專利名稱：超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔膜原材料加工方法，尤其是一種超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，UHMWPE的加工成型方法主要有壓制成型法(1965年前后)、擠壓成型法(1970年前后)和注射成型法(1975年前后)3種。其中壓制成型法是最常用的UHMWPE成型法，約占總成型量的60 %，擠壓成型法用得不多，約占總成型量的35 %，而注射成型法是一種新的UHMWPE成型法，用得也不多，約占總成型量的5%。另外還有除了這3種主要加工方法以外的其它方法以及對UHMWPE進(jìn)行改性后的加工方法，例如壓制成型法壓制成型是UHMWPE加工的主要方法。目前包括3種類型，即壓制一燒結(jié)法、自由燒結(jié)法和高速混合壓制法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:它包括一般燒結(jié)、自由燒結(jié)及高速混合成型，其改進(jìn)在于:所述的一般燒結(jié)中壓制成型步驟如下:在模具中投入U(xiǎn)HMWPE粉末一常溫下壓制成型-燒結(jié)-冷卻-取出制品；燒結(jié)條件:壓力為1.96 4.90MPa，溫度為160 200°C，時(shí)間為0.5 5.0h ;一般的成型條件=UHMWPE的燒結(jié)成型條件沿用聚四氟乙烯燒結(jié)成型方法，粉料(需粉碎至粒徑為300 μ m左右)與適量抗氧劑及紫外線吸收劑混合后裝入模具，在常溫下加壓IOMPa以上并保壓2min (冷模壓)，得到冷料坯。冷料坯連同模具一起在燒結(jié)爐中以80°C /h的升溫速率加熱到190 230°C后保溫4.0h (燒結(jié))，再以同樣速率降溫冷卻(保壓冷卻)，然后脫模。優(yōu)選地，所述的UHMWPE中添加經(jīng)硅烷類偶聯(lián)劑處理的多孔性無機(jī)物，其粒度為59-82 μ m，用于增加其空間位阻。優(yōu)選地，UHMWPE粉末經(jīng)壓制成型后在I 2MPa壓力和高于本身平衡熔融溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)。優(yōu)選地，所述的燒結(jié)采用直接電加熱法。優(yōu)選地，所述的自由燒結(jié)工藝過程如下:先將UHMWPE粉末置人毛坯模中，加壓21 28MPa，室溫下保壓30s ;取出制品，再使用惰性氣體保護(hù)爐，將毛坯加熱至204.4°C;將加熱過的毛坯放入預(yù)先加熱至143.3±2.7°C的壓制模中，加壓至28MPa，歷時(shí)5 lOmin，同時(shí)保持模溫不變；最后釋放壓力，取出制品。優(yōu)選地，所述的高速混合壓制成型包括以超高速混合機(jī)作為熔融裝置，配以壓機(jī)或柱塞式擠出機(jī)加工UHMWPE粉料；該混合機(jī)主要是靠葉片的高速旋轉(zhuǎn)使粉料在混合室內(nèi)充分發(fā)生碰撞，通過碰撞產(chǎn)生的熱能使UHMWPE粉末熔化。本發(fā)明的鋰電池隔膜原材料的加工方法的有益效果包括①節(jié)約電能；②提高加熱均勻性提高生產(chǎn)效率減少設(shè)備投資，減輕勞動強(qiáng)度。


圖1是本發(fā)明鋰電池隔膜原材料的加工方法示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例的鋰電池隔膜原材料的加工方法可制成UHMWPE板材，通常板材尺寸為lmX2m。為提聞成品使用率，板材的尺寸趨向大型化，最近增大到ImX3m。有的通過多段壓縮(例如25段壓縮)，制成2mX 6m的大型板材。壓制成型步驟如下:在模具中投入U(xiǎn)HMWPE粉末一常溫下壓制成型-燒結(jié)-冷卻-取出制品。一般的燒結(jié)條件:壓力為1.96 4.90MPa，溫度為160 200°C，時(shí)間為0.5
5.0h0 一般的成型條件:UHMWPE的燒結(jié)成型條件沿用聚四氟乙烯燒結(jié)成型方法，粉料(需粉碎至粒徑為300 μ m左右)與適量抗氧劑及紫外線吸收劑混合后裝入模具，在常溫下加壓IOMPa以上并保壓2min(冷模壓)，得到冷料坯。冷料坯連同模具一起在燒結(jié)爐中以80°C /h的升溫速率加熱到190 230°C后保溫4.0h (燒結(jié))，再以同樣速率降溫冷卻(保壓冷卻)，然后脫模。壓制燒結(jié)成型的產(chǎn)品其拉伸強(qiáng)度可達(dá)27.5MPa，伸長率可達(dá)200%。在此成型工藝中，關(guān)鍵是控制好壓力、燒結(jié)溫度和時(shí)間。壓力小產(chǎn)品質(zhì)地不密實(shí)，物理機(jī)械性能差，反之會造成額外的功力消耗。