專利名稱：一種微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法。
背景技術(shù)：
目前，鋰離子電池電解液多為液態(tài)有機(jī)溶液，常用的有機(jī)溶劑包括乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)等。但是這些有機(jī)溶劑都是易燃物質(zhì)，并且液態(tài)電解液存在漏液的危險，因此在濫用條件下，如加熱、過充、過放、短路、振動、擠壓等易導(dǎo)致著火、爆炸乃至人員受傷等事件。而聚合物電解質(zhì)具有不漏液、比能量高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，對于開發(fā)安全性高、綠色環(huán)保的鋰離子電池電解質(zhì)體系具有重大意義，但是較低的室溫電導(dǎo)率制約了其進(jìn)一步發(fā)展。離子液體，通常是指由有機(jī)陽離子與無機(jī)或有機(jī)陰離子組成，在室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)。由于離子液體具有非揮發(fā)性、蒸汽壓低、導(dǎo)電性好、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬、熱穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代末首次作為電池的電解質(zhì)使用以來受到越來越多的關(guān)注。將離子液體引入聚合物電解質(zhì)，以期得到不揮發(fā)、室溫電導(dǎo)率高、安全性好的電解質(zhì)的設(shè)想更是引起了人們的極大興趣。Fuller等首先將這種設(shè)想應(yīng)用于離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)的制備，此后在該電解質(zhì)方面展開了廣泛的研究。據(jù)目前文獻(xiàn)報(bào)道，離子液體/聚合物電解質(zhì)多數(shù)采用聚氧乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]這兩大類聚合物為基體。以PEO為基體，分別引入離子液體N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亞胺(PYR13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亞胺(PYR14TFSI)、1-甲基-4- 丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亞胺(BMPy-TFSI)，成功得到了離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)。但其室溫電導(dǎo)率并不理想，未達(dá)10_3 S.cm-1數(shù)量級，從而限制了上述PEO基離子液體/聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用范圍；另一方面，PVDF或P (VDF-HFP)聚合物基體常與咪唑類離子液體組合制備離子液體/聚合物電解質(zhì)，由于其室溫電導(dǎo)率可達(dá)10_3 S.cm-1數(shù)量級而吸引了眾多研究者的目光。研究人員分別采用1，2_ 二甲基-3-N-丁基咪唑(DMBITFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸(EMIBF4)、1_甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸(BMIPF6)咪唑類離子液體成功制備了 PVDF基或P(VDF-HFP)基-離子液體/聚合物電解質(zhì)。然而，多數(shù)研究僅局限于探討PVDF基或P(VDF-HFP)基-離子液體/聚合物電解質(zhì)本身的離子傳輸，電化學(xué)穩(wěn)定窗口等性能，而對此類電解質(zhì)與電極材料的相容性問題卻很少關(guān)注，此類離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)在鋰離子電池中的成功應(yīng)用更是鮮有報(bào)道。本專利擬采用紡絲的技術(shù)制備離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)微孔超細(xì)纖維，并通過添加EC/PC增塑劑改善離子傳輸特性和電化學(xué)穩(wěn)定窗口。解決電解質(zhì)與電極材料的相容性問題。隨著共混分散加工的飛速發(fā)展，對加工中各種組分的細(xì)化、分散效果及最終混合物的混合狀態(tài)，形態(tài)結(jié)構(gòu)要求越來越高，相應(yīng)地出現(xiàn)了種類繁多的適應(yīng)不同混合工藝要求的混煉設(shè)備，如雙螺桿擠出機(jī)，盤式擠出機(jī)，行星螺桿擠出機(jī)，還有近兩年推向市場的往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)，以及螺桿震動連續(xù)混煉機(jī)，這些設(shè)備在改性領(lǐng)域發(fā)揮著很好的作用。應(yīng)當(dāng)肯定，機(jī)械設(shè)備是完成混合、分散工藝、實(shí)現(xiàn)改性的重要工具。三螺桿密煉擠出機(jī)的出現(xiàn)為混合、分散工藝提供了新的技術(shù)平臺，因?yàn)槌实冗吶切闻帕械娜輻U在中心區(qū)間形成了一個閉合空間，由于螺紋元件是三個頭的，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動一周時，在螺桿的任一截面，中心區(qū)間的面積將由小變大變化三次，如0°時區(qū)間面積最小，旋轉(zhuǎn)60°時變?yōu)樽畲?，之后又逐漸變小到120°時回到最小，如此循環(huán)，如螺桿長頸比為30，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘時，每分鐘的變化次數(shù)為30X3X500=45000次，即45000次壓力脈動。顯而易見，雙螺桿只有一個嚙合點(diǎn)，三螺桿有三個嚙合點(diǎn)，僅就此而言，一臺三螺桿擠出機(jī)相當(dāng)于三臺雙螺桿擠出機(jī)，物料在嚙合點(diǎn)處受到雙倍圓周速度的強(qiáng)烈剪切，加上加熱器加熱物料將很快塑化。同時，由于每次壓縮比都達(dá)到43倍，形成特定的密練分散超強(qiáng)功能。