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CN114214770B - 一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用 - Google Patents

一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于离子交换膜的技术领域，具体的涉及一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用。该用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝组成的经纱和纬纱，所述聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝的直径Φ分别满足以下条件：其中T表示增强网经轧光处理之后所达到的厚度值。通过对增强网用经纱和纬纱的改进，使得所述增强网不仅可以满足离子膜对强度的要求，而且可以为离子膜基膜提供平整的骨架，提高离子交换膜的平整性。

Description

一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用
技术领域
本发明属于离子交换膜的技术领域，具体的涉及一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用。
背景技术
由于采用离子交换树脂制备而成的离子膜膜体本身柔韧性能较差，强度较低。在实际安装和使用过程中因弯折、拉伸、震动、流体冲击等外部作用而易导致离子膜的破损。通常采用具有一定开孔率的增强网对离子膜进行增强。如U.S.P.No 4324606、U.S.P.No4477321、CN 101780376B、CN103252169A等专利所述。
增强网是增加离子交换膜机械强度和尺寸稳定性的重要途径，增强网若想发挥骨架支撑作用，则需要嵌入离子膜基体中，若仅是附于基体表面，增强网与离子膜基体之间的剥离力偏小，增强网无法正常发挥对离子膜基体的增强作用(如US5252193A)，所以，必须将增强网嵌入离子膜的基体中才可实现其增强作用。
目前氯碱工业用全氟离子交换膜，为了追求更大的开孔率，更低的槽电压，增强网一般由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝混编而成。过细长丝编织而成的增强网，会大大降低本身的力学强度，从而影响离子膜的强度，因此需要较粗长丝编制，但过粗长丝编织而成的增强网，在其嵌入膜基体中形成增强的离子交换膜时，在增强网的网孔位置极易产生针孔、气泡、不平整等异常，致使次品率居高不下，所以当原始增强网的厚度偏大时，需要通过轧光等手段降低增强网的厚度。
而目前对于轧光之后增强网的厚度是有严格要求的，若增强网轧光时受压辊作用力偏小，则轧光之后增强网的厚度依然偏大，此时虽然增强网中长丝的形貌变化小，原有圆柱体形貌改变小，离子膜熔体所需包覆的面积小，有利于网膜之间的结合，但由于厚度相对偏大，离子膜基体产生针孔的数量便会增多。若增强网受压辊作用力偏大，则轧光之后增强网的厚度会偏小，此时增强网中长丝的形貌变化大，原有圆柱体形貌改变大，趋向于扁平状，离子膜熔体所需包覆的面积大，不利于熔体对增强网的包覆，从而削弱增强网对离子膜基体的增强作用，与此同时，增强网中的长丝由圆柱状变成扁平状，减小了增强网的开孔率，离子传导面积减少，不利于离子膜离子传递性能的提升。由此可见对于轧光后增强网厚度的准确控制十分关键。
在轧光过程中，对于由两种长丝编织而成的增强网，经轧光处理，增强网的布面效果会演变成凹凸不平的起伏状。这是因为氯碱离子交换膜用增强网的聚四氟乙烯长丝的直径要远大于涤纶长丝的直径。若涤纶长丝的直径较大，或与聚四氟乙烯长丝的直径相同或相近，一方面不利于涤纶长丝在离子膜制备或使用过程中快速的溶解掉，增加增强网开孔率的作用将失去，不利于离子膜离子传导有效面积的增加；另一方面，若溶解掉，势必在离子膜基体内构建较大的空腔空间，大大降低离子膜的机械强度，也不利于离子膜的长期使用寿命。因此，两种长丝直径之间也存在严格的要求。
在满足离子膜对轧光后增强网厚度要求的同时，又要满足聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝之间的直径要求前提下，轧光机压辊的作用力仅会作用在与聚四氟乙烯长丝交织在一起的长丝上，涤纶长丝和涤纶长丝交织在一起的接触点因线径小而厚度薄，压辊作用力不会作用在其上，交织在一起的涤纶长丝和涤纶长丝仍会保持原状，即原长度；而交织在一起的聚四氟乙烯长丝和聚四氟乙烯长丝以及交织在一起的聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝，则会接受来自压辊的Z向(与离子交换膜所在平面垂直的方向)作用力，原厚度的质量沿X和Y向铺展，实现厚度的降低。当保持原状的长丝和厚度降低的长丝结合在一起时，轧光后的增强网则会出现不平整。若此时将这样的增强网嵌入离子膜基体中，不利于离子膜的整体平整性，从而影响表观和使用性能。因此亟需一种可以在确保离子膜强度的同时，又能够在轧光后保持高平整的增强网。
发明内容
本发明的目的在于针对现有增强网在轧光后布面效果呈凹凸不平起伏状的问题而提供一种用于离子交换膜的高平整增强网及其应用。通过对增强网用经纱和纬纱的改进，使得所述增强网不仅可以满足离子膜对强度的要求，而且可以为离子膜基膜提供平整的骨架，提高离子交换膜的平整性。
本发明的技术方案为：一种用于离子交换膜的高平整增强网，包含经纱和纬纱，经纱和纬纱均由聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝组成，所述聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝的直径Φ分别满足以下条件：其中T表示增强网经轧光处理之后所达到的厚度值。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中聚四氟乙烯长丝直径为50～100μm；涤纶长丝直径为20～45μm；增强网经轧光处理后所达到的厚度值与离子膜基体的厚度比值为(30～80)：100。当所达厚度超过所述比值的上限值时，即在轧光过程中增强网受压辊作用力偏小，增强网中的长丝形貌变化小，原有圆柱体形貌改变小，离子膜基体在包覆长丝过程中产生针孔的数量会增多；若所达厚度低于所述比值的下限值时，即在轧光过程中增强网受压辊作用力偏大，增强网中的长丝形貌变化大，原有圆柱体形貌改变大，趋向于扁平状，离子膜熔体所要包覆的面积大，不利于熔体对增强网的包覆，从而削弱增强网对离子膜基体的增强作用，与此同时，增强网中的长丝由圆柱状变成扁平状，减小了增强网的开孔率，离子传导面积减少，不利于离子膜离子传递性能的提升。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中增强网经轧光处理后所达到的厚度值为30～80μm。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中经纱和纬纱的组织结构为平纹组织、斜纹组织、缎纹组织或以三原组织为基础的组织中的至少一种。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中经纱和纬纱的组织结构为平纹组织。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝为单丝或复丝。
