[发明专利]聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用。该制备方法包括：步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；步骤S3，将熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对膜材料依次进行脱脂、定型，得到聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。本发明制备的聚四氟乙烯/碳纤维复合膜非常适合作为离型膜使用，尤其适合用作复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜。

技术领域

本发明涉及薄膜材料领域，具体而言，涉及一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用。

背景技术

离型膜，也称之为隔离膜，剥离膜，分离膜等，现已被广泛应用于包装、印刷、包装、印刷、丝印、移印、铭板、薄膜开关、柔性线路、绝缘制品、线路板、激光防伪、贴合、电子、密封材料用膜、反光材料、防水材料、医药（膏药用纸）、卫生用纸、胶粘制品、模切冲型加工等行业领域，已与我们的生活息息相关。目前，最常见的离型膜产品是PET离型膜，对PET基材进行表面处理，包括涂布硅离型剂、氟素离型剂或者进行等离子处理，使其对不同的有机压感胶具有极轻且稳定的离型力。

随着氢能行业的发展，复合质子交换膜的产能逐年扩大。应用于复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜，需要在承受很大的张力条件下经过高温烘箱（通常为150~200℃），并且需要保证膜面平整，不发生形变。常规的PET离型膜无法满足工艺要求，而且膜表面的离型剂会对涂布的浆料产生污染。

聚四氟乙烯（PTFE）薄膜具备很多优异的性能，例如耐化学腐蚀性、热稳定性。并且由于PTFE分子主链上没有支链，整体内不形成交链，故其分子轮廓光滑，加之PTFE单体具有完美的对称性而使PTFE分子间的吸引力和表面能较低，所以PTFE具有极低的表面摩擦系数,是极佳的离型膜材料，因此具有极低的粘合性，脱模性优异，是极佳的离型膜。论文（Ebnesajjad S. Expanded PTFE Applications Handbook[J].2017:129-161.）详细介绍了PTFE树脂的糊膏挤出成型理论。美国戈尔公司的专利US3953566和US4187390介绍了膨化PTFE薄膜的制备方法。专利CN 105666889 A公开了一种高强度的PTFE薄膜压延膜制备方法。

然而，这些工艺制备得到的PTFE薄膜尽管都具备一定的耐高温性能，但是力学性能不足，无法保持尺寸稳定性。实践证明，在高温烘箱中，PTFE薄膜作为离型膜在承受较大的张力条件下，膜面容易发生形变，凹凸不平，无法满足涂布工艺要求，因此，还需要进一步研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中PTFE薄膜因高温条件下容易变形从而不适宜作为离型膜的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；步骤S3，将熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对膜材料依次进行脱脂、定型，得到聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。

进一步地，步骤S1中，热处理的过程包括：将碳纤维在500~800℃温度下处理3~5h，得到表面改性碳纤维；酸处理的过程包括：将碳纤维置入70~90℃的混酸溶液中进行酸洗处理3~5h，然后取出并水洗，得到表面改性碳纤维；其中，混酸溶液为质量浓度60~70%的硝酸溶液和质量浓度为95~98%的硫酸溶液的混合液。

进一步地，硝酸溶液和硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。