利用"黏性包覆"原理,通過毛細管流變儀詳細研究了多相體系在流場中的分相機制和控制方法,基于單螺桿擠出流延機組制備了具有等規(guī)聚丙烯/高密度聚乙烯/等規(guī)聚丙烯（iPP/PE-HD/iPP）結構的三層膜。結果表明,將iPP、PE-HD預混,可以得到不同相結構的iPP/PE-HD共混膜;三層片材中PE-HD的實際面積為94%,三層膜的孔隙率可達51. 82%,含有25%iPP的具有雙連續(xù)相結構的共混膜的微孔分布更加均勻;研究發(fā)現牽引比為50時,大孔含量高達84%;探究了共混微孔膜的成孔機理,揭示了三層膜中iPP和PE-HD過渡層成孔的復雜性,論證了過渡層晶體結構和微孔形貌對三層膜性能的重要性。 

【文章來源】：中國塑料. 2020,34(05)北大核心CSCD

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

不同牽引比下P25預制膜的DSC曲線

iPP與PE-HD較大的黏度比是形成包覆結構的關鍵，圖1(a）為不同剪切速率下iPP和PE-HD的剪切黏度曲線，隨著剪切速率的增加，剪切黏度逐漸變小。圖1(b）直觀地反應了在不同剪切速率下PE-HD與iPP的黏度比，高剪切速率下，PE-HD與iPP的黏度比直線下降，熔體流動速率過快，不利于包覆結構的形成，因此剪切速率低于200 s-1是較好的選擇。根據黏性包覆原理，先在高壓毛細管中通過調整長徑比、黏度比以及剪切速率，形成了較為完善的由低黏度的iPP包覆著高黏度的PE-HD的包覆結構，如圖2所示。當溫度升至140℃時，低熔點的PE-HD熔融，在偏振模式下顯示為“暗場”，出現在圓心周圍，少部分分散在圓周；而iPP未發(fā)生變化，即所見的晶體皆為iPP晶體，規(guī)整地分布在PE-HD的周圍，形成包覆結構。要制備這種由低黏物料包覆高黏物料的“包覆結構”，除了物料要有一定黏度差異外，加工參數對該包覆結構的形成也極為重要。在高壓毛細管流變儀中進行實驗時，控制長徑比，可以形成不同完善程度的“包覆結構”。圖2為剪切速率為45 s-1、不同口模長徑比下的樣品截面PLM照片。隨著口模長徑比的增加，包覆結構逐漸得到完善，PE的Ap逐漸上升，這是因為更長的流動路徑，讓2種聚合物大分子有更多的時間發(fā)生遷移，進行分層流動。當口模長徑比為2時，由于流動時間較短，物料來不及遷移分層就已經離開口模，因此分相效果較差；當口模長徑比增加到16時，得到了具有明顯包覆結構的樣品，此時PE-HD的Ap增加到73.5%，如圖3所示，比口模長徑比為2的樣品提高了99%。長徑比進一步增加到50，此時的PE-HD的Ap高達84.6%。但是，考慮到長徑比過長會帶來實際加工難度提高等問題，所以長徑比為16是本實驗的最佳選擇。根據在毛細管流變儀上研究的多相體系在流場中的分相機制和控制方法等數據，進一步在單螺桿擠出流延機組上成功地制備了具有iPP/PE-HD/iPP結構的三層膜，如圖4(b）所示。從圖中可見，上下2層基本是低黏度的，具有高熔點的iPP；中間層為高黏度的，熔點相對較低的PE-HD。經過進一步拉伸成孔，可以制備出具有更高安全性和“熔斷”機制的三層電池微孔膜。根據式（1）計算PE-HD的Ap，圖4(b）中三層片的Ap為91.2%，高于圖4(a）毛細管流變儀制備的圓柱樣品的Ap為84.1%。牽引比為50時，三層預制膜經過拉伸形成的微孔膜具有較高的孔隙率，如圖5所示。進而，研究了在120℃下退火不同時間對三層微孔膜孔隙率的影響，發(fā)現孔隙率隨著退火時間的增加呈先增大后減小的趨勢，在退火30 min時，達到最高孔隙率為51.82%，符合鋰離子電池隔膜的標準。同時，三層膜測得的格利值為600 s，高于相同厚度的PE-HD單層膜的496 s和iPP單層膜的370 s，表明相同厚度的三層膜對空氣的透過性低于單層膜。

根據在毛細管流變儀上研究的多相體系在流場中的分相機制和控制方法等數據，進一步在單螺桿擠出流延機組上成功地制備了具有iPP/PE-HD/iPP結構的三層膜，如圖4(b）所示。從圖中可見，上下2層基本是低黏度的，具有高熔點的iPP；中間層為高黏度的，熔點相對較低的PE-HD。經過進一步拉伸成孔，可以制備出具有更高安全性和“熔斷”機制的三層電池微孔膜。根據式（1）計算PE-HD的Ap，圖4(b）中三層片的Ap為91.2%，高于圖4(a）毛細管流變儀制備的圓柱樣品的Ap為84.1%。牽引比為50時，三層預制膜經過拉伸形成的微孔膜具有較高的孔隙率，如圖5所示。進而，研究了在120℃下退火不同時間對三層微孔膜孔隙率的影響，發(fā)現孔隙率隨著退火時間的增加呈先增大后減小的趨勢，在退火30 min時，達到最高孔隙率為51.82%，符合鋰離子電池隔膜的標準。同時，三層膜測得的格利值為600 s，高于相同厚度的PE-HD單層膜的496 s和iPP單層膜的370 s，表明相同厚度的三層膜對空氣的透過性低于單層膜。圖3 不同長徑比下樣品的Ap


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