CN115610063B - 一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法，涉及绝缘膜加工技术领域。所述绝缘膜包括自下而上依次设置的基材层、粘合层、氧化铝薄膜层和流延层，其中基材层为纳米二氧化硅表面改性后混合氮化硼、针尖状硅灰石、纳米木粉、聚丙烯等材料制备得到，流延层为聚丙烯乳液、纳米二氧化硅、纳米木粉、六溴环十二烷、羟丙基纤维素、交联剂、流平剂、消泡剂混合制备得到。本发明克服了现有技术的不足，有效防止基材和金属膜在实际使用过程中的卷曲和翘边，同时进一步保证包装膜的绝缘性，提升使用的安全性。

Description

一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘膜加工技术领域，具体涉及一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法。
背景技术
绝缘包装膜是一种用于锂电池绝缘软包的主要材料，由于其优异的绝缘和阻燃性能，目前被广泛应用于各类电子电器的绝缘部件，例如电源开手机、电脑、显示器、新能源汽车，特别是新能源汽车电池组方面用量直线攀升。
现在锂电池所使用的绝缘膜大多是铝塑膜，即将铝薄片通过热压与聚丙烯等基材复合，通过铝薄片外部氧化膜结构以及聚丙烯材质达到良好的绝缘、阻燃的包装效果，如专利号CN201910126625.5公开的“一种绝缘耐高温电池外包装膜的制备方法”通过混合胶液提升树脂基材层与铝箔层的粘结强度，来达到绝缘保护的目的。
但是现有的绝缘膜基材大多是树脂材料，其虽然具有良好的绝缘性，但是其热膨胀系数与金属铝薄片存在较大差异，在对电池包装后受热逐渐发生形变异与铝薄片发生错位，导致基材与铝薄片连接处的发生卷曲和翘边，最终导致整个绝缘膜损坏，易出现安全隐患，且传统的铝塑膜的铝薄片外部形成的氧化铝氧化层会出现针孔状结构，实际绝缘使用过程中易穿过针孔结构达到金属基体，影响实际的绝缘效果，为了提升整个绝缘包装膜的绝缘性，专利号CN202010560077.X公开的“一种锂电池包装膜及其制备方法”通过减少铝箔层的设置替换成二氧化硅层但是实际使用过程中，纳米二氧化硅层虽然具有良好的绝缘效果，但是其具体的绝缘效果与其形成的厚度关系较大，并且在实际应用过程中纳米二氧化硅分散的均匀度得不到控制，导致整个绝缘膜的性能稳定性差，给实际的应用带来一定的安全隐患
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法，有效防止基材和金属膜在实际使用过程中的卷曲和翘边，同时进一步保证包装膜的绝缘性，提升使用的安全性。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，所述低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜包括自下而上依次设置的基材层、粘合层、氧化铝薄膜层和流延层；所述基材层为复合改性聚丙烯薄膜层由以下重量份物质组成：聚丙烯30-40份、纳米二氧化硅3-6份、纳米木粉0.8-1份、氮化硼3-5份、针尖状硅灰石4-6份、PE-g-MAH0.3-0.6份；所述流延层为复合聚丙烯层包括以下重量份物质组成：聚丙烯乳液30-40份、纳米二氧化硅1-3份、纳米木粉0.2-0.4份、羟丙基纤维素3-6份、六溴环十二烷1-1.4份、交联剂0.8-1.2份、流平剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.2份。
优选的，所述粘合层为丙烯酸酯类压敏胶。
低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜的制备方法包括以下步骤：
（1）基膜原料预处理：将纳米二氧化硅采用硅烷偶联剂进行表面改性，得改性二氧化硅，并将氮化硼、针尖状硅灰石和纳米木粉于清水中分散后离心脱除水分，再冻干后粉碎得混合料备用；
（2）基膜制备：将上述混合料和改性二氧化硅混合聚丙烯以及PE-g-MAH进行熔融混炼后挤出拉伸成膜，得复合改性聚丙烯薄膜层备用；
