一种低渗透率全氟聚合物复合膜及其制备工艺的制作方法

本发明涉及复合材料加工，尤其涉及一种低渗透率全氟聚合物复合膜及其制备工艺。

背景技术：

1、以聚四氟乙烯为代表的全氟聚合物具有高的化学和热稳定性，优良的抗介质能力；以及极佳的绝缘性和低的介电常数，其膜材广泛应用高频高压电缆、液晶显示器生产等各个领域。典型的全氟聚合物包括聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和可熔性聚四氟乙烯。全氟聚合物中氟原子电子结构类似于惰性气体难以被极化，而且包覆在碳链的表面，使得聚合物分子链间缺乏相互结合力。独特的分子结构使得全氟聚合物材料内部存在大量微孔，气体或者小分子化合物能够顺着微孔发生泄露，因此全氟聚合物的阻隔性差，在同等条件下其对氧气和空气的透气率比聚乙烯高两个数量级。

2、为此，利用复合材料降低全氟聚合物膜材料的渗透性一直备受关注。例如：利用强辐射使全氟聚合物产生活性基团使全氟聚合物分子链间发生反应，可以提高全氟聚合物的阻隔性，但强辐射会降低氟材料的强度。在塑料薄膜表面复合高阻隔性的金属薄膜是有效提高膜材料阻隔性的有效策略，但是全氟聚合物独特的双疏性，使得金属薄膜与全氟聚合物薄膜间缺乏必要的粘结力，容易导致层剥离。同时聚四氟乙烯在熔点以上为凝胶，其在远高于熔点的380℃下，聚四氟乙烯的挤出压力为10gpa，因此也无法使用多层共挤的方式来制备金属聚四氟乙烯复合膜。

3、因此，如何制备一种保留全氟聚合物的力学性能，同时对气体又具有极高的阻隔性的全氟聚合物复合膜，成为本领域亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术难题，特提出本发明。

2、首先，本发明提供了一种全氟聚合物复合膜的制备方法，包括：

3、采用离子注入在全氟聚合物基膜表面注入金属离子，在全氟聚合物基膜表面形成厚度为30～70纳米的金属种子层；然后在所述金属种子层表面制备厚度为2～10微米的金属膜。

4、本发明发现，通过离子注入的方式在全氟聚合物基膜表面制备30～70纳米的金属种子层后，在其表面制备2～10微米的金属膜后获得的复合膜，能够使得全氟聚合物基膜的力学性能最大程度地保留，同时使得复合膜的气体阻隔性最佳。

5、若金属种子层的厚度低于30纳米，则含氟聚合物膜表面能过低，与金属层附着力不足；若金属种子层的厚度高于70纳米，则离子注入时间长，加工成本高，甚至导致基膜变形；若金属膜的厚度低于2微米，则不能有效降低气体透过率；若金属膜的厚度高于10微米，则影响复合材料的柔韧性。

6、优选地，制备所述金属膜的工艺为真空镀或电镀。

7、优选地，在所述真空镀或电镀后，金属膜对光亮处无亮点。

8、优选地，所述金属膜中的金属为高氧化电位金属时采用电镀；低氧化电位金属采用真空镀。

9、优选地，所述金属膜的金属为铜、金、银、镍、钴、锰、铅、铂中的至少一种时，采用电镀工艺制备所述金属膜。

10、优选地，所述金属膜的金属为铝、锌、铁、镁、钛中的至少一种时，采用真空镀工艺制备所述金属膜。

11、优选地，所述离子注入的真空系统压力为10-5～10-3pa，注入的强度电压为10～40kv，注入计量为1015～1017每平方厘米。

12、优选地，所述金属膜的金属与所述金属种子层的金属相同或不同。

13、优选地，所述制备方法还包括：

14、在所述金属膜表面采用热压粘合层的方式制备塑料膜。

15、在一些实施方案中，可以利用耐磨、光泽度高的塑料膜作为全氟聚合物复合膜的外层。

16、优选地，所述塑料膜包括尼龙膜、聚丙烯塑料膜、聚乙烯塑料膜、聚氯乙烯塑料膜、或聚苯乙烯塑料膜。

17、优选地，所述全氟聚合物基膜为聚四氟乙烯基膜、可熔性聚四氟乙烯基膜、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物基膜中的至少一种。

18、优选地，在离子注入前采用有机溶剂或等离子体对所述全氟聚合物基膜进行清洗。

19、优选地，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、石油醚中的至少一种。

20、优选地，在所述清洗之后在80～120℃下干燥后进行离子注入。

21、优选地，所述等离子体为空气等离子体或惰性气体的真空等离子体。

22、进一步，本发明提供了由上述任一方案中的制备方法制得的全氟聚合物复合膜。

23、进一步，本发明提供了上述任一方案中的全氟聚合物复合膜在制备电导体中的应用。

24、本发明的制备方法制备的全氟聚合物复合膜能够满足电导体行业的要求。

25、更进一步，本发明还提供了一种电导体，其中含有上述任一方案中制备的全氟聚合物复合膜。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、本发明提供了一种低渗透率全氟聚合物复合膜，不但保留了全氟聚合物的力学性能，同时对气体又具有极高的阻隔性，在航空、航天和电子领域具有广泛的应用前景。而且复合膜中的全氟聚合物膜层与金属膜层具有足够的结合力，能够防止在使用过程中发生剥离。此外，本发明的制备方法清洁无污染，环保性好，可在工业生产中大规模推广应用。

技术特征：

1.一种全氟聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述金属膜的工艺为真空镀或电镀。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜的金属为铜、金、银、镍、钴、锰、铅中的至少一种时，采用电镀工艺制备所述金属膜。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜的金属为铝、锌、铁、镁、钛中的至少一种时，采用真空镀工艺制备所述金属膜。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入的真空系统压力为10-5～10-3pa，注入的强度电压为10～40kv，注入计量为1015～1017每平方厘米。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜的金属与所述金属种子层的金属相同或不同。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述塑料膜包括尼龙膜、聚丙烯塑料膜、聚乙烯塑料膜、聚氯乙烯塑料膜、或聚苯乙烯塑料膜。

9.一种全氟聚合物复合膜，其特征在于，其由权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的全氟聚合物复合膜在制备电导体中的应用。

技术总结
本发明涉及复合材料加工技术领域，尤其涉及一种低渗透率全氟聚合物复合膜及其制备工艺。制备工艺包括：采用离子注入在全氟聚合物基膜表面注入金属离子，在全氟聚合物基膜表面形成厚度为30～70纳米的金属种子层；然后在金属种子层表面制备厚度为2～10微米的金属膜。本发明提供了一种低渗透率全氟聚合物复合膜，不但保留了全氟聚合物的力学性能，同时对气体又具有极高的阻隔性，在航空、航天和电子领域具有广泛的应用前景。而且复合膜中的全氟聚合物膜层与金属膜层具有足够的结合力，能够防止在使用过程中发生剥离。此外，本发明的制备方法清洁无污染，环保性好，可在工业生产中大规模推广应用。

技术研发人员：赵凡,杨帆,邓博文,邹伟
受保护的技术使用者：中昊晨光化工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17