CN105181733A - 一种利用dsc模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚烯烃隔膜制造测试方法的技术领域，尤其是一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，具体操作步骤如下：a、聚合物熔融挤出、流延成型制得流延基膜；b、将流延基膜裁成一定几何形状的测试样品；c、利用调节差示扫描量热仪模拟测试样品的不同热处理过程；d、用显微镜测量测试样品不同条件下的缩幅；e、由DSC曲线分析不同条件下测试样品的片晶结构和结晶行为。该方法通过调节测试条件既可以监测不同热处理温度和时间下基膜的缩幅情况，又能根据DSC曲线上的峰面积和峰位置分析流延基膜经过热处理后膜的片晶结构和结晶行为。

Description

一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法

技术领域

本发明涉及聚烯烃隔膜制造测试方法的技术领域，尤其是一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法。

背景技术

由于环境污染和能源短缺问题，近年来，新能源汽车产业的发展必将会成为锂离子电池市场发展的重要动力。隔膜是锂离子电池的关键内层组件之一，主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过，同时能够允许离子通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜的性质决定了锂电池界面结构、内阻等，其性能直接影响着放电容量、循环寿命以及电池安全性能等。因此，隔膜对提高电池的综合性能具有十分重要的作用。

目前，锂离子电池隔膜主要有干法单向拉伸隔膜、干法双向拉伸隔膜、湿法隔膜和3层PP/PE/PP复合隔膜。干法隔膜工艺是隔膜制备过程中最常用的方法，该工艺是将聚合物树脂经过挤出机，在应力作用下形成具有片晶结构的前驱体膜，然后经过退火热处理完善了片晶结构，得到硬弹性的聚合物膜，在较低的温度下拉伸形成银纹等缺陷，再在较高的温度下热拉，使银纹扩大，经热定型后制得微孔膜。该工艺选用聚乙烯或聚丙烯为原材料，成本相对较低，生产过程不使用溶剂，工艺环境友好无污染，利用该工艺生产的隔膜具有扁长的微孔结构。

如上所述可知，对聚合物基膜进行热处理，可完善聚合物的片晶结构，使其成为硬弹性体，若形成硬弹性的程度越高，其垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构越完善，片晶越厚，拉伸时更容易产生微孔，而且，硬弹性的优劣又决定了后期拉伸孔的尺寸及分布。因此，流延膜退火热处理条件的控制对聚合物硬弹性性能的影响是显而易见的。

然而，目前，对热处理工艺的研究方法主要是利用鼓风烘箱对基膜进行一定温度和时间的处理，再利用DSC分析热处理对基膜片晶结构和结晶形为的影响，该方法中烘箱的温度场均一性不好、处理周期较长，且浪费热处理所利用的资源和费用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，通过调节测试条件既可以监测不同热处理温度和时间下基膜的缩幅情况，又能根据DSC曲线上的峰面积和峰位置分析流延基膜经过热处理后膜的片晶结构和结晶行为。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，具体操作步骤如下：

a、准备好测试材料、工具及设备：聚烯烃树脂、打孔机、差示扫描量热仪和显微镜，聚烯烃树脂通过模头熔融挤出，经流延成型制得聚烯烃流延基膜；

b、利用步骤a中的打孔机将聚烯烃流延基膜裁成一定几何形状的测试样品；

c、将步骤b中裁好的测试样品放置坩埚内，利用差示扫描量热仪对测试样品进行测试，通过调节差示扫描量热仪的测试条件，使测试样品经历不同的热处理过程；

d、待步骤c中的差示扫描量热仪测试完毕，取出测试样品，利用显微镜测量测试样品的缩幅情况，即得到DSC测试曲线；

e、根据步骤d中的DSC测试曲线，由曲线峰的位置、峰的面积分析不同热处理条件下膜的片晶结构和结晶行为。

进一步地，上述技术方案中所述的步骤a中聚烯烃树脂在190℃～220℃的挤出温度下通过模头熔融挤出，牵伸比为100～120。

进一步地，上述技术方案中所述的步骤c中的测试样品所经历的热处理温度为120℃～150℃，热处理时间为5min～30min。

本发明的有益效果是：本发明的一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，借助差示扫描量热仪模拟流延基膜退火热处理的过程，通过调节测试条件既可以监测不同热处理温度和时间下基膜的缩幅情况，又能根据DSC曲线上的峰面积和峰位置分析流延基膜经过热处理后膜的片晶结构和结晶行为，并可用于表征后续拉伸致孔的成孔情况，与传统的热处理方法相比，该方法快速、简便、测试周期较短，还具有节省成本和测试时间的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中差示扫描量热仪的测试简图；

