聚烯烃/碳酸钙复合材料多孔膜的研究

摘要

本文研究了采用三层共挤流延拉伸法生产聚烯烃/碳酸钙复合材料多孔膜的组成、结构、工艺。通过中试生产试验发现，聚丙烯是一种性能优异的多孔膜基材，600目碳酸钙是一种高性价比的多孔膜致孔剂。主要研究内容如下：
　　⑴研究了无机填料——碳酸钙的表面形貌及表面改性方法，采用了硬脂酸、硼酸酯偶联剂对致孔剂碳酸钙进行改性，对比了改性前后致孔剂碳酸钙的表面活化效果，结果表明硼酸酯偶联剂的改性效果比硬脂酸好，以碳酸钙总量的4％或者填充体系的2%添加硼酸酯偶联剂，改性效果最佳。以此同时，还探究了硬脂酸、硼酸酯偶联剂对致孔剂碳酸钙的表面改性机理。结果表面，硬脂酸、硼酸酯偶联剂对致孔剂碳酸钙表面改性时，既有物理包覆又有化学键合。
　　⑵研究了以CaCO3为填料不同基材的复合材料，如：LDPE/CaCO3、HDPE/CaCO3和PP/CaCO3填充复合体系的断面形貌，结果表明PP与CaCO3相容性较好。以此同时，还探究了PP和致孔剂碳酸钙两者的作用机理，结果表明，CaCO3在PP中分散较好是因为PP支链含量多并且支链分布均匀；致孔剂碳酸钙的添加使PP的α大球晶细化并且诱导β晶生成；600目碳酸钙/PP复合材料有优异的拉伸强度和尺寸稳定性。
　　⑶针对PP/CaCO3填充复合体系研究其加工流变、结晶等性能。结果表明，PP/CaCO3填充复合体系是典型的假塑性流体；碳酸钙增加了聚丙烯的自由体积，降低了玻璃化温度；硼酸酯偶联剂改性的碳酸钙在聚丙烯中分散均匀，使聚丙烯结晶峰往高温偏移。
　　⑷分析了流延成膜工艺对多孔膜微孔密度和孔径尺寸的影响。结果表明，冷却过快，碳酸钙来不及分散，形成岛相，多孔膜表面粗糙，聚丙烯晶体变细，晶核密度高，多孔膜表面形成致密的皮层；拉伸速率过大，聚丙烯形成的晶体缺陷较多，碳酸钙从基体中脱落，多孔膜粗糙，微孔尺寸减少；后期的热处理有利于结晶体重排，修复晶体缺陷，减少碳酸钙岛相的区域半径，提高多孔膜表面微孔密度。
　　⑸探索了聚烯烃/碳酸钙复合材料多孔膜的结晶行为以及非等温结晶动力学。结果表明，致孔剂碳酸钙在聚丙烯结晶的过程中起到异相成核作用，诱导聚丙烯的β晶的产生；随着升温速率的加快，Tg、Tb、Tp都向高温区偏移，即表现出明显的动力学特征，同时β晶生长较快，体积分数接近α晶；聚丙烯合金多孔膜的玻璃转变激活能、晶化起始激活能、晶化峰的激活能大于纯聚丙烯膜的晶化峰的激活能的玻璃转化、晶化起始、晶化峰值的表观激活能，分别为55.38 kJ/mol、1167.45kJ/mol、588.46kJ/mol。其中，根据特征温度值和晶化起始温度值，可以认为聚烯烃/碳酸钙复合材料多孔膜具有良好的热稳定性。结晶热力学和动力学研究表明，可通过碳酸钙和工艺来减少聚丙烯基材的三维球晶，增加片晶，细化晶粒，进而提高多孔膜的耐热性、机械性能和表面微孔的尺寸稳定性，对配方升级和工艺优化有积极的理论指导意义。

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Contents

1 绪论

1.1 多孔膜的发展历史

1.2 聚合物多孔膜的分类

1.4 共混拉伸法制备多孔膜的特点

1.5 多孔膜的应用

1.6 多孔膜基材聚烯烃改性研究

1.7 本文的研究内容及意义

2 碳酸钙对多孔膜的影响

2.1 引言

2.2实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 聚烯烃对多孔膜的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 工艺对多孔膜的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 聚烯烃/碳酸钙复合材料多孔膜的晶化行为研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献