CN115286884A - 膨体聚四氟乙烯防水透气膜及其制备方法和电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，包括：提供共混物，该共混物包含润滑剂，以及具有第一熔点和第二熔点的聚四氟乙烯颗粒，的第一熔点低于的第二熔点；使共混物成型为片材；对片材进行干燥，以去除润滑剂，产生干燥的片材；使干燥的片材在280～320℃的温度下沿压延方向拉伸形成拉伸膜，拉伸倍数a为80～110倍，拉伸速率v1为100～120mm/min；使拉伸膜在150～180℃的温度下沿垂直于压延方向拉伸形成复合膜，拉伸倍数b为10～15倍，拉伸速率v2为50～60mm/min；使复合膜定型。本发明至少包括以下优点：孔径小、透气量大、结构强度高且能够实现抗水压值高于200kPa。
Description
技术领域
本发明涉及膜制备技术领域，更具体地说，涉及一种小孔径膨体聚四氟乙烯防水透气膜及其制备方法和电池包。
背景技术
本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
因聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的防水、防腐蚀、耐化学剂、耐高低温、抗老化等性能，其被作为制作防水透气膜的原材料。膨体聚四氟乙烯(ePTFE)是以聚四氟乙烯树脂为原料，通过拉伸工艺制成具有多孔结构的薄膜材料，使其在防水防尘同时具备透气透声的功能，被广泛应用于电子行业、汽车、化学品包装、智能家居等领域，在上述领域使用过程中，薄膜材料用以保护电子产品零部件不受外界恶劣环境影响，确保电子产品正常工作；用以平衡汽车传感器、 ECU、户外照明灯内外压差，防止灯结露、结雾；用以排出电池使用过程中产生的气体和热量，防止电池受潮、受腐蚀，保护电池安全。
经检索，中国专利申请号为201080002329.1，公开的一种防水透声膜，通过两层PTFE膜重叠层压形成调整面密度，提升膜的防水性能，其存在的缺陷是：在高水压应用场景，两层膜之间结合强度不够，容易出现防水膜自身分层，导致防水失效。经检索的另一件中国专利申请号为201480063126.1，公开的防水透声膜及使用防水透声膜的防水透声结构，通过双向拉伸形成的PTFE多孔膜，透气量范围100～200ml/min/cm2，其防水能力仅达到生活防水(2～5m)，目前消费电子产品如手表和汽车电池包泄压阀等产品的使用要求：防水能力需达到20m 以上也就是抗水压值要高于200kPa，可见其无法满足运动防水和严苛的户外环境。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够适应高水压应用场景的膨体聚四氟乙烯防水透气膜及其制备方法和电池包。
为了解决上述技术问题，本发明提供了膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供共混物，该共混物包含润滑剂，以及具有第一熔点和第二熔点的聚四氟乙烯颗粒，所述的第一熔点低于所述的第二熔点；
使共混物成型为片材；
对所述片材进行干燥，以去除润滑剂，产生干燥的片材；
使所述干燥的片材在280～320℃的温度下沿纵向采用压延拉伸形成拉伸膜，拉伸倍数a为80～110倍，拉伸速率v1为100～120mm/min；
使所述拉伸膜在150～180℃的温度下沿横向采用压延拉伸形成复合膜，拉伸倍数b为10～15倍，拉伸速率v2为50～60mm/min；
使复合膜定型。
进一步的，拉伸倍数a与拉伸倍数b的乘积为800～1200。
进一步的，拉伸速率v2小于拉伸速率v1，并且v1:v2＝1.8～2.5。
进一步的，所述拉伸倍数a为100，拉伸速率v1为115mm/min，拉伸倍数 b为12，拉伸速率v2为58mm/min。
进一步的，所述聚四氟乙烯颗粒的分子量大于6*10^6，密度为 380g/L～500g/L，所述第一熔点高于300℃。
进一步的，所述聚四氟乙烯颗粒与润滑剂混合的重量比为(5～7):1。
进一步的，使共混物成型为片材，包括：采用推压机将共混物挤出成膏状物；采用压延机将膏状物压延为所述片材，挤出和压延温度为120～150℃。
进一步的，将片材置于180±20℃的烘箱中烘烤1小时以对所述片材进行干燥。
一种防水透气膜，上述的制备方法制备而成，平均孔径小于1um，孔隙率大于75％，透气量大于1000ml/min/cm2，抗水压值高于200kPa。
一种电池包，包括权利要求9所述的防水透气膜。
借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：
1、本发明采用双向拉膜方法，通过控制拉伸倍率和拉伸速率来制成具有小孔径大透气量防水透气膜，其平均孔径小于1um，孔隙率大于75％，透气量大于 1000ml/min/cm2。
