一种含有片晶结构的聚苯硫醚微孔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含有片晶结构的聚苯硫醚微孔膜及其制备方法，采用挤出流延‑熔体拉伸法，具体步骤是：将聚苯硫醚(PPS)粒料加入挤出流延机，流延得到聚苯硫醚基膜，将聚苯硫醚基膜在140‑240℃进行热处理0.5～8h，得到热处理膜，再对热处理膜进行冷热拉伸产生微孔，然后进行热定型处理，以此来获得孔径大小分布均匀、微孔结构良好的聚苯硫醚微孔膜；本发明专利技术和传统的制备方法相比，工艺简单易操作，制备过程中没有添加第二成分有机溶剂，不产生污染物，符合环保生产理念，所得微孔膜具有良好的尺寸稳定性和机械强度，通过控制拉伸温度及拉伸比参数可有效地控制微孔的尺寸和分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微孔膜的制备方法，具体涉及一种含有片晶结构的聚苯硫醚微孔膜及其制备方法，属于隔离膜生产

技术介绍
隔膜是锂离子电池的核心部件，大约占整个锂电池成本的18-30％，其性能的好坏对锂电池的整体性能起着至关重要的作用，也是制约锂电池发展的关键技术之一。随着电子产品的发展和应用领域的扩大，人们对锂电池性能的要求也越来越高，为了满足锂电池的发展要求，隔离膜应具有较高的力学强度、优异的热稳定性、较好的微孔分布及较低的制造成本等。目前，锂离子电池隔离膜主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等结晶型聚烯烃材料，但是这两种聚烯烃隔膜都存在缺点和不足，聚乙烯隔离膜有较低的闭孔温度而破孔温度却不高，而聚丙烯隔离膜虽破孔温度较高但是闭孔温度也明显高于聚乙烯，这在锂离子电池隔膜应用中都存在安全性问题。对于隔膜而言，除了要求具备在比较低的温度下闭塞微孔的关闭特性，在高温下的良好的尺寸稳定性也是较为重要的，如果在高温下不能保持形状，正极和负极直接接触，电池发生短路，会处于危险状态，而聚丙烯和聚乙烯由于熔点较低，高温下微孔膜尺寸稳定性不能保持，因此具有较大的潜在安全隐患。聚苯硫醚(PPS)由于其结构为苯环和硫原子交替连接，分子链有着很大的刚性及规整性，因而聚苯硫醚为结晶型聚合物，具有较高的强度、模量以及优良的燃烧性能；PPS制品具有良好的耐蠕变性能且线胀系数低，尺寸稳定性良好，成型收缩率及线膨胀系数较小，成型收缩率为0.15％～0.3％，最低可达0.01％。聚苯硫醚在所有的热塑性工程塑料中显示了极为优异的耐热性，熔点高达280～290℃，在空气中430～460℃以上才开始分解，在低于400℃的空气或氮气中稳定,基本上无质量损失，热稳定性远远超过PA、PBT、POM及PTFE等工程塑料，因此适合在高温以及高湿度的环境中使用。PPS具有优良的耐化学腐蚀性，耐化学腐蚀性能仅次于聚四氟乙烯，在200℃以下几乎不溶于酸、碱、烷烃、酮、醇和酯等溶剂，仅在高温下不溶于氯化萘和氯代联苯等少数有机溶剂。PPS树脂在高温、高湿度条件下体积电阻率变化比较小，其介电常数随温度及频率的变化很小，加之离子性杂质含量极低，能经得起在260℃焊锡槽中浸渍10s，因而适用于电性能要求极严格的产品，是优良的电绝缘材料。因此，聚苯硫醚以其优异的性能广泛应用于电子电气、汽车工业、机械工业、军工、纺织、航空等方面。作为在高温下具有形状保持性的材料，目前在积极研究可用于锂电池领域的聚苯硫醚微孔膜。聚苯硫醚作为一种半结晶性的聚合物，为熔融拉伸法(干法)制备微孔膜提供了条件。CN200710063537.2提供了一种聚苯硫醚多孔膜的制备方法。该专利申请提供的方法是将聚苯硫醚溶解于一高沸点溶剂中，然后涂覆在板上，冷却后，用低沸点溶剂将高沸点溶剂浸出，然后干燥得到聚苯硫醚多孔膜。但此工艺很难做出薄的聚苯硫醚膜。CN201610315608.2报道了通过双向拉伸的聚苯硫醚纤维多孔膜的制备方法，其成膜过程为以CN104795525A文献中的制备工艺制得的聚苯硫醚纤维网经过横纵两次拉伸制得多孔膜，其平均孔径为0.1～0.8微米。该方法工艺生产过程较为复杂，连续性和稳定性较差，生产成本较高。目前关于聚苯硫醚树脂通过熔融拉伸法制备结构规整的聚苯硫醚微孔膜的技术还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种熔融拉伸法制备聚苯硫醚微孔膜的方法，本方法生产过程中无需添加任何成孔剂和使用任何溶剂，成膜的原理是将聚苯硫醚树脂在挤出流延熔体拉伸应力场下首先形成垂直于挤出方向的平行排列的片晶结构，具有这种片晶结构的薄膜在特定的拉伸条件下，片晶与片晶之间会发生分离而产生多孔结构。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种聚苯硫醚微孔膜及其制备方法，包括如下步骤：(1)将聚苯硫醚树脂粒料加入挤出流延机，在300～320℃下熔融挤出，流延得到聚苯硫醚初始流延膜；(2)将聚苯硫醚初始流延膜在140～240℃下热处理0.5～8h，得到结构进一步完善的聚苯硫醚热处理膜；(3)在80～120℃下，对热处理膜进行拉伸5～50％；(4)然后对产生微孔的热处理膜在130～230℃下拉伸40～120％；(5)对上述聚苯硫醚微孔膜在140～240℃下定型3～10min的时间，获得孔径大小分布均匀、微孔结构良好的聚苯硫醚微孔膜。