單螺桿沒有嚙合區(qū)，雙螺桿有一個嚙合區(qū)，一字排列的三螺桿有兩個嚙合區(qū)，三角形排列的三螺桿有三個嚙合區(qū)。三螺桿擠出機(jī)嚙合區(qū)增多使得碾壓面積成倍增加，運(yùn)轉(zhuǎn)中對物料構(gòu)成了高效的擠壓、破碎、揉捏、壓延、拉伸作用。因此，螺桿每旋轉(zhuǎn)一周都會增加物料混煉、均化、揉捏和剪切的次數(shù)，設(shè)備的混煉、熔融和分散混合的能力更強(qiáng)，正是這種高效的混捏作用，使三螺桿無需單螺桿或雙螺桿的大直徑、大長徑比，就可獲得同等質(zhì)量同等產(chǎn)量的生產(chǎn)條件，充分體現(xiàn)出三螺桿擠出機(jī)高效的混合均化特性、結(jié)構(gòu)上的緊湊性和經(jīng)濟(jì)性。共混物的廣泛應(yīng)用和市場需求量的不斷增大，人們對共混物材料的性能要求也不斷提高，但大多數(shù)共混物的各組分間是熱力學(xué)不相容的，不相容的共混物分散相相疇粗大、兩相之間的界面作用薄弱，力學(xué)性能差、實(shí)用價值降低，而通過不同的加工條件可改善制品的微觀結(jié)構(gòu)、提高制品的使用性能。三螺桿共混物混煉擠出過程，將不可避免地對分散相在基體中的分散形態(tài)及兩相界面產(chǎn)生影響。一方面，共混物三螺桿動態(tài)混煉擠出機(jī)螺桿的軸向螺紋的高速運(yùn)動引起了大分子鏈段的擴(kuò)散和運(yùn)動，減小了大分子鏈段、鏈段之間的相互纏結(jié)及分子滑移阻力，使分子解纏、取向更加容易，分散相和連續(xù)相的界面面積增大，分散相粒子的分布更加均勻，形狀更規(guī)則；另一方面，共混物三螺桿動態(tài)混煉擠出機(jī)的螺桿嚙合間隙的周期性變化導(dǎo)致間隙內(nèi)的分散相粒子受到振動研磨，引起的純拉伸流場亦有利于分散相的破碎，從而使分散相粒子粒徑減小，分散混合效果提聞。熔噴纖維生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的拓展促進(jìn)了高性能聚合物的使用，以滿足產(chǎn)業(yè)用紡織品的特別需求，如纖維細(xì)度小，耐高溫、耐化學(xué)性、良好的強(qiáng)度和彈性、醫(yī)療用產(chǎn)品舒適性、與食品接觸的安全性等要求。超臨界流體，是指某種物質(zhì)在臨界點(diǎn)臨界溫度，臨界壓力以上，所具有不同于液體或氣體的獨(dú)特物性的流體，既具有氣體的特性又具有液體的特性，因此可以說，超臨界流體是存在于氣體、液體這兩種流體狀態(tài)以外的第三流體。超臨界流體具有與液體相近的密度，因而有很強(qiáng)的溶劑強(qiáng)度，同時具有與氣體相近的粘度，流動性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。且流體的密度、溶劑強(qiáng)度和粘度等性能均可通過壓力和溫度的變化方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而有廣泛的應(yīng)用前景。采用超臨界CO2進(jìn)行萃取已得到廣泛研究和工業(yè)應(yīng)用。在聚合物加工中采用超臨界CO2雖然不多，但已得到相當(dāng)?shù)闹匾暫蛷V泛的研究，如超臨界CO2為介質(zhì)的聚合反應(yīng)、采用超臨界CO2向聚合物中加入添加劑、超臨界CO2溶脹聚合得到共混物和復(fù)合材料、聚合物分級、萃取齊聚物和溶劑、微球和微纖制備、結(jié)晶等。在微孔聚合物制備中使用超臨界流體具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)傳質(zhì)系數(shù)高，可在較短的時間內(nèi)達(dá)到平衡濃度，因而縮短了加工時間，使微孔聚合物制備的工業(yè)應(yīng)用成為可能。(2)在相同溫度下，使用超臨界CO2可達(dá)到更高的平衡濃度，因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直徑。(3)由于超臨界流體溶入聚合物可大大降低聚合物的粘度，從而減少了熔噴壓力并提高熔體的流動性。通過改變超臨界流體的溫度或壓力，可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度；在臨界點(diǎn)附近，壓力和溫度的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。由于粘度、介電常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力都與密度有關(guān)，因此可以方便地調(diào)節(jié)壓力和溫度來控制超臨界流體的物理化學(xué)性質(zhì)。微孔聚合物的制備主要基于氣體過飽和法。基本過程為:首先使高壓氣體(CO2和隊(duì))溶解于聚合物中形成聚合物/氣體飽和體系；然后通過壓力驟降和(或)溫度驟升使之進(jìn)入過飽和狀態(tài)，從而大量氣核同時引發(fā)和增長；最后通過淬火等方法使微孔結(jié)構(gòu)定型。傳統(tǒng)泡沫塑料物理發(fā)泡的改進(jìn)在于嚴(yán)格控制溫度、壓力、時間等工藝參數(shù)，使得大量氣核能夠同時引發(fā)，且不歸并成大泡，從而得到微孔結(jié)構(gòu)。采用過飽和原理制備微孔聚合物的工藝方法，根據(jù)操作的連續(xù)程度不同主要有分步法、半連續(xù)法以及擠出、注塑、滾塑等連續(xù)法。分步法及半連續(xù)法由于形成聚合物/氣體飽和體系所需時間由氣體向聚合物基體的擴(kuò)散速度決定，因而耗時長，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，主要應(yīng)用于理論研究。而與實(shí)際三螺桿密煉擠出機(jī)熔噴加工相一致的連續(xù)法的出現(xiàn)，使得微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的實(shí)際應(yīng)用成為可能。微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的力學(xué)性能主要取決與微孔結(jié)構(gòu)(包括:孔尺寸、孔密度、孔分布、和孔取向)以及分子鏈取向。而通過優(yōu)化工藝，控制微孔結(jié)構(gòu)和分子鏈取向可以得到性能優(yōu)良的微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法。，以滿足鋰電池為基礎(chǔ)的紡織、電氣、電子、機(jī)械、醫(yī)療、化工、食品及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的應(yīng)用超臨界流體熔噴紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，包括如下步驟:
(1)分別稱取離子液體1-12重量份、聚合物1-9重量份、溶劑80-90重量份、納米添加物1-3重量份，然后將聚合物溶于部分N-甲基吡咯烷酮中，將鋰鹽、納米添加物和離子液體溶于剩余的N-甲基吡咯烷酮中，控制溶液中鋰鹽的濃度為lmol/L，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；
(2)將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持壓力為7-17MPa,使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成；繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；(3)在過濾器部分，均相體經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；
(4)在計(jì)量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻
度；
(5)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；
(6)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；
(7)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入烘干設(shè)備中，于80-1201:溫度烘干即得離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)超細(xì)微孔類纖維。所述的離子液體為:咪唑類、吡咯類、吡啶類等，但不限于此。所述的聚合物為聚氧乙烯類、聚偏氟乙烯類、納米纖維素等，但不局限于此。

所述的鋰鹽為L IBF4、亞胺鋰、LiPF6等，但不局限于此。所述的溶劑為乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、碳酸二甲酯等，但不局限于此。所述的納米添加物為納米纖維素、氧化鈦、氧化鋁等，但不局限于此。所述超臨界流體為超臨界N2, H2O或者超臨界C02。所述超臨界流體為超臨界N2時，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1 =IO0所述超臨界流體為超臨界CO2時，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Γ :10ο所述均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為l(T2000cm3/s。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯著，采用本發(fā)明的以超臨界流體熔噴紡絲制備聚合物微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，可制得超細(xì)(20-90000nm)的微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維。


圖1是應(yīng)用超臨界流體熔噴紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法原理示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將離子液體:聚合物:鋰鹽:溶劑:納米添加物按為6%: 4%: lmol/L: 88%: 2%的比例配置，分別將P(VDF-HFP)溶于NMP，LiPF6、納米氧化鈦和EMIPF6溶于NMP，然后將兩者同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將溫度為50-380°C，壓力為7-40MPa的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。如圖1所示，圖中箭頭A表示均相混合物熔體的注入方向，箭頭B表示牽伸用熱空氣流動方向，箭頭C表示冷空氣流動方向。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)1、孔流區(qū)2和膨化區(qū)3從模頭噴絲孔擠出，熔噴速率為10-2000 cm3/s。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)90°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。以上纖維通過烘干得到微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維，可以直接使用該微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維做鋰電池、超級電容的隔膜材料。實(shí)施例2
分別將聚氧乙烯、二、三氟甲基璜酰-亞胺鋰和離子液N-甲基-丙基吡咯二、三氟甲基璜酰-亞胺溶于NMP，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將80°C，16 MPa超臨界CO2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17MPa),超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度；均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；以上纖維通過烘干得到微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維，可以直接使用該微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維做鋰電池、超級電容的隔膜材料。實(shí)施例3
將EMIBF4，PVDF-HFP分別溶于溶劑ΝΜΡ，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物；將50°C，7MPa超臨界N2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa),超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)290°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。以上纖維通過烘干得到微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維，可以直接使用該微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維做鋰電池、超級電容的隔膜材料。實(shí)施例4
