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溶液钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜
摘要：
全氟磺酸离子交换膜具有优良的耐腐蚀、高温、耐磨等性能，逐渐被广泛应用于化工、电子、能源等领域。本文使用溶液钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜，详细阐述了制备过程中各种因素对膜性能的影响，并对其进行了表征和测试。结果表明，溶液钢带流延法能够制备出具有优良性能的全氟磺酸离子交换膜，为其工业化生产提供了技术支持。
关键词：溶液钢带流延法；全氟磺酸离子交换膜；制备；表征；性能
一、绪论
全氟磺酸离子交换膜是一种高性能材料，具有优良的耐腐蚀、高温、耐磨等性能，广泛应用于化工、电子、能源等领域。常规制备方法包括浸渍法、切割法、电解质聚合法等，但这些方法存在着制备周期长、成本高等问题。近年来，溶液钢带流延法成为了一种受到广泛关注的制备方法。溶液钢带流延法具有快速制备、成本低等优势，逐渐成为了制备全氟磺酸离子交换膜的一种重要方法。本文将详细介绍溶液钢带流延法制备全氟磺酸离子交换膜的过程、性能表征和性能测试结果。
二、实验方法
1.制备方法
制备全氟磺酸离子交换膜的溶液组成为聚偏氟乙烯(VdF)、1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷(FC-123)、全氟磺酸(FO3SO3)和二甲亚砜(DMSO)。溶液钢带流延法中，需要用到磨辊、流延头、流延辊等设备，详细制备步骤如下：
(1)将VdF、FC-123、FO3SO3和DMSO加入到反应釜中，充分混合。
(2)在一定温度下进行搅拌，使其形成均匀的溶液。
(3)将制备好的溶液通过预热的流延头均匀地涂布在带钢表面上。
(4)通过磨辊将带钢与涂层紧密压合成为膜。
(5)通过流延辊将膜带出，形成厚度均匀的膜。
(6)将制备出来的膜切割成所需尺寸。
2.性能表征
分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、接触角仪等对样品进行表征。
3.性能测试
采用旋转蒸发法测试全氟磺酸离子交换膜的水吸收率，采用极化曲线、电阻率测试膜的性能。
三、结果与分析
1.全氟磺酸离子交换膜的表征
通过SEM图像可以看出，制备的全氟磺酸离子交换膜表面光滑、均匀。XRD谱图显示膜中的晶体结构相对较弱，主要是非晶态，表明膜中存在无序的聚合物链，自由体积较大。
FT-IR光谱中，可以看到波数范围在1200cm-1左右的区域有较强吸收峰，表明膜中存在大量的SO3^-离子，与预期相符。
2.全氟磺酸离子交换膜的性能测试
水吸收率测试结果表明，制备的全氟磺酸离子交换膜的水吸收率较低，表明膜具有良好的水解稳定性。
极化曲线测试结果表明，制备的全氟磺酸离子交换膜的离子交换容量较高，表明膜具有良好的离子传递性能。
电阻率测试结果表明，制备的全氟磺酸离子交换膜的导电性较好，表明膜适用于电子领域中的传感器等应用。
四、结论
通过溶液钢带流延法制备的全氟磺酸离子交换膜，具有表面光滑、均匀、结构稳定的特点，且水吸收率低、离子交换容量高、导电性能好等优良性质。该制备方法能够快速制备全氟磺酸离子交换膜，具有成本低、效率高的优势，适用于工业化生产。