所述用于离子交换膜的高平整增强网中聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝的编制密度为25～200根/英寸。
一种离子交换膜，其所采用的增强网如所述的高平整增强网。
所述的高平整增强网在离子交换膜中的应用。
本发明的有益效果为：本发明所述用于离子交换膜的高平整增强网通过对增强网用经纱和纬纱的改进，解决了离子交换膜用增强网厚度变薄后产生的不平整问题，为离子膜基体的包覆提供了平整的增强网骨架结构，从而可以得到平整的离子交换膜，有助于提高离子膜的表观和使用性能。
附图说明
图1为本发明所述高平整增强网的结构示意图。
其中，1为PTFE长丝与PTFE长丝交点处，2为PTFE长丝与PET长丝交点处，3为PET长丝与PET长丝交点处。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯(PTFE)长丝与涤纶(PET)长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为50根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶为单丝。聚四氟乙烯长丝直径为100μm，涤纶单丝直径为45μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为80μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
实施例2
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为200根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶长丝为单丝。聚四氟乙烯长丝直径为100μm，涤纶单丝直径为20μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为30μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
实施例3
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为30根/英寸，涤纶长丝的编织密度为60根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶长丝为复丝。聚四氟乙烯长丝直径为50μm，涤纶复丝直径为20μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为30μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
实施例4
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为50根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶长丝为复丝。聚四氟乙烯长丝直径为50μm，涤纶复丝直径为45μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为80μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
实施例5
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为100根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶长丝为单丝。聚四氟乙烯长丝直径为70μm，涤纶单丝直径为34μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为60μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
实施例6
所述用于离子交换膜的高平整增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，聚四氟乙烯长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为50根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶长丝为复丝。聚四氟乙烯长丝直径为80μm，涤纶复丝直径为20μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为35μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-5级别。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到平整的增强离子交换膜。
对比例1
所述用于离子交换膜的增强网，包含由聚四氟乙烯长丝与涤纶长丝组成的经纱和纬纱。该经纱和纬纱的组织结构为平纹组织，PTFE长丝的编织密度为25根/英寸，涤纶长丝的编织密度为50根/英寸。聚四氟乙烯长丝为单丝，涤纶为单丝。PTFE长丝直径为100μm，涤纶单丝直径为30μm，增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值为80μm，此时，和/>其中T表示增强网经轧光处理之后所要求达到的厚度值，增强网经轧光处理，按照标准GB/T 13769方法测得增强网平整度等级为SA-2级别，平整度小于实施例1。将此增强网应用于熔融聚合物基体覆膜，得到不平整的离子交换膜。

Claims (7)

1.一种用于离子交换膜的高平整增强网，包含经纱和纬纱，经纱和纬纱均由聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝组成，其特征在于，所述聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝的直径Φ分别满足以下条件：，/>，其中T表示增强网经轧光处理之后所达到的厚度值，该厚度值为30～80μm；
所述聚四氟乙烯长丝直径为50～100μm；涤纶长丝直径为20～45μm。
2.根据权利要求1所述用于离子交换膜的高平整增强网，其特征在于，所述经纱和纬纱的组织结构为平纹组织、斜纹组织、缎纹组织或以三原组织为基础的组织中的至少一种。
3.根据权利要求2所述用于离子交换膜的高平整增强网，其特征在于，所述经纱和纬纱的组织结构为平纹组织。
4.根据权利要求1所述用于离子交换膜的高平整增强网，其特征在于，所述聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝为单丝或复丝。
5.根据权利要求1所述用于离子交换膜的高平整增强网，其特征在于，所述聚四氟乙烯长丝和涤纶长丝的编制密度为25～200根/英寸。
6.一种离子交换膜，其特征在于，所采用的增强网如权利要求1-5任一项所述的高平整增强网。
7.如权利要求1-5任一项所述的高平整增强网在离子交换膜中的应用。
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