雙向拉伸工藝對UHMWPE隔膜結構與性能的影響

張文陽， 吳正文， 茆漢軍， 王新威

(1.上海化工研究院有限公司， 上海 200062; 2.聚烯烴催化技術與高性能材料國家重點實驗室， 上海 200062; 3.上海市聚烯烴催化技術重點實驗室， 上海200062)

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超高分子質量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜以其優異的耐化學腐蝕、力學強度與安全性能等，廣泛應用于廢水處理、鋰電池隔膜、空氣凈化及醫療衛生等領域[1-4]。UHMWPE鋰電池隔膜具有耐化學腐蝕、力學強度高、安全性能好的優勢，適用于高效、大功率的動力電池。目前，隔膜的制備工藝主要有干法(熔融拉伸)與濕法(熱致相分離)[5-7]。與干法制膜工藝相比，濕法工藝制成的隔膜可以做到很薄，在孔隙率和孔徑方面更易控制，產品的力學性能和均勻性更好。

在濕法制膜過程中，預制膜需要采用雙向拉伸工藝來調控微孔的結構與尺寸。雙向熱拉伸是熱效應和機械力協同控制的過程，涉及到晶體的成核、生長、破壞與重構，以及片晶、無定形、纖維晶、微孔等多尺度結構的非線性快速演變，其影響因素包括拉伸溫度、拉伸速率及拉伸倍數等。SADEGHI F等[8-9]指出，當其他參數恒定時，拉伸溫度增加能夠改善隔膜的透氣性。SAFFAR A等[10]研究發現隨著拉伸倍數增加，微孔的尺寸和隔膜的透氣性增加。王永軍[11]發現在較低的溫度下可拉伸出原纖維，但聚四氟乙烯(PTFE)原纖維的伸長強烈依賴于溫度。橫向拉伸溫度影響薄膜均勻性，溫度越高，厚度越薄，孔徑越大。周玉生[12]發現在橫向縱向拉伸比固定的情況下，隨著拉伸倍數增加，聚氟乙烯(PVF)薄膜的拉伸強度、拉伸模量明顯增加，而斷裂伸長率則逐漸降低；……