聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术制备的聚四氟乙烯/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。使用的离型膜。使用的离型膜。

【技术实现步骤摘要】
聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及薄膜材料领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，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。
[0008]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。
[0009]进一步地，硝酸溶液和硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。
[0010]进一步地，步骤S2包括：将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维混合，形成混合料；在搅拌的状态下，以喷淋的方式向混合料中加入润滑助剂，然后在40~50℃温度下熟化10~12h，得到熟化料。
[0011]进一步地，润滑助剂为C
10
~C
16
的异构烷烃类溶剂，更优选为Isopar M；聚四氟乙烯树脂为结晶度98%以上、数均分子量600万~1200万的分散树脂。
[0012]进一步地，聚四氟乙烯树脂为大金F
‑
106、大金F
‑
107、科慕601X、AGC CD123E中的一种或多种。
[0013]进一步地，表面改性碳纤维的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的10~30%，润滑助剂的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的15~25%。
[0014]进一步地，步骤S3包括：将熟化料在60~80℃温度下置入压胚机中，并在3~5MPa的压力下压制成柱坯，且压制期间控制压缩速度为20~50mm/min；将柱坯置入推压机料腔中，加热至温度100~120℃，在5~8MPa的压力下挤出，形成坯料，且挤出期间控制压缩比为80~100。
[0015]进一步地，步骤S4中，压延成膜过程中的压延温度为60~80℃、辊筒线速度为5~15m/min、压延厚度为0.05~0.3mm。
[0016]进一步地，步骤S5包括：将膜材料在100~200℃下进行脱脂后，再于350~400℃下进行定型。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜，其由上述制备方法制备得到。
[0018]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜在复合质子交换膜涂布工艺中的应用。
[0019]采用本专利技术提供的制备方法，通过将聚四氟乙烯树脂（PTFE树脂）与表面改性碳纤维、润滑助剂进行混合、熟化、压制、挤出、压延、脱脂定型等步骤，制备出聚四氟乙烯/碳纤维复合膜。该复合膜由于自身聚四氟乙烯材质原因具备自离型功能，无需喷涂离型剂，在生产过程中不会因离型剂残留在涂布浆料的中，对产品造成污染。更重要的是，通过表面改性碳纤维与聚四氟乙烯复合，结合压延工艺，使得碳纤维能够与聚四氟乙烯基材之间形成量良好的接触和分散，从而有效提高了膜的强度，使得其在高温环境中仍旧能够保持形态，不易变形，表面平整。基于上述原因，本专利技术制备的聚四氟乙烯/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。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本专利技术实施例1制备的聚四氟乙烯树脂/碳纤维复合离型膜的截面扫面电镜照片；以及图2示出了根据本专利技术实施例2制备的聚四氟乙烯树脂/碳纤维复合离型膜的截面扫面电镜照片。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0022]正如背景中所描述的，现有技术中PTFE薄膜因高温条件下容易变形，不适宜作为离型膜。为了解决上述问题，本专利技术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；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜的制备方法，其特征在于，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、所述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，将所述熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对所述坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对所述膜材料依次进行脱脂、定型，得到所述聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述热处理的过程包括：将所述碳纤维在500~800℃温度下处理3~5h，得到所述表面改性碳纤维；所述酸处理的过程包括：将所述碳纤维置入70~90℃的混酸溶液中进行酸洗处理3~5h，然后取出并水洗，得到所述表面改性碳纤维；其中，所述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。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸溶液和所述硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述聚四氟乙烯树脂、所述表面改性碳纤维混合，形成混合料；在搅拌的状态下，以喷淋的方式向所述混合料中加入所述润滑助剂，然后在40~50℃温度下熟化10~12h，得到所述熟化料。5.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述润滑助剂为C
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~C
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的异构烷烃类溶剂，更优选为Isopar M；所述聚四氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，刘昊，李道喜，干志强，刘品阳，王福瑶，刘飞，王杰，李震康，夏丰杰，刘真，
申请(专利权)人：武汉绿动氢能能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：