2、本发明采用先纵向拉伸，后横向拉伸制成的防水透气膜，通过测试，本申请50m2材料的透气量(50份，1m2/份)，其透气量波动范围不超过10％；其平均孔径范围0.4um～0.7um；具有较高的拉伸强度，将此材料制作成孔径
的样品，对其施加200kPa水压测试60min,防水透气膜不渗水，透气量没有损失。用本发明的防水透气膜制成的产品可稳定应用于汽车电池包、ECU、大灯等透气阀。
附图说明
图1是本发明的耐水压测试时结构图。
其中：
1、防水透气膜；2、上密封板；3、密封圈；4、下密封板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，包括：
提供共混物，具体包括：(a)原料准备：选取大金工业F106聚四氟乙烯树脂粉末，其具有第一熔点和第二熔点，其中第一熔点为310～320℃，第二熔点为330～350℃，第一熔点低于第二熔点，其分子量大于6*10^6，密度为 380g/L～500g/L，具体的，在本实施例1中，其分子量选取大于6.7*10^6，其粉体密度选取486g/L，其第一熔点选取为318℃，第二熔点选取为342℃；选取正十二烷作为润滑剂；(b)原料混合：将步骤(a)中的聚四氟乙烯树脂与正十二烷以(5～7):1重量比混合，在本实施例1中优选聚四氟乙烯树脂与正十二烷以5:1重量比混合，即100质量份PTEF粉末添加20质量份正十二烷，加压20kg/cm2使其充分混合。
使共混物成型为片材，具体包括：(c)挤出：在120～150℃下，用推压机将聚四氟乙烯混合料寄挤出成膏状物，具体的，在本实施例1中优选挤出温度为135℃；(d)压延：采用压延机将膏状物压延为厚度为0.5mm的片材，压延温度为120～150℃，在本实施例1中优选压延温度为135℃。
对所述片材进行干燥，以去除润滑剂，产生干燥的片材，具体为：将片材置于180±20℃的烘箱中烘烤1小时以对所述片材进行干燥，在本实施例1中优选烤箱温度为196℃。
使所述干燥的片材在280～320℃的温度下沿压延方向拉伸形成拉伸膜，拉伸倍数a为80～110倍，拉伸速率v1为100～120mm/min，本申请的压延机的压延方向为纵向(MD)，在本实施例1中温度优选为300℃，拉伸倍数控制在80倍，拉伸速率100mm/min；
使所述拉伸膜在150～180℃的温度下沿垂直于所述压延方向拉伸形成复合膜，拉伸倍数b为10～15倍，拉伸速率v2为50～60mm/min，本申请中垂直于所述压延方向为横向(TD)，在本实施例1中温度优选为150℃，拉伸倍数b控制在10倍，拉伸速率v2为50mm/min；
使复合膜定型，具体为：在高于第二熔点的温度下对复合膜进行烧结定型，具体的优选烧结定型温度为350℃。
一种防水透气膜，由上述的制备方法制备而成，孔径为0.7um，孔隙率为 77％，透气量为1173ml/min/cm2，抗水压值为235kPa。
一种电池包，包括上述的防水透气膜。
实施例2
膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，包括：
提供共混物，具体包括：(a)原料准备：选取大金工业F106聚四氟乙烯树脂粉末，其具有第一熔点和第二熔点，其中第一熔点为310～320℃，第二熔点为330～350℃，第一熔点低于第二熔点，其分子量大于6*10^6，密度为 380g/L～500g/L，具体的，在本实施例2中，其分子量选取大于6.7*10^6，其粉体密度选取486g/L，其第一熔点选取为318℃，第二熔点选取为342℃；选取正十二烷作为润滑剂；(b)原料混合：将步骤(a)中的聚四氟乙烯树脂与正十二烷以(5～7):1重量比混合，在本实施例1中优选聚四氟乙烯树脂与正十二烷以5:1重量比混合，即100质量份PTEF粉末添加20质量份正十二烷，加压20kg/cm2使其充分混合。
使共混物成型为片材，具体包括：(c)挤出：在120～150℃下，用推压机将聚四氟乙烯混合料寄挤出成膏状物，具体的，在本实施例1中优选挤出温度为135℃；(d)压延：采用压延机将膏状物压延为厚度为0.5mm的片材，压延温度为120～150℃，在本实施例1中优选压延温度为135℃。
对所述片材进行干燥，以去除润滑剂，产生干燥的片材，具体为：将片材置于180±20℃的烘箱中烘烤1小时以对所述片材进行干燥，在本实施例1中优选烤箱温度为196℃。
使所述干燥的片材在280～320℃的温度下沿压延方向拉伸形成拉伸膜，拉伸倍数a为80～110倍，拉伸速率v1为100～120mm/min，本申请的压延机的压延方向为纵向(MD)，在本实施例1中温度优选为300℃，拉伸倍数控制在100 倍，拉伸速率120mm/min；
使所述拉伸膜在150～180℃的温度下沿垂直于所述压延方向拉伸形成复合膜，拉伸倍数b为10～15倍，拉伸速率v2为50～60mm/min，本申请中垂直于所述压延方向为横向(TD)，在本实施例1中温度优选为150℃，拉伸倍数b控制在15倍，拉伸速率v2为60mm/min；
使复合膜定型，具体为：在高于第二熔点的温度下对复合膜进行烧结定型，具体的优选烧结定型温度为350℃。
