[发明专利]一种大面积超高分子量聚乙烯超薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大面积超薄超高分子量聚乙烯膜及其制备方法，属于高分子加工领域。本发明提供一种大面积超高分子量聚乙烯超薄膜的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：1)将聚超高分子量聚乙烯、溶剂和抗氧化剂搅拌熔融共混形成均一的悬浮液；2)将悬浮液经挤出或密炼，然后压制成型得到凝胶膜；3)将所得凝胶膜经过拉伸、退火、萃取和干燥处理得大面积超高分子量聚乙烯膜。本发明提供了一种制备大面积超薄超高分子量聚乙烯膜的制备方法，可以得到厚度为70～200纳米，面积≥0.6平方米的大面积超薄超高分子量聚乙烯薄膜，并且所得膜具有较高的强度和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种大面积超薄超高分子量聚乙烯膜及其制备方法，属于高分子加工领域。

背景技术

目前制备聚烯烃微孔膜的方法主要包括熔融拉伸法(干法)和热致相分离法(湿法)。干法制备聚烯烃微孔膜时，虽然设备简单、成本低、孔隙率较高，但是孔的形状不规则，对孔大小的控制较差；湿法成膜过程更易控制，可制备不同形貌的微孔结构。本发明通过规避现有湿法制膜的缺点，进行工艺替换和优化，得到一种大面积超薄的聚烯烃微孔膜。

现有的湿法制备聚烯烃微孔膜的方法，通常采用挤出机挤出的工艺制备凝胶膜，并对凝胶膜进行双向同步拉伸或单向异步拉伸制备微孔膜，这些方法存在诸多缺陷：因为挤出的凝胶膜是拉伸薄膜的前驱体，凝胶膜的内部结构是否均匀严重影响了薄膜的后续制备，而挤出法难免使凝胶膜中存在取向，其取向的来源通常是接近熔融态拉伸和薄膜收集卷曲过程，所产生的取向通常是在非等温过程中产生的非受控取向，链取向的效率和效果都不理想，导致薄膜中存在很多缺陷，进而导致薄膜拉伸时破裂或最终拉伸后的薄膜较厚且厚度不均匀。除此之外，采用挤出的方法，由于口模尺寸有限，其更换代价大，故难以制备尺寸较大的凝胶膜，进而无法制备平方米级的超薄聚烯烃微孔膜；

对于拉伸过程，双向同步拉伸时，薄膜中间区域薄弱，拉伸时易破裂，薄膜较厚、失败率高。单向异步拉伸不仅会让拉伸薄膜取向难以实现各向同性，而且各批次之间的结构性质差异明显。工艺耗时费力，并且造成物料大量浪费，不适合于工业放大。

在能源领域和分离过程对大面积超薄高分子多孔膜有迫切需求：比如对于锂离子电池，当作为动力电池时，需要大表面积的隔膜；对于涉及大规模能量转换和储存的燃料电池或液流电池，也可以利用该超薄膜与导质子功能高分子复合，制备复合导质子超薄膜，作为电池隔膜；分离过程中，如气体交换和气液分离，足够大的薄膜面积能实现扩大化生产。

发明内容

针对上述缺陷，本发明旨在克服现有聚烯烃微孔膜制备技术的不足，优化薄膜拉伸工艺，提供一种制备大面积超薄超高分子量聚乙烯膜的方法，可以有效降低微孔膜厚度，大幅增加其表面积，并提高其强度和稳定性。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种大面积超高分子量聚乙烯超薄膜的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：

1)将超高分子量聚乙烯、溶剂和抗氧化剂搅拌熔融共混形成均一的悬浮液；

2)将悬浮液经挤出或密炼，然后压制成型得到凝胶膜；

3)将所得凝胶膜经过拉伸、退火、萃取和干燥处理得大面积超高分子量聚乙烯膜；

其中，所述拉伸方法为：先将凝胶膜通过双向同步或双向异步拉伸制得厚度为20um～50um的超高分子量聚乙烯膜；然后将所得超高分子量聚乙烯膜采用双向异步多级拉伸的方式拉伸制得大面积超高分子量聚乙烯膜，总拉伸倍率控制为400～500倍。

进一步，步骤3)中，所述双向异步多级拉伸方法为：将所得超高分子量聚乙烯膜进行n次拉伸，第n次的拉伸比小于第(n-1)次的拉伸比(即拉伸比逐次降低)；其中，n≥2，每一次拉伸过程为：先沿挤出方向的垂直方向拉伸至一定拉伸比，再沿挤出方向拉伸至一定拉伸比；每次拉伸过程中两个方向的拉伸比相同，每次拉伸过程中的拉伸比为1～2。