將EMIPF4，纖維素，氧化鋁納米纖維分別溶于溶劑NMP，1_烯丙基_3_甲基咪唑鹵化物和1-丁基-3-甲基咪唑鹵化物中，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa),超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度；均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的均相體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使均相體細(xì)流進(jìn)入冰浴中冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；以上纖維通過烘干得到微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維，可以直接使用該微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維做鋰電池、超級電容的隔膜材料。
權(quán)利要求
1.一種微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)分別稱取離子液體1-12重量份、聚合物1-9重量份、溶劑80-90重量份、納米添加物1-3重量份，然后將聚合物溶于部分N-甲基吡咯烷酮中，將鋰鹽、納米添加物和離子液體溶于剩余的N-甲基吡咯烷酮中，控制溶液中鋰鹽的濃度為lmol/L，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物； (2)將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合并維持壓力為7-17MPa,使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成；繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體； (3)在過濾器部分，均相體經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑； (4)在計(jì)量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度； (5)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出； (6)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維； (7)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入烘干設(shè)備中，于80-1201:溫度烘干即得離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)超細(xì)微孔類纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:所述的離子液體為咪唑類、吡咯類或吡啶類離子液體； 所述的聚合物為聚氧乙烯類、聚偏氟乙烯類或納米纖維素類聚合物； 所述的鋰鹽為LiBF4、亞胺鋰或LiPF6 ； 所述的溶劑為乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯或碳酸二甲酯； 所述的納米添加物為氧化鈦、氧化鋁或納米纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2或者超臨界C02。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2時，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1:10。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界CO2時，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:100 1:10。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機(jī)紡絲制備微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，其特征在于:所述的均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為 10 2000cm3/s。
全文摘要
一種微孔離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)類纖維的方法，分別將一定量的聚合物溶于NMP中,鋰鹽、納米添加物和離子液體溶于NMP，然后同時導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)混合得到共混物，將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機(jī)與上述共混物混合，使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)并逐漸成均相體，均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出，形成超細(xì)微孔類纖維，自然冷卻后于80-120℃溫度烘干即得離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)超細(xì)微孔類纖維，所制備的離子液體/凝膠聚合物電解質(zhì)超細(xì)微孔類纖維，可滿足鋰電池為基礎(chǔ)的紡織、電氣、電子、機(jī)械、醫(yī)療、化工、食品及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域的需求。
文檔編號D01D1/00GK103184584SQ20111044291
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者張迎晨, 張夏楠, 吳紅艷 申請人:中原工學(xué)院