熔融拉伸法制备聚丙烯微孔膜的原位小角X射线散射研究

摘要

采用熔融拉伸法制备聚丙烯微孔膜，用原位小角X射线散射检测结合扫描电子显微镜等方法考察了退火、冷拉、热定型、热拉以及降温等每个过程中各个变量对微孔膜微观片晶和宏观孔洞结构的影响。研究中主要的后拉伸过程是通过自行设计制备的恒幅宽单向拉伸装置进行的。该装置具有拥有微型尺寸和重量轻等优良性能；与X射线联用进行原位检测，拉伸数据采集、热处理等功能；还能够满足模拟工业生产的快速实验室拉伸。
　　本文通过比较退火和未退火样品拉伸过程中微观结构，力学性能以及最终制备的微孔膜结构差异，研究退火对微孔膜结构和性能的影响。结果表明退火在熔融拉伸法制备微孔膜过程中具有增厚片晶，增加片晶数量，使硬弹性体结构排列规整，易发生形变等作用。未退火样品中的片晶比退火样品中片晶容易发生滑移、破碎，退火可以愈合预制膜中部分缺陷缩减剩余的应力应变提高微孔膜的结构和性能的作用。对于冷拉过程的研究，用恒幅宽单向拉伸装置与小角X射线散射联用，在线采集冷拉完成时微观结构信息，避免离线检测中自然回缩对膜结构造成的影响。能够更加准确真实的反映拉伸对微孔膜成孔的影响。研究表明冷拉拉伸速率越大，片晶间的无定形部分越不容易被破坏。冷拉15％，小角X射线散射水平方向长周期信号显示微观应变只发生了微弱的变化。进一步热拉产生孔洞信号，说明其成孔机理是冷拉产生缺陷，热拉成孔；冷拉30%结果显示拉伸主要是将薄弱片晶拉伸转变为不稳定的架桥，热定型阶段部分架桥断裂，竖直方向上产生明显的架桥与孔洞信号；冷拉40%X射线散射信号显示实际片晶长周期的增长率小于宏观应变说明部分骨架片晶已被拉伸破坏成孔和转变为桥键纤维晶。
　　本文通过一维相关函数计算以及扫描电子显微镜测试图片中数据统计，研究片晶簇的厚度以及片晶长周期和片晶厚度在各自尺度范围内的变化，结果说明冷拉热定型过程中被分离开的骨干片晶簇在热拉过程中裂纹进一步分离，连接片晶簇之间的架桥在拉伸作用下变长。随着热拉拉伸比的增大，弱的架桥在热拉过程中断裂，破裂的链段与被拉伸的链段一起组成架桥结构，同时部分冷拉热定型过程中滑移、扭转、破碎的小片晶簇中的链段受热解缠结被拉伸转变为架桥，一些架桥聚集成束变强。热拉拉伸比大于200%时，许多架桥开始断裂，孔洞闭合。热拉过程中温度过低对于热定型结晶效果维持较弱，135℃的热拉温度可以在维持基本的架桥长度和片晶簇的基础上，如果用于工业生产成本也较低，是比较制备微孔膜的合适条件，拉伸温度过高会使部分架桥熔断导致孔洞闭合，孔隙率降低。

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第一章绪论

引言

1.1 聚丙烯微孔膜

1.2锂离子电池隔膜制备方法

1.3 锂电池隔膜存在的问题

1.4本论文研究的主要内容和目的

第二章聚丙烯锂离子电池隔膜拉伸装置

2.1 恒幅宽单向拉伸装置概述

2.2 恒幅宽单向拉伸装置相关部件的选择

2.3 恒幅宽单向拉伸装置的整体使用说明

2.4装置设计的目的与意义

第三章退火对聚丙烯微孔膜结构和性能的影响

3.1 前言

3.2 实验及样品制备

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章冷拉对聚丙烯微孔膜结构和性能的影响

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章热拉对聚丙烯微孔膜的结构和性能的影响

5.1 前言

5.2 实验及样品制备

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表