的第二次热拉伸，从而提供了具有双轴取向的超高机械强度的薄膜。该方法可以包括(1)

改进的凝胶薄膜挤出和(2)新的特殊设计的热拉伸以及拉伸后退火，

以制备超薄超高分子量聚乙烯(UHMWPE)薄膜。通过以足够低固体含量挤出溶胀后的聚合物溶液，从而挤出低缠结度聚合物凝胶，以确保在拉伸过程中尽可能高的可拉伸性。该方法所得薄膜的主要优点是它们具有双轴向的超高机械强度，同时又是超薄的。

在本发明的一个实施方案中，聚乙烯膜可以包含双轴取向的聚合物链，其中聚乙烯膜的总厚度小于100nm。

在本发明的另一个实施方案中，一种制造聚乙烯膜的方法可以包括：在第一次拉伸过程中沿第一方向拉伸聚乙烯薄膜；以及在第二次拉伸过程中沿第二方向拉伸聚乙烯薄膜，其中第二方向是第一方向的横向。

在本发明的又一个实施方案中，一种制造聚乙烯膜的方法可以包括：在第一次拉伸过程中沿第一方向拉伸聚乙烯薄膜；将胶带附着在聚乙烯薄膜上；在第二次拉伸过程中沿第二方向拉伸聚乙烯薄膜，并在第二次拉伸后使聚乙烯薄膜退火，其中第二方向是第一方向的横向，并且其中第一次拉伸和第二次拉伸在彼此相同的温度或更高的温度和相同的拉伸速度下进行。

在本发明的又一个实施方案中，一种制造聚乙烯的方法可以包括：在两个正交方向上以相同或不同的速度同时拉伸聚乙烯薄膜。

附图简要说明

图1示出了根据本发明的一个实施方案的超薄PE膜的第一次热拉伸及其横向收缩。

图2示出了根据本发明的一个实施方案的超薄PE膜的第二次热拉伸。

图3示出了一种在热拉伸过程中约束膜的方法，图示为安装在PE薄膜上的聚四氟乙烯(PTFE)胶带的示意图。

图4示出了薄膜和晶圆之间的光干涉原理的模型示意图。

图5示出了利用薄膜引起的条纹(相消相互作用)位移来计算厚度。

图6示出了根据本发明的一个实施方案的用于计算超薄PE膜的厚度的理论基础。