【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增湿器，具体涉及一种中空纤维膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氢燃料电池作为一种将化学能转变为电能的动力源，具有零排放、适用环境条件广泛、能量密度高、加氢耗时短等优点。尤其是在全球环境日益严峻的当下，各国的氢燃料电池也在逐渐应用渗透到各个行业的运输领域。我国的研究计划表明在2035年我国的氢燃料汽车将突破100万辆。因此氢能作为零排放的“最终能源”未来将会有巨大的发展。
2、氢燃料电池中的质子交换膜是h离子转移交换的场所，h离子转移交换的效率将直接影响氢燃料电池的能量转化效率。质子交换膜需要在一定湿度范围内才能保证最佳的质子交换速率，含水量过多和过少都会影响质子交换膜的传递效率，因此如何控制质子交换膜的湿度范围，对氢燃料电池是否能达到最佳的能量转化效率至关重要。
3、目前主要采用外接增湿器的方法保证质子交换膜的湿度。增湿器所用中空纤维膜的性质决定着增湿器的加湿效率和使用寿命。目前国内的中空纤维增湿膜与韩国科隆等国外厂家依然存在较大的差距，主要表现为国内增湿器膜材增湿效率较差和内漏严重，其主要原因是对中空纤维膜的亲水性以及膜材的孔径结构做不到很好的控制。
4、公开号为cn114990725a的专利技术专利公布了一种使用聚芳醚腈树脂和发烟硫酸纳米粒子改性的中空纤维膜，这种方法在一定程度上改善了中空纤维膜的亲水性，但是发烟硫酸在实际工业生产过程中具有一定的危险性和环境污染性，不宜大规模生产。纳米粒子在实际使用过程中容易造成脱落，会造成改性效果不持久的问题，并且并没有加入制孔剂，所制
5、公开号为cn115400606a的专利技术专利报道了一种中空纤维膜的制备方法，改性方法为加入了一定量的亲水制孔剂聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮，但是这些亲水性物质在相分离成膜过程中和膜使用过程中会向水中迁移掉落，造成亲水性下降、亲水改性效果不佳的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种中空纤维膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的中空纤维膜外表面具有永久亲水改性效果，增湿效率高且不易漏气。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
4、将热塑性聚合物、第一有机溶剂、制孔剂与两亲嵌段共聚物混合，得到纺丝液；所述纺丝液中热塑性聚合物的含量为17～24wt％，第一有机溶剂的含量为55～70wt％，制孔剂的含量为5～15wt％，两亲嵌段共聚物的含量为5～15wt％；
5、将所述纺丝液与内凝固浴同时挤出，进行纺丝，然后依次经过空气浴和外凝固浴，得到中空纤维膜；
6、所述空气浴的高度为15～35cm；所述内凝固浴为第一有机溶剂的水溶液，所述内凝固浴中第一有机溶剂的浓度为10～60wt％；所述内凝固浴的温度为30～50℃；所述外凝固浴为第一有机溶剂的水溶液，所述外凝固浴中第一有机溶剂的浓度为5～30wt％；所述外凝固浴中水的质量百分含量高于所述内凝固浴；所述外凝固浴的温度为50～90℃；所述内凝固浴与外凝固浴的温度差为20～40℃。
7、优选的，所述热塑性聚合物包括聚醚砜、聚砜、聚偏氯乙烯和聚酰亚胺中的一种或几种；所述第一有机溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮和n-n-二甲基甲酰胺中的一种或几种；所述制孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙二醇。
8、优选的，所述两亲嵌段共聚物由具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物进行聚合反应得到。
9、优选的，所述具有脂溶性反应基团的化合物包括三聚氰胺、双酚s或甲基丙烯酸甲酯；所述具有亲水性反应基团的化合物包括乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲醚；所述具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物的摩尔比为(2～7):(2～3)。
10、优选的，所述纺丝前，还包括将所述纺丝液进行真空脱泡；所述真空脱泡的时间为10～24h，温度为40～60℃。
11、优选的，所述纺丝液的挤出压力为1.5～2.5mpa；所述中空纤维膜在外凝固浴中有效凝固长度为1～1.5m。
12、优选的，经过所述外凝固浴后，还包括将所得纤维膜进行收丝；所述收丝的速度为15～25m/min；所述收丝的温度为20～40℃。
13、优选的，完成所述收丝后，还包括将所得纤维膜依次进行漂洗保湿和晾干。
14、本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的中空纤维膜，所述中空纤维膜为多孔结构，其中，内表面的孔径小，分布致密，外表面的孔径大，分布稀疏；靠近所述中空纤维膜的内表面一侧具有单层泪滴状孔结构；所述单层泪滴状孔的尖侧朝向中空纤维膜的内表面。
15、本专利技术提供了上述方案所述中空纤维膜在氢燃料汽车增湿器中的应用。
16、本专利技术提供了一种中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：将热塑性聚合物、第一有机溶剂、制孔剂与两亲嵌段共聚物混合，得到纺丝液；所述纺丝液中热塑性聚合物的含量为17～24wt％，第一有机溶剂的含量为55～70wt％，制孔剂的含量为5～15wt％，两亲嵌段共聚物的含量为5～15wt％；将所述纺丝液与内凝固浴同时挤出，进行纺丝，然后依次经过空气浴和外凝固浴，得到中空纤维膜；所述空气浴的高度为15～35cm；所述内凝固浴为第一有机溶剂的水溶液，所述内凝固浴中第一有机溶剂的浓度为10～60wt％；所述内凝固浴的温度为30～50℃；所述外凝固浴为第一有机溶剂的水溶液，所述外凝固浴中第一有机溶剂的浓度为5～30wt％；所述外凝固浴中水的质量百分含量高于所述内凝固浴；所述外凝固浴的温度为50～90℃；所述内凝固浴与外凝固浴的温度差为20～40℃。