燒結(jié)溫度和時(shí)間要根據(jù)不同的制品來選擇，以制品變?yōu)橥该鳡顬榧?。若時(shí)間短，溫度低，制品會燒結(jié)不透有白芯，反之會發(fā)生變色降解。由于燒結(jié)過程中制件的收縮變形較大，該法僅可加工形狀簡單且需后加工的制品。UHMWPE的分子鏈長，使其在加熱和冷卻過程中有不穩(wěn)定且較大的收縮率，有時(shí)高達(dá)5.0 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它塑料。為了減小其在模具中的收縮率，在UHMWPE中添加經(jīng)硅烷類偶聯(lián)劑處理的多孔性無機(jī)物(其粒度為59-82 μ m)的方法來增加其空間位阻，以達(dá)到控制UHMWPE制品收縮的目的，從而使其收縮率降至1.2%左右旺。由于UHMWPE是典型的非極性材料，其表面光滑，與其它物質(zhì)親和力弱，很難與無機(jī)填料結(jié)合到一起。因此無機(jī)填料必須用偶聯(lián)劑處理，而且以采用多孔性無機(jī)填料最為理想，這是因?yàn)槎嗫椎臒o機(jī)填料顆粒表面積較大，經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，與UHMWPE的接觸面積增大，因此結(jié)合強(qiáng)度得到大幅度提高。當(dāng)然，填料的比例也要適當(dāng)，填充的比例太小，對控制收縮率及改善制品的性能效果不大；填充的比例過大，會使材料的流動性變差而影響制品的成型加工甚至出現(xiàn)次品。顯然，此法生產(chǎn)效率頗低，且易發(fā)生氧化和降解，成本也高。盡管如此，壓制一燒結(jié)法仍然是大多數(shù)UHMWPE制品的加工方法，因?yàn)榇朔ǖ膬?yōu)點(diǎn)是制品的密度和尺寸穩(wěn)定，適于大尺寸制品的生產(chǎn)，燒好的坯料易進(jìn)行車、銑、刨、鋸等機(jī)械加工。不過，壓制一燒結(jié)法生產(chǎn)的大多數(shù)制品雖然需要進(jìn)行二次加工，但也能生產(chǎn)一次成型無需二次加工的制品。另外可以把平均分子量大于100萬的UHMWPE粉末(如被茂金屬催化的UHMWPE)經(jīng)壓制成型后在I 2MPa壓力和高于本身平衡熔融溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)。這樣得到的UHMWPE成型件可用于制造人造髖關(guān)節(jié)或人造膝關(guān)節(jié)。為了提高生產(chǎn)效率，可采用直接電加熱法。傳統(tǒng)的壓制一燒結(jié)法是將冷料坯連同模具一起送人燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。這種燒結(jié)爐的壓制一燒結(jié)法效率低，能耗大，勞動強(qiáng)度高。而直接電加熱的壓制一燒結(jié)法與之相比卻有相應(yīng)的優(yōu)越性。它能獲得其物理機(jī)械性能與爐內(nèi)燒結(jié)相同的制品，而且效率高，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益顯著，并能減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)省設(shè)備投資。直接電加熱的壓制一燒結(jié)法其有如下優(yōu)點(diǎn):①節(jié)約電能；②提高加熱均勻性提高生產(chǎn)效率減少設(shè)備投資，減輕勞動強(qiáng)度。自由燒結(jié)就是在常溫下將UHMWPE粉末放入模具中壓成毛坯，然后將毛坯放入熱爐中熔結(jié)成制品。根據(jù)需要，還可對熔融毛坯再進(jìn)行一次壓制成型。自由燒結(jié)的工藝過程如下:先將UHMWPE粉末置人毛坯模中，加壓21 28MPa，室溫下保壓30s。取出制品，再使用惰性氣體保護(hù)爐，將毛坯加熱至204.4°C。將加熱過的毛坯放入預(yù)先加熱至143.3±2.7°C的壓制模中，加壓至28MPa，歷時(shí)5 lOmin，同時(shí)保持模溫不變。最后釋放壓力，取出制品即可。采用自由燒結(jié)法，粉料的堆密度是一個(gè)重要的參數(shù)，它在很大程度上取決于平均粒度和分布函數(shù)。這2個(gè)函數(shù)的大小直接影響制品的機(jī)械性能。顆粒度越小，分布越窄，制品的拉伸強(qiáng)度和伸長率就越高。實(shí)驗(yàn)證明:平均顆粒度小于
