制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜技术

本发明专利技术提供了一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜。制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，包括顺次配置的熔融挤出机、冷却系统、拉伸系统和萃取系统。制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的方法，包括：将聚烯烃树脂和溶剂在熔融挤出机中熔融塑化，经模头挤出后在定型辊和冷却槽处实现热致相分离得到铸片，然后经多级组合的拉伸系统拉伸、萃取系统萃取以及后处理得到所述高强度高模量的聚烯烃薄膜。高强度高模量的聚烯烃薄膜，使用所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的方法制得。使用本申请提供的设备和方法制得的聚烯烃薄膜，实现超高倍率拉伸，得到的薄膜具有良好的均匀性、强度、热收缩性能。

Equipment and method for preparing high strength and high modulus polyolefin film and high strength and high modulus polyolefin film

【技术实现步骤摘要】
制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜
本专利技术涉及聚烯烃薄膜领域，尤其涉及一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜。
技术介绍
湿法锂离子电池薄膜是目前液态锂离子电池，尤其是动力电池和高档3C数码电池中必然采用的重要组件材料之一。聚烯烃薄膜由于具有低成本、高强度优势，相对于传统材料更具性价比优势。湿法聚烯烃薄膜制备的传统方法是采用塑化挤出铸片、单次异步或同步拉伸、萃取干燥、二次横拉定型、收卷的工艺。为了保证塑化挤出后进行萃冷的效果，一般铸片厚度不超过2mm；单次的异步拉伸或者同步拉伸双向拉伸的双向(MD/TD)倍率不超过10/10倍。现有技术在拉伸过程中，横向拉伸倍数过大会导致薄膜中部由于重力作用，下垂作用明显，容易产生薄膜刮擦设备、横向受力不均等严重问题；对于单次同步拉伸，横向存在与单次异步拉伸类似的前述问题；除此之外，对于双向同步拉伸设备中的纵向拉伸，纵向倍率是通过链铗变化的间距实现的，以初始铗子间距0.05m计算，纵向倍率要达到100倍，两个链铗之间的最大间距需要达到5m，间距太大会造成薄膜在中间部分下凹，不利于受热，同时也会带来极大的边际效应，无法产出合格的薄膜。因此，目前主流的单次异步或同步拉伸设备工艺无法实现薄膜超高倍率的拉伸，一般停留在100倍以下；而低拉伸倍率获得的薄膜存在着强度不足和模量较小的问题。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，包括顺次配置的熔融挤出机、冷却系统、拉伸系统和萃取系统；所述拉伸系统包括用于横向拉伸被拉伸物的横向拉伸机、用于纵向拉伸被拉伸物的纵向拉伸机、用于分切被拉伸物的分切机和用于双向拉伸被拉伸物的双向同步拉伸机中的多个。通过多级拉伸和分切，解决拉伸过程中由于重力作用薄膜下垂所产生的问题，并由此带来的单套同步双向拉伸或单套异步拉伸设备拉伸倍率受限的问题，实现最大100*100倍的区域拉伸倍率，获得强度高、模量大的薄膜。优选地，所述制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备还包括扩孔回缩用二次横向拉伸系统、热定型系统等系统。优选地，所述冷却系统包括靠辊、定型辊、冷却辊和冷却槽；所述定型辊设置在所述靠辊和所述冷却辊之间，所述靠辊用于将来自所述熔融挤出机的模头的熔体贴合在所述定型辊的表面，所述定型辊的下部设置在所述冷却槽内，所述冷却辊用于冷却所述定型辊处理得到的铸片。铸片冷却系统对大厚度的铸片的冷却效果不佳，会导致薄膜正反面热历史差异大，进而造成性能差异大；由于铸片的传热系数较低，当铸片较厚时，反面如不采取强制冷却措施，会造成反面冷却速度过慢形成大的片晶甚至球晶，在下一步拉伸成膜时，薄膜的性能差异被放大，本申请提供的冷却系统可以有效解决常规的激冷辊系统不适用于大厚度铸片的冷却的问题(传统激冷辊系统在处理厚度较小的铸片时是可以保证其冷却效果的)。优选地，所述拉伸系统包括顺次设置的所述纵向拉伸机、所述横向拉伸机、所述分切机和所述双向同步拉伸机；所述分切机用于分切经所述横向拉伸机拉伸得到的薄膜。在一次拉伸后薄膜幅宽较大，在进行二次拉伸时，薄膜需要分切，以实现大的横拉倍率。优选地，还包括转向装置，所述转向装置设置在所述分切机之后；优选地，所述双向同步拉伸机设置有多个；优选地，所述双向同步拉伸机沿高度方向层叠设置3个；优选地，所述双向同步拉伸机设置有加热烘箱和冷却烘箱，所述加热烘箱的温度精度为±0.5℃，风速均匀性为±1m/s。分切后进行二次拉伸时需沿设备中心进入，传统设备加工工艺无法实现薄膜进入多个并排的二级拉伸机，本申请通过设置转向装置，将分切后的薄膜进行多次转向，使之顺利进入二级拉伸机。为减小占地面积，双向同步拉伸机也可设计成多层式布局结构。对加热烘箱温度精度和风速均匀性的控制，可以保证薄膜在拉伸时的均匀性。可选地，所述萃取系统包括一组或多组萃取槽，每组所述萃取槽中均设置有多组牵伸辊和超声波发生装置。设置多组牵伸辊使得单个萃取槽内可同时导入多层薄膜，避免了同时配置多个萃取槽，减少了设备投资和厂房投资。一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的方法，包括：将聚烯烃树脂和溶剂在熔融挤出机中熔融塑化，经模头挤出后在定型辊和冷却槽实现热致相分离得到铸片，然后经多级组合的拉伸系统拉伸、萃取系统萃取以及后处理得到所述高强度高模量的聚烯烃薄膜。优选地，所述模头挤出的熔体的厚度为2mm-10mm。大厚度的熔体可以获得大厚度的铸片，进而可以保证薄膜可以经过大倍率的拉伸，获得高强度和高模量等优异性能。优选地，所述拉伸系统拉伸的方式包括：依次进行的纵向拉伸1-10倍、横向拉伸1-10倍和双向同步拉伸(1-10)*(1-10)倍；或，依次进行的纵向拉伸1-10倍、横向拉伸1-10倍以及重复进行一次纵向拉伸1-10倍、横向拉伸1-10倍；或，连续进行两次独立的双向同步拉伸(1-10)*(1-10)倍；或，依次进行的双向同步拉伸(1-10)*(1-10)倍、纵向拉伸1-10倍、横向拉伸1-10倍。形成的铸片需要通过纵向拉伸、横向拉伸、纵横向同步拉伸的不同组合方法，实现纵横向乘积关系的超高倍率拉伸。双向同步拉伸(1-10)*(1-10)倍，指的是横向1-10倍以及纵向1-10倍。可选地，所述后处理包括依次进行的干燥、横向扩孔拉伸、横纵双向回缩处理和热定型；优选地，进行所述萃取时，拉伸边料不提前切除。横向扩孔拉伸可以保证薄膜具有适当的孔隙率；横纵双向回缩处理和热定型，摒弃了传统的横向单向回缩处理方法，让膜材料的纵横方向同时得到回缩处理，提升双向的热收缩稳定性；萃取干燥时，拉伸边料不提前切除，通过厚边料更大的张紧力，抑制薄膜在萃取过程中的横向收缩，因为萃取收缩会导致薄膜横向极差增大、均一性较差等问题，严重影响锂离子电池的一致性和安全可靠性。一种高强度高模量的聚烯烃薄膜，使用所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的方法制得；优选地，所述高强度高模量的聚烯烃薄膜的厚度为2～100μm、透气性为10-300s/in2*100cc、拉伸强度为300-2000MPa、比穿刺强力为50-300gf/μm、孔隙率为25-75％、模量为2GPa～30GPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：通过设置冷却系统和多级拉伸机，实现了大倍率拉伸；本申请提供的方法，区域拉伸倍数可大幅提高至10000倍级别，并以此大幅提升膜材料的取向、结晶、微观纤维的细旦化、比强度，降低膜材料断裂伸长率，形成超高强度和超高模量的聚烯烃薄膜材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，包括顺次配置的熔融挤出机、冷却系统、拉伸系统和萃取系统；/n所述拉伸系统包括用于横向拉伸被拉伸物的横向拉伸机、用于纵向拉伸被拉伸物的纵向拉伸机、用于分切被拉伸物的分切机和用于双向拉伸被拉伸物的双向同步拉伸机中的多个。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，包括顺次配置的熔融挤出机、冷却系统、拉伸系统和萃取系统；
所述拉伸系统包括用于横向拉伸被拉伸物的横向拉伸机、用于纵向拉伸被拉伸物的纵向拉伸机、用于分切被拉伸物的分切机和用于双向拉伸被拉伸物的双向同步拉伸机中的多个。


