UHMW-PE 膜的制备需克服其高分子量带来的加工难题(熔融粘度极 高,难以常规挤出),主要工艺包括:
1. 熔融纺丝 - 拉伸成膜法
原理:将 UHMW-PE 粒子熔融后纺丝,再通过多级拉伸使分子链取向,形成具有微孔结构的膜。
工艺步骤:
熔融纺丝:在高于熔点(136-138℃)的温度下,将 UHMW-PE 熔体挤出成丝。
热拉伸:在特定温度(接近熔点)下对丝材进行纵向和横向拉伸,形成多孔网络结构。
定型处理:通过热处理固定膜的孔隙结构,优化力学性能。
特点:膜的强度高、孔隙率可控(30%-70%),但孔径分布较宽,适合过滤精度要求不高的场景。
2. 溶液纺丝 - 凝固成膜法(凝胶纺丝法)
原理:将 UHMW-PE 溶解在惰性溶剂(如石蜡油、十氢萘)中形成凝胶,纺丝后脱除溶剂,经拉伸成膜。
工艺步骤:
凝胶制备:UHMW-PE 粉末与溶剂混合,加热形成均匀凝胶。
纺丝与凝固:将凝胶挤出成丝,通过冷 却或溶剂萃取使聚合物固化。
超拉伸:在高温下对丝材进行超倍拉伸(拉伸比可达 20-100 倍),形成高度取向的微孔膜。
特点:
膜的孔隙率高(可达 80%)、孔径均匀(0.1-10μm),力学性能优异(抗张强度>300MPa)。
是制备高性能 UHMW-PE 分离膜的主流方法,成本较高但膜质量好。
3. 模板法(多孔支架诱导成膜)
原理:以多孔材料(如碳酸钙、氯化钠晶体)为模板,将 UHMW-PE 溶液涂覆于模板表面,干燥后去除模板,形成具有特定孔结构的膜。
特点:孔径和孔道结构可控,适合制备定制化微孔膜,但工艺复杂,生产效率低。
4. 电纺丝法
原理:将 UHMW-PE 溶液在高压电场下纺丝,形成纳 米级纤维膜。
特点:纤维直径可达几十到几百纳 米,膜的比表面积大、孔隙率高,适合高性能过滤或生物医用领域,但膜的力学强度较低,需复合增强。
5. 复合膜制备工艺
目的:改 善 UHMW-PE 膜的单一性能(如提高亲水性、抗污染性)。
方法:
表面涂覆:在 UHMW-PE 膜表面涂覆亲水性聚合物(如聚乙烯醇)或抗污涂层。
共混改性:将 UHMW-PE 与其他聚合物(如聚丙烯)共混纺丝,优化膜的综合性能。
等离子体处理:通过等离子体轰击膜表面,引入极性基团,提高亲水性和附着力。