取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜制造技术

本发明专利技术涉及一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其特征在于，该复合隔膜包含以下组分：A）：基体，B）：增强纤维；其中组分A）和组分B）包括含氟树脂和增强纤维，含氟树脂和增强纤维的添加比例质量比为99~90/1~10；其特征在于所述的增强纤维选自于玻璃纤维，聚酯纤维，PI纤维一种或几种。其采用取向纤维改性的同质纤维来增强隔膜的机械强度，该隔膜力学性能得到强化，特别适合用于动力电池隔膜领域。

【技术实现步骤摘要】
取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜
本专利技术涉及一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，用于动力电池隔膜领域。
技术介绍
PVDF、PCTFE、PTFE等含氟树脂基复合隔膜由于制备方便，电化学性能优异，在动力电池隔膜领域引起了极大重视，但是该种隔膜的力学性能不尽人意，其拉伸强度一般不超过20MPa，限制了其在工业上的应用。上述复合隔膜可以通过倒相法、流延法等工艺进行制备，为了提高复合隔膜的力学性能，多采用无机纳米粒子，如Al2O3，SiO2，BaTiO3等复合掺杂，但是由于无机纳米粒子易团聚的特点，并不能有效的提高隔膜的力学性能，甚至会带来新的应力集中，给隔膜带来不必要的力学性能损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其采用取向纤维改性的同质纤维来增强隔膜的机械强度，该隔膜力学性能得到强化，特别适合用于动力电池隔膜领域。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的，一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其特征在于包括：A）基体；B）增强纤维；其中A）与B）所含的物质都包括一定比例的含氟树脂，含量一般为90~99（质量百分比），选自于聚偏氟乙烯（PVDF），聚三氟乙烯（PCTFE），聚四氟乙烯（PTFE），偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP），三氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PCTFE-HFP），四氟乙烯六氟丙烯共聚物（PTFE-HFP），聚六氟丙烯（PHFP），偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（PVDF-CTFE），偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物（PVDF-TFE），三氟乙烯-四氟乙烯共聚物（PCTFE-TFE），偏氟乙烯-三氟乙烯-四氟乙烯三元共聚物（PVDF-CTFE-TFE）或偏氟乙烯-三氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-CTFE-TFE-HFP）多元共聚物中的一种或几种，特别地，选自于PVDF或者PVDF与HFP的共聚物或共混物。A），尤其是B）中含有一定量的增强纤维，含量一般为1~10（质量百分比），选自于玻璃纤维，聚酯纤维，PI纤维等的一种或几种，丝粒径为0.1μm~10μm，也包括未说明的其他具有增强作用的纤维，如PP纤维，石棉纤维等；为了使增强纤维中的增强组分显著取向，多采用纺丝工艺制备增强纤维，优先采用静电纺丝工艺制备，具体地，以一定溶剂，如丙酮，NMP，DMF等，溶解含氟树脂后，然后将一定量的有机或无机纤维分散于前述溶液中，在15~30kV下，静电纺丝，采用高速转轮接丝装置收集，然后烘干溶剂，即得到纤维毡，采用高速转轮接丝装置收集，可以使增强纤维高度取向，从而提高纤维强度，获得的增强纤维的丝径介于0.1~10μm之间。针对四氟乙烯体系，由于溶解困难，优先采用商用聚四氟乙烯纤维（如特氟纶）直接作为增强纤维，同样，特氟纶可以采用纤维进一步增强。复合隔膜采用倒相法，或者流延法，或者提拉法制备，具体地，前二者是将前述得到的纤维毡平铺于基板上，然后将一定浓度的含氟树脂溶液倾倒到基板上，流延成膜，烘干溶剂或者采用倒相法沉淀出隔膜，进一步烘干即得到同质纤维增强的复合隔膜；而后者是将得到的纤维毡浸渍于含氟树脂溶液中，充分浸润后，抽出烘干得到取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜。针对四氟乙烯体系，由于溶解困难，在制备取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜时，优先采用聚四氟乙烯乳液代替上述溶液，该乳液中可以含有一定量的和增强纤维所含纤维一样的纤维，从而在固化后提高隔膜强度。