图3是本发明中差示扫描量热仪在不同热处理温度、相同热处理时间所测得的DSC曲线；

图4是本发明中差示扫描量热仪在不同热处理时间、相同热处理温度所测得的DSC曲线。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，具体操作步骤如下：

a、准备好测试材料、工具及设备：聚烯烃树脂、打孔机、差示扫描量热仪和显微镜，聚烯烃树脂通过模头熔融挤出，经流延成型制得聚烯烃流延基膜，其中聚烯烃树脂在190℃～220℃的挤出温度下通过模头熔融挤出，牵伸比为100～120；

b、利用步骤a中的打孔机将聚烯烃流延基膜裁成一定几何形状的测试样品，要求测试样品的边缘无毛糙，且选取打孔机的针孔形状与测试样品的形状相匹配；

c、将步骤b中裁好的测试样品放置坩埚内，利用差示扫描量热仪对测试样品进行测试，通过调节差示扫描量热仪的测试条件，使测试样品经历不同的热处理过程，其中测试样品所经历的热处理温度为120℃～150℃，热处理时间为5min～30min；差示扫描量热仪的测试条件为：从室温以10℃/min的升温速率升至不同的热处理温度，保温一定的时间，然后以20℃/min的降温速率降至常温，再以10℃/min的升温速率升至220℃，最后以以20℃/min的降温速率降至常温，如图2所示；

d、待步骤c中的差示扫描量热仪测试完毕，取出测试样品，利用显微镜测量测试样品的缩幅情况，即得到DSC测试曲线，其中利用显微镜测量测试样品的缩幅情况，必须使用适当的倍数，利用显微镜的照相功能，拍下不同条件下的测试样品的形态，再利用软件中的刻度测量各自条件下测试样品的缩幅情况；

e、根据步骤d中的DSC测试曲线，由曲线峰的位置、峰的面积分析不同热处理条件下膜的片晶结构和结晶行为，包括熔融焓、结晶度及片晶厚度等。

以聚烯烃树脂选用聚丙烯树脂为例，将熔融指数为2.0-3.0g/10min的聚丙烯树脂在190℃～220℃温度条件下熔融挤出，通过口模的温度为190℃～220℃，在牵伸比为110下，经流延成型制得聚烯烃流延基膜；选取打孔机的针孔形状为正方形，裁取的测试样品的形状也为正方形，测试样品的边长为3mm，测试样品的质量为3～5mg；通过调节差示扫描量热仪的测试条件，模拟不同热处理温度和热处理时间，其中热处理温度在120℃～150℃，热处理时间为5min～30min。

如图3所示，测试样品在不同的热处理温度下：120℃、130℃、140℃、145℃和150℃，热处理时间为25min下所测得的曲线，随着退火热处理温度的增加，主峰左侧渐渐出现副峰，该副峰的形成主要是由于温度的升高，大分子链的活动性增加，测试样品内尚未结晶部分的链段在较高温度下继续结晶，缺陷晶区也被逐渐完善形成亚稳相，当温度超145℃后片晶结构已经完善，温度达150℃时，晶相结构被破坏，副峰反而消失。

如图4所示，测试样品在145℃下，经不同热处理时间：5min、15min、25min和30min所测得的DSC曲线，退火时间延长都有助于链段运动更加充分，使高分子链更好地排入到晶格中，结晶度逐渐提高，片晶的厚度逐渐增加，在片晶的周围形成更多的微晶结构，晶区更加完善。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：

a、准备好测试材料、工具及设备：聚烯烃树脂、打孔机、差示扫描量热仪和显微镜，聚烯烃树脂通过模头熔融挤出，经流延成型制得聚烯烃流延基膜；

b、利用步骤a中的打孔机将聚烯烃流延基膜裁成一定几何形状的测试样品；

c、将步骤b中裁好的测试样品放置坩埚内，利用差示扫描量热仪对测试样品进行测试，通过调节差示扫描量热仪的测试条件，使测试样品经历不同的热处理过程；

d、待步骤c中的差示扫描量热仪测试完毕，取出测试样品，利用显微镜测量测试样品的缩幅情况，即得到DSC测试曲线；

e、根据步骤d中的DSC测试曲线，由曲线峰的位置、峰的面积分析不同热处理条件下膜的片晶结构和结晶行为。

2.根据权利要求1所述的一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，其特征在于：所述的步骤a中聚烯烃树脂在190℃～220℃的挤出温度下通过模头熔融挤出，牵伸比为100～120。

3.根据权利要求1所述的一种利用DSC模拟聚烯烃流延基膜退火处理的方法，其特征在于：所述的步骤c中的测试样品所经历的热处理温度为120℃～150℃，热处理时间为5min～30min。