多层共挤聚烯烃流延膜应力场结晶与拉伸成孔性能研究

在当今电动汽车和混合动力汽车发展的大背景下，对配套的锂电池隔膜提出了大倍率、高安全性的要求，但是目前国内依据熔体拉伸成孔原理产业化的纯PP和纯HDPE隔膜在大功率和高安全性方面尚不能兼顾。为此，本项目将针对用于大功率、高安全性动力汽车用锂电池多层共挤PP/HDPE熔体拉伸过程关键技术难题- - 垂直于挤出方向的平行片晶结构形成过程存在的基础理论问题展开研究，采用DSC、FTIR、WAXD、SEM等系统研究多层共挤体系在拉伸流动场和温度场双重作用下的共挤出性能、应力诱导取向结晶行为以及界面相结构，并在用单向拉伸设备跟踪检测拉伸过程微观结构以及形成微孔性能基础上反过来考察应力诱导结晶和取向结构，从而建立多层共挤PP/HDPE体系在原材料、特殊加工成型工艺和结晶结构间的理论相关性。本项目的开展对于完善熔体拉伸成孔原理以及聚烯烃特殊结晶结构形成技术具有重要的意义。

随着国内电动汽车和混合动力汽车的发展，对配套的锂电池隔膜提出了大倍率、高安全性的要求，但是目前国内依据熔体拉伸成孔原理产业化的纯PP和纯HDPE隔膜在大功率和高安全性方面尚不能兼顾。本项目针对用于大功率、高安全性动力汽车用锂电池多层共挤PP/HDPE熔体拉伸成孔过程关键问题展开。本项目获得的成果如下：（1）确定了关键的原材料参数，建立了材料-工艺-初始柱状排列片晶结构关系，在单层PP、单层PE以及三层共挤PP/HDPE中均获得了垂直于挤出方向平行排列片晶结构，特别发现材料低分子量尾巴对微孔结构的稳定和控制有显著作用；（2）阐述了热处理后亚稳态来源以及亚稳态在拉伸过程消失与初始架桥结构关系，认为亚稳态来源于热处理过程tie链结晶，常温拉伸至应力应变曲线塑性平台到应变硬化转变区时，亚稳态消失转变为初始架桥，此时对应的微孔膜具有良好的透气性；（3）明确了热拉伸后稳定架桥结构来源和热定型后拉伸应力应变曲线中塑性平台来源，认为稳定架桥来源于tie链和初始片晶上不完善结晶部分的拉伸结晶，而热定型后塑性平台来源于残余tie链的结晶；（4）完善了熔体拉伸成孔机理，给出了成孔模型；（5）创新性地采用一步热拉方法在105℃、10mm/min拉伸条件下获得了微孔结构排布更加均匀、透气性可提高1倍的微孔膜；（6）确定了三层共挤膜不同于单层膜的反常拉伸比，三层膜的关键在于中间层结构的控制，膜层间存在横穿晶结构，在冷拉伸比超过100%后获得了透气性低于500s的三层微孔膜。项目的完成可为熔体拉伸聚丙烯、聚乙烯、三层共挤PP/PE/PP微孔膜的制备提供完整的技术参数，项目相关成果已应用于提升国产熔体拉伸聚丙烯微孔膜稳定性和实现三层共挤膜的国产化。