本专利技术的积极效果是采用同质纤维增强，尤其是采用无机纳米粒子增强的同质纤维增强可以提高PVDF基隔膜的力学性能，但是，我们通过研究发现，同质纤维的强度可以通过纳米纤维的改性获得显著提高，并且不存在纳米纤维分散不匀的问题，研究发现，这是因为经过拉丝工艺，纳米纤维分散获得显著提高，而且取向显著，通过静电纺丝法制备的PVDF/取向纤维复合纤维，单丝具有比PVDF/陶瓷等纤维更高的力学性能，从而获得力学性能更高的含氟树脂基隔膜。因此，通过静电纺丝等工艺制备的PVDF/取向纤维等含氟树脂基的纤维被用来增强PVDF等含氟树脂基隔膜，由于该增强纤维强度获得进一步提高，而且主体和树脂基同质，和树脂基具有完美的相容性能，增强效果显著而持久。采用力学性能进一步提高的取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，可以有效提高该隔膜的力学性能，拉伸强度测试结果表明，力学性能可以提高40%左右。进而促进该型隔膜在工业上的应用。附图说明图1：同质纤维增强复合隔膜示意图，1为增强纤维B），2为基体A）.图2：纯同质纤维增强树脂基隔膜拉伸曲线，该隔膜的拉伸强度为27MPa。图3：PET纤维增强纤维同质增强的树脂基隔膜拉伸曲线，该隔膜的拉伸强度可达到38.6MPa。具体实施方式结合附图和实施例对本专利技术做进一步的描述，在下述的具体实例中，给出了大量具体的细节以便于更为深刻的理解本专利技术。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。实施例1PVDF为基底的玻纤增强纤维同质增强复合隔膜及其制备：1）静电纺丝制备纳米增强PVDF纤维，溶剂丙酮/DMF=3/7（v/v），PVDF溶解完毕后，加入5%的玻璃纤维（1μm），分散均匀后，电压18KV，收集距离30cm，转轮直径20cm，转速300r/min，纺丝速度2ml/h，烘干即得到玻纤增强的PVDF纤维毡，丝径1~3μm；2）隔膜制备，将前述纤维毡平铺于玻璃表面，将浓度为8%的PVDF溶液（溶剂为DMF）通过流延平铺于纤维毡表面，然后烘干，即制得PVDF为基底的同质纤维增强的隔膜；相比于不用纤维毡增强的PVDF隔膜，强度从19MPa提高到41MPa；实施例2PTFE为基底的同质纤维增强的隔膜及其制备：1）特氟纶纤维毡，丝径10μm；2）隔膜制备：向PTFE乳液中加入10%（质量比）的PI纤维（100nm），分散均匀后，将前述纤维毡浸渍于该乳液中3min，浸润完毕后，取出，真空烘干，即得到PTFE为基底的同质纤维增强的隔膜；相比于不用纤维毡增强的PTFE隔膜，强度从17MPa提高到40MPa；实施例3PVDF-HFP为基底的PET纤维增强纤维同质增强的隔膜及其制备：1）静电纺丝制备PET增强PVDF-HFP纤维，溶剂丙酮/DMF=8/2（v/v），溶解完毕后，加入1%的PET纤维（200nm），分散3h后，静电纺丝，条件为电压23KV，收集距离30cm，转轮直径20cm，转速300r/min，纺丝速度2ml/h，烘干即得到PET增强的PVDF-HFP纤维毡，丝径3~7μm；2）隔膜制备，将前述纤维毡平铺于玻璃表面，将浓度为12%的PVDF-HFP溶液（溶剂为丙酮）通过流延平铺于纤维毡表面，然后烘干，即制得PVDF-HFP为基底的同质纤维增强的隔膜；相比于不用PET增强纤维毡增强的PVDF-HFP隔膜，强度从27MPa提高到38.6MPa（如图2，图3所示）；实施例4PVDF-HFP为基底的PP/PI纤维同质增强的隔膜及其制备：1）静电纺丝制备PVDF-HFP纤维，溶剂丙酮/DMF=8/2（v/v），溶解完毕后，加入2%的PP纤维（200nm）和同质量的PI纤维（300nm），分散4h后，静电纺丝，条件为电压23KV，收集距离30cm，转轮直径20cm，转速30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其特征在于，该复合隔膜包含以下组分：A）：基体，B）：增强纤维；其中组分A）和组分B）包括含氟树脂和增强纤维，含氟树脂和增强纤维的添加比例质量比为99~90/1~10；根据权利要求1所述的一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其特征在于所述的增强纤维选自于玻璃纤维，聚酯纤维，PI纤维一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其特征在于，所述隔膜包含以下组分：A）：基体，B）：增强纤维；其中所述组分A）和组分B）均包括含氟树脂，所述组分B）中的含氟树脂和增强纤维的质量比为99~90：1~10；所述的增强纤维选自于玻璃纤维、聚酯纤维和PI纤维中的一种或几种；其中，先采用纺丝法将所述含氟树脂和增强纤维制成取向改性纤维增强的含氟树脂基纤维毡，再采用同一种含氟树脂的溶液在所述纤维毡上流延成膜，之后烘干，进而制成所述隔膜。2.根据权利要求1所述的一种取向改性纤维同质增强含氟树脂基隔膜，其中所述含氟树脂选自于聚偏氟乙烯（PVDF），聚三氟乙烯（PCTFE），聚四氟乙烯（PT...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵中令，王丹，于力娜，韩建，曹婷婷，常潇然，崔新然，张克金，王猛，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22