一种防水透气膜，由上述的制备方法制备而成，孔径为0.4um，孔隙率为 86％，透气量为1350ml/min/cm2，抗水压值为212kPa。
一种电池包，包括上述的防水透气膜。
针对采用本申请的制备方法制成的膨体聚四氟乙烯防水透气膜，进行性能测试，将该防水透气膜1置于上密封板2与下密封板4之间，上、下密封板具有用于测试的通孔，防水透气膜将通孔分为靠近上密封板2的上侧和靠近下密封板4的下侧，在上侧或者下侧加入水压，本申请示意的图1中是在下侧引入水压进行测试，为了保证密封性在上密封板与下密封板之间还套设有密封圈，具体的，在测试的时候，其中：
厚度：用基恩士分光干涉位移型/多层膜厚测量仪SI-T1000，精度1um，来进行检测；
孔隙率：用浸泡介质法测试ePTFE多孔膜的孔隙率；
孔径：按照GB/T 38949-2020多孔膜孔径的测定标准粒子法，测量ePTFE 膜的平均孔径；
透气量：按照JIS L 1096在封闭空间内，固定气压7kPa,测量透过ePTFE 多孔膜气体流量，计算单位面积的透气量，单位为ml/min/cm2；
耐水压：按照GB/T 4744-1997，测量固定孔径下ePTFE防水膜，施加固定压力，保持1小时，观察防水膜表面是否渗水，10kPa相当于1m水压。
通过上述方式，对实施例1和实施例2的防水透气膜进行测试，测试结果如表1所示，结果发现，在一定范围内，拉伸倍数越大，拉伸速率越快，防水透气膜的透气量越大。
实施例3～5所选用原材料和测试方法与实施例1～2相同，差别仅在于拉伸倍数和拉伸速率不同，对比5个实施例测试结果如下：
表1
表2为实施例1所制材料的透气量实测值汇总表。材料总面积50m2，等分为50份(MD方向宽度1m，等分为5份，20cm/份；TD方向10m，等分10份， 1m/份)，分别测试每一份的透气量值。可见采用本发明的防水透气膜的透气量最大值1231，最小值1110，平均值1173，波动范围5.37％。
表2
对比例1
选用与实施例1相同的材料和参数，不同的是先横向拉伸，后纵向拉伸，测试结果如表3所示。
表3
可见，采用先横向后纵向的拉伸工艺，防水膜的平均孔径/孔隙率/透气量较实施例1增大，但其防水能力骤降。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供共混物，该共混物包含润滑剂，以及具有第一熔点和第二熔点的聚四氟乙烯颗粒，所述的第一熔点低于所述的第二熔点；
使共混物成型为片材；
对所述片材进行干燥，以去除润滑剂，产生干燥的片材；
使所述干燥的片材在280～320℃的温度下沿纵向采用压延拉伸形成拉伸膜，拉伸倍数a为80～110倍，拉伸速率v1为100～120mm/min；
使所述拉伸膜在150～180℃的温度下沿横向采用压延拉伸形成复合膜，拉伸倍数b为10～15倍，拉伸速率v2为50～60mm/min；
使复合膜定型。
2.根据权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，拉伸倍数a与拉伸倍数b的乘积为800～1200。
3.根据权利要求1或2所述的小孔径膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，拉伸速率v2小于拉伸速率v1，并且v1:v2＝1.8～2.5。
4.根据权利要求1或2所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，所述拉伸倍数a为100，拉伸速率v1为115mm/min，拉伸倍数b为12，拉伸速率v2为58mm/min。
5.根据权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯颗粒的分子量大于6*10^6，密度为380g/L～500g/L，所述第一熔点高于300℃。
6.根据权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯颗粒与润滑剂混合的重量比为(5～7):1。
7.根据权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，使共混物成型为片材，包括：采用推压机将共混物挤出成膏状物；采用压延机将膏状物压延为所述片材，挤出和压延温度为120～150℃。
8.根据权利要求1所述的膨体聚四氟乙烯防水透气膜的制备方法，其特征在于，将片材置于180±20℃的烘箱中烘烤1小时以对所述片材进行干燥。
9.一种防水透气膜，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成，平均孔径小于1um，孔隙率大于75％，透气量大于1000ml/min/cm2，抗水压值高于200kPa。
10.一种电池包，其特征在于，包括权利要求9所述的防水透气膜。
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