UHMW-PE 膜的制備需克服其高分子量帶來的加工難題(熔融粘度極 高,難以常規(guī)擠出),主要工藝包括:
1. 熔融紡絲 - 拉伸成膜法
原理:將 UHMW-PE 粒子熔融后紡絲,再通過多級拉伸使分子鏈取向,形成具有微孔結(jié)構(gòu)的膜。
工藝步驟:
熔融紡絲:在高于熔點(diǎn)(136-138℃)的溫度下,將 UHMW-PE 熔體擠出成絲。
熱拉伸:在特定溫度(接近熔點(diǎn))下對絲材進(jìn)行縱向和橫向拉伸,形成多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
定型處理:通過熱處理固定膜的孔隙結(jié)構(gòu),優(yōu)化力學(xué)性能。
特點(diǎn):膜的強(qiáng)度高、孔隙率可控(30%-70%),但孔徑分布較寬,適合過濾精度要求不高的場景。
2. 溶液紡絲 - 凝固成膜法(凝膠紡絲法)
原理:將 UHMW-PE 溶解在惰性溶劑(如石蠟油、十氫萘)中形成凝膠,紡絲后脫除溶劑,經(jīng)拉伸成膜。
工藝步驟:
凝膠制備:UHMW-PE 粉末與溶劑混合,加熱形成均勻凝膠。
紡絲與凝固:將凝膠擠出成絲,通過冷 卻或溶劑萃取使聚合物固化。
超拉伸:在高溫下對絲材進(jìn)行超倍拉伸(拉伸比可達(dá) 20-100 倍),形成高度取向的微孔膜。
特點(diǎn):
膜的孔隙率高(可達(dá) 80%)、孔徑均勻(0.1-10μm),力學(xué)性能優(yōu)異(抗張強(qiáng)度>300MPa)。
是制備高性能 UHMW-PE 分離膜的主流方法,成本較高但膜質(zhì)量好。
3. 模板法(多孔支架誘導(dǎo)成膜)
原理:以多孔材料(如碳酸鈣、氯化鈉晶體)為模板,將 UHMW-PE 溶液涂覆于模板表面,干燥后去除模板,形成具有特定孔結(jié)構(gòu)的膜。
特點(diǎn):孔徑和孔道結(jié)構(gòu)可控,適合制備定制化微孔膜,但工藝復(fù)雜,生產(chǎn)效率低。
4. 電紡絲法
原理:將 UHMW-PE 溶液在高壓電場下紡絲,形成納 米級纖維膜。
特點(diǎn):纖維直徑可達(dá)幾十到幾百納 米,膜的比表面積大、孔隙率高,適合高性能過濾或生物醫(yī)用領(lǐng)域,但膜的力學(xué)強(qiáng)度較低,需復(fù)合增強(qiáng)。
5. 復(fù)合膜制備工藝
目的:改 善 UHMW-PE 膜的單一性能(如提高親水性、抗污染性)。
方法:
表面涂覆:在 UHMW-PE 膜表面涂覆親水性聚合物(如聚乙烯醇)或抗污涂層。
共混改性:將 UHMW-PE 與其他聚合物(如聚丙烯)共混紡絲,優(yōu)化膜的綜合性能。
等離子體處理:通過等離子體轟擊膜表面,引入極性基團(tuán),提高親水性和附著力。