0.8mm就可滿足要求。高速混合壓制成型以超高速混合機(jī)作為熔融裝置，配以壓機(jī)或柱塞式擠出機(jī)加工UHMWPE粉料。該混合機(jī)主要是靠葉片的高速旋轉(zhuǎn)使粉料在混合室內(nèi)充分發(fā)生碰撞，通過碰撞產(chǎn)生的熱能使UHMWPE粉末熔化。這種葉片式混合機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)最大速度可達(dá)150m/s，其特點(diǎn)是熔融效率很高，在幾秒鐘內(nèi)就可使物料溫度達(dá)到162 218°C，無需外熱源，并配有先進(jìn)的溫度檢測系統(tǒng)，只要達(dá)到熔融溫度就可自動排料，轉(zhuǎn)由壓機(jī)或柱塞式擠出機(jī)進(jìn)行成型加工。由于無剪切作用，所以無剪切降解發(fā)生。采用這種方法，混合機(jī)的葉片線速度大小十分關(guān)鍵，它決定了物料的熔融溫度和制品的物理機(jī)械性能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是大大節(jié)省了能源，縮短了加工時(shí)間，且產(chǎn)品仍具有良好的機(jī)械性能。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，包括一般燒結(jié)、自由燒結(jié)及高速混合成型，其特征在于:所述的一般燒結(jié)中壓制成型步驟如下:在模具中投入U(xiǎn)HMWPE粉末一常溫下壓制成型-燒結(jié)-冷卻-取出制品；燒結(jié)條件:壓力為1.96 4.90MPa，溫度為160 200°C，時(shí)間為0.5 5.0h ;一般的成型條件=UHMWPE的燒結(jié)成型條件沿用聚四氟乙烯燒結(jié)成型方法，粉料(需粉碎至粒徑為300 μ m左右)與適量抗氧劑及紫外線吸收劑混合后裝入模具，在常溫下加壓IOMPa以上并保壓2min(冷模壓)，得到冷料坯。冷料坯連同模具一起在燒結(jié)爐中以80°C /h的升溫速率加熱到190 230°C后保溫4.0h (燒結(jié))，再以同樣速率降溫冷卻(保壓冷卻)，然后脫模。
2.按權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，其特征在于:所述的UHMWPE中添加經(jīng)硅烷類偶聯(lián)劑處理的多孔性無機(jī)物，其粒度為59-82 μ m，用于增加其空間位阻。
3.按權(quán)利要求2所述的超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，其特征在于:UHMWPE粉末經(jīng)壓制成型后在I 2MPa壓力和高于本身平衡熔融溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)。
4.按權(quán)利要求3所述的超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，其特征在于:所述的燒結(jié)采用直接電加熱法。
5.按權(quán)利要求4所述的超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，其特征在于:所述的自由燒結(jié)工藝過程如下:先將UHMWPE粉末置人毛坯模中，加壓21 28MPa，室溫下保壓30s ;取出制品，再使用惰性氣體保護(hù)爐，將毛坯加熱至204.40C ;將加熱過的毛坯放入預(yù)先加熱至143.3 ±2.7°C的壓制模中，加壓至28MPa，歷時(shí)5 lOmin，同時(shí)保持模溫不變；最后釋放壓力，取出制品。
6.按權(quán)利要求5所述的超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，其特征在于:所述的高速混合壓制成型包括以超高速混合機(jī)作為熔融裝置，配以壓機(jī)或柱塞式擠出機(jī)加工UHMWPE粉料；該混合機(jī)主要是靠葉片的高速旋轉(zhuǎn)使粉料在混合室內(nèi)充分發(fā)生碰撞，通過碰撞產(chǎn)生的熱能使UHMWPE粉末熔化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隔膜原材料加工方法，尤其是一種超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法。包括一般燒結(jié)、自由燒結(jié)及高速混合成型，其特征在于所述的一般燒結(jié)中壓制成型步驟如下在模具中投入U(xiǎn)HMWPE粉末一常溫下壓制成型-燒結(jié)-冷卻-取出制品本發(fā)明的鋰電池隔膜原材料的加工方法的有益效果包括①節(jié)約電能；②提高加熱均勻性；③提高生產(chǎn)效率；④減少設(shè)備投資，減輕勞動強(qiáng)度。
文檔編號B29C43/14GK103085211SQ20111034374
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者洪力東, 陳博裕 申請人:深圳市冠力新材料有限公司