[發(fā)明專利]一種多孔聚四氟乙烯膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211736435.3
• 申請(qǐng)日: 2022-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN116198137A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李震康;李道喜;劉昊;方亮;戴雙雄;劉貝貝;陳富斌;鄧穎嬌;馬亞敏;夏豐杰;劉真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司;佛山綠動(dòng)氫能科技有限公司
• 主分類號(hào): B29C69/00
• 分類號(hào): B29C69/00;H01M8/1039;H01M8/1023;B29C48/06;B29C55/14;B29C43/22;B29L7/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 胡炳旭

本發(fā)明屬于氫能燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔聚四氟乙烯膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的一種多孔聚四氟乙烯膜的制備方法，包括以下步驟：(1)將聚四氟乙烯樹脂與助劑油混合進(jìn)行熟化后，擠出得到棒狀材料，再將所述棒狀材料壓制成卷材；(2)將卷材除去助劑油后，經(jīng)過(guò)縱向拉伸得到聚四氟乙烯薄膜；(3)將聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行橫向拉伸，冷卻后收卷得到橫拉卷；(4)將橫拉卷再次進(jìn)行橫向拉伸，冷卻后收卷得到多孔聚四氟乙烯膜。該方法制得的聚四氟乙烯膜具有多孔、孔隙率高、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，用于加工制作質(zhì)子交換膜時(shí)極大的提高了質(zhì)子交換膜的強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫能燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔聚四氟乙烯膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫氣因其可再生性、燃燒不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體等特點(diǎn)，被稱為是21世紀(jì)最清潔的能源，氫能被認(rèn)為解決能源問(wèn)題的最佳方法之一，將來(lái)有望在人類可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

燃料電池是目前利用氫能的途徑之一，氫氣和氧氣在燃料電池內(nèi)并不會(huì)直接接觸，而是在質(zhì)子交換膜(Proton-exchange?membrane)上進(jìn)行傳遞質(zhì)子的反應(yīng)，因此如何開發(fā)高性能、高質(zhì)量的質(zhì)子交換膜是目前研究的重點(diǎn)。早期質(zhì)子交換膜完全由Nafion樹脂做成，也稱均質(zhì)膜，但是均質(zhì)膜目前很難適應(yīng)燃料電池工作復(fù)雜多項(xiàng)的要求(如濕度、溫度、機(jī)械性質(zhì))，因此增強(qiáng)質(zhì)子交換膜的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及耐久性是亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)以下事實(shí)和問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)做出的：

研究發(fā)現(xiàn)全氟磺酸Nafion的主鏈結(jié)構(gòu)和聚四氟乙烯的相似性導(dǎo)致他們的相容性很好，因此工業(yè)中使用聚四氟乙烯纖維來(lái)增強(qiáng)質(zhì)子交換膜的強(qiáng)度或穩(wěn)定性。

現(xiàn)有的技術(shù)中雖然制備了一系列的聚四氟乙烯膜，但是這些膜大多數(shù)厚度均勻性差，膜面穩(wěn)定性較差，將它們應(yīng)用到質(zhì)子交換膜生產(chǎn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子交換膜分層。原因在于聚四氟乙烯微觀纖維不規(guī)則，導(dǎo)致膜強(qiáng)度很低，容易坍塌。由于種種局限性導(dǎo)致現(xiàn)有的聚四氟乙烯材料很難應(yīng)用到新能源燃料電池質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)工藝中，因此研究一種專業(yè)用作質(zhì)子交換膜增強(qiáng)層的聚四氟乙烯材料就顯得尤為重要。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種多孔聚四氟乙烯膜的制備方法，該方法制得的聚四氟乙烯膜具有多孔、高孔隙率、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，用于加工制作質(zhì)子交換膜時(shí)，由于多孔、孔徑大，在表面刮涂全氟磺酸樹脂后，聚四氟乙烯膜表面會(huì)被樹脂完全填充，表現(xiàn)出極高的適配性，極大的提高了質(zhì)子交換膜的強(qiáng)度。

本發(fā)明實(shí)施例的一種多孔聚四氟乙烯膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聚四氟乙烯樹脂與助劑油混合進(jìn)行熟化后，擠出得到棒狀材料，再將所述棒狀材料壓制成卷材；

(2)將所述步驟(1)得到的卷材除去助劑油后，經(jīng)過(guò)縱向拉伸得到聚四氟乙烯薄膜；

(3)將所述步驟(2)得到的聚四氟乙烯薄膜進(jìn)行橫向拉伸，冷卻后收卷得到橫拉卷；

(4)將所述步驟(3)得到的橫拉卷再次進(jìn)行橫向拉伸，冷卻后收卷得到多孔聚四氟乙烯膜。

本發(fā)明實(shí)施例的多孔聚四氟乙烯膜的制備方法帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果，1、本發(fā)明實(shí)施例的方法，先進(jìn)行縱向拉伸，再進(jìn)行橫向拉伸，縱向拉伸可以消除分子間的部分應(yīng)力，為后續(xù)的橫向拉伸處理做準(zhǔn)備；2、本發(fā)明實(shí)施例的方法，進(jìn)行兩次橫向拉伸處理，兩次橫向拉伸能夠增大產(chǎn)品的拉伸極限，得到充分拉伸后的聚四氟乙烯膜的孔隙率高、結(jié)晶度小、強(qiáng)度大，是普通膜的2倍以上；3、本發(fā)明實(shí)施例的方法，制得的聚四氟乙烯薄膜具有孔隙率高、孔徑大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，適合在質(zhì)子交換膜中應(yīng)用；4、本發(fā)明實(shí)施例的方法，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，聚四氟乙烯樹脂原料適應(yīng)性廣，便于在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

在一些實(shí)施例中，所述步驟(1)中，所述聚四氟乙烯樹脂與助劑油的質(zhì)量比為2～6:1；和/或，所述熟化的溫度為40～80℃，熟化的時(shí)間為20～30h。