[发明专利]利用功能化有机粉体制备的功能膜、低温无损伤制造方法及应用

说明书

本发明提供了一种利用功能化有机粉体制备的功能膜、低温无损伤制造方法及应用，所述有机粉体膜材由功能化有机粉体和聚四氟乙烯(PTFE)组成，利用预热后的超音速气流使聚四氟乙烯分子链打开，粘接功能化有机粉体，并挤出粉体中的空气形成连续饼状，采用低温热压工艺使得粉体成膜，再经过多层膜热压复合工艺，形成低孔隙率、厚度均匀的膜材。该方法可连续的卷对卷制得微米级的有机膜，该膜材可最大限度发挥有机粉体的物化性能，防止因高温或引入溶剂成膜导致的性能损伤或重结晶导致的各向异性。制造过程不引入溶剂，避免了溶剂干燥过程造成的环境污染、高能耗和膜材致密度不均等问题。

技术领域

本发明涉及一种利用功能化有机粉体制备的功能膜、低温无损伤制造方法及应用，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

功能化的有机膜材是石油化工催化、燃料电池质子传导膜和全固态锂离子电池的核心材料，当前常用的有机膜材制造方法为热注塑或流涎成型。这些成膜方法通常会采用高温熔融或溶剂来帮助成膜，对于已经具有功能化的有机粉体，如具有催化功能的有机粉体、具有质子传导功能的有机粉体、具有离子传导功能的有机粉体，高温熔融或加入溶剂都会改变有机粉体的物化性质，并产生功能损伤。如催化功能消失；流涎成膜后产生重结晶，导致离子传导出现各向异性。并且膜材制造过程引入溶剂，溶剂干燥过程会造成的环境污染、高能耗，膜材本身会产生空隙，不易制造致密的功能化有机膜，从而影响膜材的离子传导特性。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种功能化有机粉体的低温无损伤膜材的制造方法，所制备的功能有机膜强度高、韧性好、物化性质优异稳定、且不产生各向异性、耗材费用适宜且实用性强。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种利用功能化有机粉体制备的功能膜的低温无损伤制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将功能化有机粉体和聚四氟乙烯(PTFE)在混料机中低温混合均匀至粉料A；混合过程在聚四氟乙烯呈玻璃态的温度条件下进行；

所述粉料A在空气研磨设备中使用超音速气体进行空气研磨，使得粉料A中的聚四氟乙烯的分子链延展打开，并与功能化有机粉体之间形成物理粘连，且不发生化学反应，获得粉料B；

粉料B先经过挤出机排除粉体中的气体制成连续饼状宽带，然后将连续饼状宽带采用低于150℃的温度热压制成功能膜C。

进一步地，在热压制成功能膜C后，还包括将两张或多张功能膜C经过热压复合形成复合膜D的步骤。

进一步地，所述功能化有机粉体为具有催化功能的有机粉体、具有传导质子功能的有机粉体或具有传导金属离子功能的有机粉体。

进一步地，所述具有传导质子功能的有机粉体包括质子导电能力的羧酸类金属有机框架(MOFs)粉体、经过预金属化的聚偏氟乙烯(PVDF)粉体、聚酰亚胺(PI)粉体、聚氨酯(PU)粉体或聚苯硫醚(PPS))粉体，所述预金属化至少包括预锂化、预钠化或预钾化；所述具有传导金属离子功能的有机粉体是指能够传导Li⁺、Na⁺、K⁺或Al³⁺的有机粉体。

进一步地，功能化有机粉体重量百分比为80％-97％。

进一步地，所述功能化有机粉体和聚四氟乙烯(PTFE)在混料机中混合均匀至粉料A的过程中温度控制在10℃以下；混料机中混料时间为0.5-4小时。

进一步地，所述空气研磨的气体为干燥的压缩空气、氩气或氮气.

进一步地，用于空气研磨的气体在接触粉料前预热到40-50℃。

所述低温无损伤制造方法制备的功能膜，其特征在于，由功能化有机粉体和聚四氟乙烯(PTFE)组成，所述功能化有机粉体通过物理附着在聚四氟乙烯长链上，经过热压成膜的工艺制备而成。