所述聚苯硫醚树脂为均聚聚苯硫醚树脂，熔融指数为0.1～10g/10min；所述挤出机是单螺杆挤出机，螺杆长径比为45～60，试验后进一步优选螺杆长径比为55的挤出机。所述热处理过程在烘箱中非连续进行或在烘道中在线连续热处理；步骤(3)所述拉伸速度为10～50mm/min；步骤(4)所述拉伸速度为50～100mm/mim。本专利技术的有益效果是：1.与现有的聚苯硫醚微孔膜制备方法双轴拉伸法相比，挤出流延-熔体拉伸法在生产工艺简单，连续性好，有利于孔结构的控制；2.采用的冷热拉伸两步法制备微孔膜能得到结构稳定性更好的微孔膜；3.通过调节拉伸工艺参数可有效的控制孔径大小分布，调节隔膜的透气性；4.制备的聚苯硫醚微孔膜孔隙率在20～60％范围内可调。附图说明图1为聚苯硫醚微孔膜的形成方法流程图；图2为聚苯硫醚微孔膜的表面形貌。具体实施方式下面通过实例对本专利技术做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本专利技术，并不限制本专利技术的范围。实施例1将熔融指数为0.1g/10min的聚苯硫醚树脂加入到挤出流延机，熔融挤出流延得到聚苯硫醚初始膜，熔融挤出温度为304℃，将初始膜在140℃鼓风烘箱中热处理0.5h后，80℃下用10mm/min的速度拉伸至5％的形变，接着在130℃下用50mm/min的速度拉伸至40％的形变，热定型温度140℃，热定型时间3min，得到孔隙率20％的聚苯硫醚微孔膜，结构较好。实施例2将熔融指数为5g/10min的聚苯硫醚树脂加入到挤出流延机，熔融挤出流延得到聚苯硫醚初始膜，熔融挤出温度为310℃，将初始膜在200℃鼓风烘箱中热处理8h后，100℃下用30mm/min的速度拉伸至40％的形变，接着在190℃下用80mm/min的速度拉伸至120％的形变，热定型温度210℃，热定型时间10min，得到孔隙率60％的聚苯硫醚微孔膜，结构较好。实施例3将熔融指数为3g/10min的聚苯硫醚树脂加入到挤出流延机，熔融挤出流延得到聚苯硫醚初始膜，熔融挤出温度为320℃，将初始膜在210℃鼓风烘箱中热处理2h后，80℃下用30mm/min的速度拉伸至5％的形变，接着在200℃下用60mm/min的速度拉伸至120％的形变，热定型温度210℃，热定型时间10min，得到孔隙率50％的聚苯硫醚微孔膜，结构较好。实施例4将熔融指数为6g/10min的聚苯硫醚树脂加入到挤出流延机，熔融挤出流延得到聚苯硫醚初始膜，熔融挤出温度为310℃。将初始膜在240℃鼓风烘箱中热处理1h后，120℃下用20mm/min的速度拉伸至50％的形变，接着在220℃下用50mm/min的速度拉伸至60％的形变，热定型温度240℃，热定型时间3min，得到孔隙率30％的聚苯硫醚微孔膜，结构较好。实施例5将熔融指数为0.6g/10min的聚苯硫醚树脂加入到挤出流延机，熔融挤出流延得到聚苯硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯硫醚微孔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将聚苯硫醚树脂粒料加入挤出流延机，在300～320℃下熔融挤出，流延得到聚苯硫醚初始流延膜；(2)将聚苯硫醚初始流延膜在140～240℃下热处理0.5～8h，得到结构进一步完善的聚苯硫醚热处理膜；(3)在80～120℃下，对热处理膜进行拉伸5～50％；(4)然后对产生微孔的热处理膜在130～230℃下拉伸40～120％；(5)对上述聚苯硫醚微孔膜在140～240℃下定型3～10min的时间，获得孔径大小分布均匀、微孔结构良好的聚苯硫醚微孔膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯硫醚微孔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将聚苯硫醚树脂粒料加入挤出流延机，在300～320℃下熔融挤出，流延得到聚苯硫醚初始流延膜；(2)将聚苯硫醚初始流延膜在140～240℃下热处理0.5～8h，得到结构进一步完善的聚苯硫醚热处理膜；(3)在80～120℃下，对热处理膜进行拉伸5～50％；(4)然后对产生微孔的热处理膜在130～230℃下拉伸40～120％；(5)对上述聚苯硫醚微孔膜在140～240℃下定型3～10min的时间，获得孔径大小分布均匀、微孔结构良好的聚苯硫醚微孔膜。2.如权利要求1所述的一种聚苯硫醚微孔膜的制备方法，其特征在于，所述聚苯硫醚树脂为均聚聚苯硫醚树脂，熔融指数为0.1～10g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏植祥，雷彩红，徐睿杰，谢嘉宜，闵卫星，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44