（3）铝膜预处理：将铝膜单面喷砂粗糙后采用射频电源和直流脉冲电源溅射沉积，形成氧化铝薄膜层；
（4）复合：将复合改性聚丙烯薄膜层上表面涂覆粘结剂后将氧化铝薄膜层未受溅射的一面与复合改性聚丙烯薄膜层通过粘结剂粘合后热压定型得复合膜；
（5）流延料制备：将聚丙烯乳液、纳米二氧化硅、纳米木粉、六溴环十二烷、羟丙基纤维素、交联剂、流平剂、消泡剂混合搅拌分散，得流延料备用；
（6）包装膜成型：将上述流延料于复合膜的氧化铝薄膜层上端进行流延，后干燥成膜，得低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜。
优选的，所述步骤（1）中硅烷偶联剂为A151、A171、A172中的任意一种。
优选的，所述步骤（1）中离心的转速为4200r/min，离心时间为10min。
优选的，所述步骤（2）中熔融混炼的温度为200-220℃，混炼时间为20-30min。
优选的，所述步骤（3）中所述铝膜单面喷砂后采用酒精和去离子水分别进行超声震荡清洗后再干燥，后进行溅射处理。
优选的，所述步骤（3）中溅射处理的方式为将铝膜放入真空室中抽真空后充入氩气溅射清洗，再充入氧气进行溅射沉积。
优选的，所述步骤（4）中热压定型的温度的70-80℃，压强为5-7MPa，热压时间为2-3h，且热压后于烘箱中在70-80℃温度下烘干1-2h。
优选的，所述步骤（5）中混合搅拌分散的转速为220-400r/min，搅拌时间为40-60min。
本发明提供一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
（1）本发明通过自下而上依次设置的复合改性聚丙烯薄膜层、粘合层、氧化铝薄膜层、复合聚丙烯层，在保证层间粘合强度的同时有效保证整体的绝缘性能，在氧化铝膜外部设置一层复合聚丙烯层起到良好的封闭效果，进一步提升材料的绝缘性和热传导性，提升薄膜使用的安全性。
（2）本发明通过对聚丙烯的改性和复合有效降低其热膨胀系数，防止基材在受热后变形，进一步降低其卷曲性，提升后续包装膜使用的稳定性；
（3）本发明采用喷砂使得铝膜表面粗糙后再真空溅射氧化，能够有效形成致密的氧化层，且在氧化层外采用聚丙烯料进行流延成膜，有效方式氧化层的尖孔结构影响实际的绝缘效果，同时通过粗糙后的表层能够提升复合聚丙烯层的粘覆性，进一步保证多层膜结构的稳定性。
附图说明
图1为本发明绝缘包装膜的结构示意图；
1、基材层；2、氧化铝薄膜层；3、粘合层；4、流延层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例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作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。
实施例1：
复合改性聚丙烯材料的制备：
将5g纳米二氧化硅分散到500ml去离子水中超声分散后加入过量的硅烷偶联剂APTMS，将混合物保持回流，后1000r/min 的转速下离心10min，再用乙醇和水交替洗涤2个循环除去过量硅烷，得表面改性纳米二氧化硅；
将4g氮化硼、5g针尖状硅灰石、0.9g纳米木粉于100ml清水中超声分散，再于离心机中在4200r/min的转速下离心10min，后取出于-15℃温度下低温冻干后粉碎，得混合料；
将上述混合料和改性二氧化硅混合35g聚丙烯以及0.5g的PE-g-MAH升温至200℃，熔融混炼25min，得复合改性聚丙烯材料。
实施例2：
聚丙烯材料的制备：
将4g氮化硼、5g针尖状硅灰石、0.9g纳米木粉于100ml清水中超声分散，再于离心机中在4200r/min的转速下离心10min，后取出于-15℃温度下低温冻干后粉碎，得混合料；
将上述混合料和5g纳米二氧化硅混合35g聚丙烯以及0.5g的PE-g-MAH升温至200℃，熔融混炼25min，得复合改性聚丙烯材料。
实施例3：
复合改性聚丙烯材料的制备：
将5g纳米二氧化硅分散到500ml去离子水中超声分散后加入过量的硅烷偶联剂APTMS，将混合物保持回流，后1000r/min 的转速下离心10min，再用乙醇和水交替洗涤2个循环除去过量硅烷，得表面改性纳米二氧化硅；
