基于电池隔膜用聚烯烃非织造材料的辐射接枝改性研究

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由于聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、无毒性等优点,用聚烯烃材料制成的隔膜被认为是镍氢电池的首选材料。但聚烯烃大分子结构中没有亲水性基团,亲水性能很差,而电池隔膜必须具有优良的吸液性能。辐射接枝可改善高分子材料的亲水性和染色性等,并且辐射引发反应能在常温甚至低温下进行,生产工艺大大简化。其在节能、环境保护及产品质量等方面都较其它改性工艺有无法比拟的优势,是高分子材料绿色化技术的一种新技术。γ射线的穿透力强,接枝反应渗透到纤维内部,接枝膜通常具有更高的吸液和保液能力,适用于高倍率充放电的动力型电池隔膜材料。  本课题研究了热轧、热风两种规格聚烯烃纤维非织造材料γ射线预辐照接枝丙烯酸的亲水改性,探索了在不同温度、单体浓度和时间反应条件下隔膜接枝率的变化,分析得出以下结论:  (1)两种规格的隔膜最佳接枝反应条件均为:接枝温度70℃,接枝时间3.5h,丙烯酸浓度为30%,浓硫酸0.2mol/L,阻聚剂七水合硫酸亚铁用量为1.079×10-2mol/L。  (2)本课题利用红外光谱、扫描电镜对隔膜表面的化学组成和形态结构进行了表征分析,确定隔膜成功地接枝了丙烯酸基团,证明了预辐射接枝丙烯酸实验的可行性。  (3)本课题通过对比两种规格的隔膜接枝率,得出热风非织造材料隔膜更有利于丙烯酸的接枝。  (4)同时本课题测试了不同接枝率下两种规格改性隔膜的耐碱性、吸碱速率、吸碱量、断裂强力等性能指标,发现改性隔膜优势在于吸碱量大大提高,耐碱性很小,隔膜在高温强碱中几乎不改变重量。改性后隔膜断裂强力下降了,但仍在接受范围内。  (5)本课题的最大问题在于隔膜的吸碱速率下降了,主要原因归结于隔膜的毛细作用下降了,可以通过对电池隔膜进行一定热压条件处理来改善电池隔膜的吸碱速率,热压处理还可以增加隔膜的断裂强力,减少隔膜孔径,提高了镍氢电池隔膜的性能指标。
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