2.根据权利要求1所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，所述冷却系统包括靠辊、定型辊、冷却辊和冷却槽；
所述定型辊设置在所述靠辊和所述冷却辊之间，所述靠辊用于将来自所述熔融挤出机的模头的熔体贴合在所述定型辊的表面，所述定型辊的下部设置在所述冷却槽内，所述冷却辊用于冷却所述定型辊处理得到的铸片。


3.根据权利要求1所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，所述拉伸系统包括顺次设置的所述纵向拉伸机、所述横向拉伸机、所述分切机和所述双向同步拉伸机；所述分切机用于分切经所述横向拉伸机拉伸得到的薄膜。


4.根据权利要求1所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，还包括转向装置，所述转向装置设置在所述分切机之后；
优选地，所述双向同步拉伸机设置有多个；
优选地，所述双向同步拉伸机沿高度方向层叠设置3个；
优选地，所述双向同步拉伸机设置有加热烘箱和冷却烘箱，所述加热烘箱的温度精度为±0.5℃，风速均匀性为±1m/s。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备，其特征在于，所述萃取系统包括一组或多组萃取槽，每组所述萃取槽中均设置有多组牵伸辊和超声波发生装置。


6.一种制备高强度高模量的聚烯烃薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：郅立鹏，刘鹏，吕展飞，孙昌峰，徐阳，杨波，
申请(专利权)人：青岛蓝科途膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37