将4g氮化硼和改性二氧化硅混合35g聚丙烯以及0.5g的PE-g-MAH升温至200℃，熔融混炼25min，得复合改性聚丙烯材料。
实施例4：
聚丙烯材料的制备：
将5g纳米二氧化硅、4g氮化硼、5g针尖状硅灰石、0.9g纳米木粉、35g聚丙烯以及0.5g的PE-g-MAH混合升温至200℃，熔融混炼25min，得复合改性聚丙烯材料。
实施例5：
流延料制备：
将35g聚丙烯乳液、2g纳米二氧化硅、0.3g纳米木粉、1.2g六溴环十二烷、5g羟丙基纤维素、1g交联剂、0.2g流平剂、0.1g消泡剂以320r/min的转速搅拌50min，得流延料。
实施例6：
流延料制备：
将35g聚丙烯乳液、1.2g六溴环十二烷、5g羟丙基纤维素、1g交联剂、0.2g流平剂、0.1g消泡剂以320r/min的转速搅拌50min，得流延料。
实施例7：
氧化铝薄膜的制备：
取厚度为20-30μm的铝薄片进行喷砂粗糙后采用酒精和去离子水分别进行超声震荡清洗后置于真空室中干燥，调节真空度为5.0×10-3，后充入Ar气，载物台和靶材分别接射频电源（偏压-60V）和直流脉冲电源（功率1000W），采用Ar气真空溅射10min后以2ml/min的流量充入氧气，继续溅射沉积2h，取出得氧化铝薄膜。
实施例8：
氧化铝薄膜的制备：
取厚度为20-30μm的铝薄片采用酒精和去离子水分别进行超声震荡清洗后置于真空室中干燥，调节真空度为5.0×10-3，后充入Ar气，载物台和靶材分别接射频电源（偏压-60V）和直流脉冲电源（功率1000W），采用Ar气真空溅射10min后以2ml/min的流量充入氧气，继续溅射沉积2h，取出得氧化铝薄膜。
实施例9：
分别采用上述实施例1所制得的材料熔融挤出拉伸成厚度为15-20μm的薄膜形成基材层，后在基材层上涂覆一层丙烯酸酯类压敏胶，将实施例7/8相应大小的氧化铝薄膜通过丙烯酸酯类压敏胶附着在基材层上，在75℃温度下，以6MPa的压强热压2.5h，后取出于烘箱中在75℃温度下烘干1.5h，再于氧化铝薄膜上方采用实施例5/6制备的流延料进行流延，后干燥成流延膜，即形成绝缘包装膜，具体按照下表1的原料获得不同的包装膜：
表1
组别 流延膜 氧化铝薄膜
实验组1 实施例5 实施例7
实验组2 实施例5 实施例8
实验组3 实施例6 实施例7
实验组4 实施例6 实施例8
实验组5 实施例6 -
检测：
1、检测上述实施例1-4所制备材料以及实施例5-6材料固化后的线性热膨胀系数，并以普通聚丙烯作为对照组，结果如下表2所示：
表2
组别 线性热膨胀系数/℃
对照组 <![CDATA[1.9×10<sup>-4</sup>]]>
实施例1 <![CDATA[2.9×10<sup>-5</sup>]]>
实施例2 <![CDATA[0.9×10<sup>-4</sup>]]>
实施例3 <![CDATA[1.4×10<sup>-4</sup>]]>
实施例4 <![CDATA[1.6×10<sup>-4</sup><!-- 4 -->]]>
实施例5 <![CDATA[4.6×10<sup>-5</sup>]]>
实施例6 <![CDATA[9.4×10<sup>-5</sup>]]>
由上表2可知，实施例1材料制备的基材层和实施例6制备的流延层均具有降低的线性热膨胀系数，即在实际使用时不易受热形变，具有良好的抗卷曲性。
2、检测上述实施例9中制得的各组包装膜的绝缘性（即体积电阻率）和导热性能；体积电阻率测试方法：按照GB/T1410-2006进行测试；
导热性能的测试方法：在TIMA-测试机使用稳态方法(在2MPa的压力下，在60℃～100℃的温度下)测量热导体的导热系数；
具体结果如下表3所示：
表3
组别 体积电阻率（Ω·cm） 导热系数（W/m·K）
实验组1 <![CDATA[5.13×10<sup>11</sup>]]> 1.06
实验组2 <![CDATA[5.06×10<sup>11</sup>]]> 1.07
实验组3 <![CDATA[4.71×10<sup>11</sup>]]> 0.95
实验组4 <![CDATA[4.62×10<sup>11</sup>]]> 0.94