17、本专利技术提供的中空纤维膜外表面具有永久亲水改性效果、孔径结构内密外疏以及靠近内表面一侧具有单层泪滴状孔结构，能够降低膜水通量阻力以提高增湿效率且不易漏气，能满足燃料电池堆的使用需求；此外，通过控制内凝固浴、外凝固浴的温度和成分组成以及纺丝液固含量，可以有效控制中空纤维膜的内外表面孔径大小，达到内密外疏的梯度孔结构(即内表面孔径较小，分布致密，外表面孔径较大，分布稀疏)；内密外疏的孔径结构可以有效增强中空纤维膜的机械强度，单层泪滴状孔结构有利于在保证中空纤维膜机械强度的同时减少湿空气传递的阻力，因此不易漏气。
18、本专利技术中所述两亲嵌段共聚物由脂溶性的长链部分和具有亲水性的基团两部分反应制成。本专利技术中所述两亲嵌段共聚物在干湿法制备中空纤维膜过程中脂溶性的长链部分会与热塑性聚合物通过高分子材料的相似相溶原理形成强烈的相互作用，所述两亲嵌段共聚物的亲水性基团会暴露在中空纤维膜外，从而永久性的提高中空纤维膜表面的亲水性。
19、在本专利技术中，由于内凝固浴和外凝固浴中所用第一有机溶剂含量不同，因此两亲嵌段共聚物会发生表面偏析现象，往含水浓度较大的外凝固浴处迁移，通过控制两亲嵌段共聚物的加入量，可以控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚醚砜、聚砜、聚偏氯乙烯和聚酰亚胺中的一种或几种；所述第一有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和N-N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；所述制孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙二醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述两亲嵌段共聚物由具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物进行聚合反应得到。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述具有脂溶性反应基团的化合物包括三聚氰胺、双酚S或甲基丙烯酸甲酯；所述具有亲水性反应基团的化合物包括乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲醚；所述具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物的摩尔比为(2～7):(2～3)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝前，还包括将所述纺丝液进行真空脱泡；所述真空脱泡的时间为10～24h，温度为40～60℃。
6.根据权利要求1所述的制备
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，经过所述外凝固浴后，还包括将所得纤维膜进行收丝；所述收丝的速度为15～25m/min；所述收丝的温度为20～40℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，完成所述收丝后，还包括将所得纤维膜依次进行漂洗保湿和晾干。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的中空纤维膜，其特征在于，所述中空纤维膜为多孔结构，其中，内表面的孔径小，分布致密，外表面的孔径大，分布稀疏；靠近所述中空纤维膜的内表面一侧具有单层泪滴状孔结构；所述单层泪滴状孔的尖侧朝向中空纤维膜的内表面。
10.权利要求9所述中空纤维膜在氢燃料汽车增湿器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚醚砜、聚砜、聚偏氯乙烯和聚酰亚胺中的一种或几种；所述第一有机溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮和n-n-二甲基甲酰胺中的一种或几种；所述制孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙二醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述两亲嵌段共聚物由具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物进行聚合反应得到。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述具有脂溶性反应基团的化合物包括三聚氰胺、双酚s或甲基丙烯酸甲酯；所述具有亲水性反应基团的化合物包括乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲醚；所述具有脂溶性反应基团的化合物与具有亲水性反应基团的化合物的摩尔比为(2～7):(2～3)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝前，还包括将...
【专利技术属性】
技术研发人员：皇爱文，常运来，高冬雪，杨友意，
申请(专利权)人：平原滤清器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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