实验组5 <![CDATA[4.02×10<sup>11</sup>]]> 1.15
由上表可知采用实施例1所制备的基材层、实施例7所制备的氧化铝薄膜层和实施例5制备的流延层所制得的绝缘包装膜具有良好的绝缘性和导热性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于，所述低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜包括自下而上依次设置的基材层、粘合层、氧化铝薄膜层和流延层；
所述基材层为复合改性聚丙烯薄膜层由以下重量份物质组成：聚丙烯30-40份、纳米SiO23-6份、纳米木粉0.8-1份、氮化硼3-5份、针尖状硅灰石4-6份、PE-g-MAH0.3-0.6份；
所述流延层为复合聚丙烯层包括以下重量份物质组成：聚丙烯乳液30-40份、纳米SiO21-3份、纳米木粉0.2-0.4份、羟丙基纤维素3-6份、六溴环十二烷1-1.4份、交联剂0.8-1.2份、流平剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.2份;
所述低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜的制备方法包括以下步骤：
（1）基材层原料预处理：将纳米SiO2采用硅烷偶联剂进行表面改性，得改性纳米SiO2，并将氮化硼、针尖状硅灰石和纳米木粉于清水中分散后离心脱除水分，再冻干后粉碎得混合料备用；
（2）基材层制备：将上述混合料和改性纳米SiO2混合聚丙烯以及PE-g-MAH进行熔融混炼后挤出拉伸成膜，得复合改性聚丙烯薄膜层备用；
（3）铝膜预处理：将铝膜单面喷砂粗糙后采用射频电源和直流脉冲电源溅射沉积，形成氧化铝薄膜层；
（4）复合：将复合改性聚丙烯薄膜层上表面涂覆粘结剂后将氧化铝薄膜层未受溅射的一面与复合改性聚丙烯薄膜层通过粘结剂粘合后热压定型得复合膜；
（5）流延料制备：将聚丙烯乳液、纳米SiO2、纳米木粉、六溴环十二烷、羟丙基纤维素、交联剂、流平剂、消泡剂混合搅拌分散，得流延料备用；
（6）包装膜成型：将上述流延料于复合膜的氧化铝薄膜层上端进行流延，后干燥成膜，得低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜。
2.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述粘合层为丙烯酸酯类压敏胶。
3.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（1）中硅烷偶联剂为A151、A171、A172中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（1）中离心的转速为4200r/min，离心时间为10min。
5.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（2）中熔融混炼的温度为200-220℃，混炼时间为20-30min。
6.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（3）中所述铝膜单面喷砂后采用酒精和去离子水分别进行超声震荡清洗后再干燥，后进行溅射处理。
7.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（3）中溅射处理的方式为将铝膜放入真空室中抽真空后充入氩气溅射清洗，再充入氧气进行溅射沉积。
8.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（4）中热压定型的温度的70-80℃，压强为5-7MPa，热压时间为2-3h，且热压后于烘箱中在70-80℃温度下烘干1-2h。
9.根据权利要求1所述的一种低卷曲性、耐高温阻燃绝缘包装膜，其特征在于：所述步骤（5）中混合搅拌分散的转速为220-400r/min，搅拌时间为40-60min。
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