复合纤维及其制备方法、隔膜及其应用与流程

本技术涉及隔膜，具体而言，涉及一种复合纤维及其制备方法、隔膜及其应用。

背景技术：

1、自工业革命以来，大规模的化石燃料燃烧显著加速了气候变化进程。为避免全球气候变暖所带来的潜在灾难性后果，新能源领域的发展具备重要的科学和社会价值。风能和太阳能等风光可再生能源已经得到迅速的发展，但是由于风光能产生的波动性和间歇性，导致风光能的利用率受到限制，因此将电能转化成氢气这种具有高能量密度、方便存储的绿色能源受到了广泛的关注。

2、电解水制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，并分别从电解槽的阳极和阴极析出的方式。隔膜在碱性电解槽中起到了离子导通以及隔绝阴极和阳极分别产生的氢气和氧气的重要作用。

3、目前，碱性电解槽中的隔膜主要分为聚亚苯基硫醚(pps)材质的隔膜和多层结构的复合隔膜。其中，多层结构的复合隔膜尽管在离子传导和隔气性方面表现较好，但是复合隔膜受到成膜方法的限制，且在复合隔膜的长期使用下不可避免的会遇到复合隔膜中的涂层脱落的问题，带来复合隔膜性能的下降和安全隐患。而pps材质的隔膜不存涂层会脱落的问题，目前pps材质的隔膜主要通过对pps进行接枝、氧化、磺化等处理，使得pps形成具有亲水性的表面，但是pps通过表面改性后形成的亲水基团普遍难以长期耐受高温碱性的电解环境，亲水基团会在高温碱性的电解环境下发生分解，造成隔膜的亲水性降低，进而造成隔膜的离子导率的下降；且pps材质本身也易在高温碱性的电解环境下发生机械性能的大幅衰减，造成pps材质的隔膜在高温碱性的电解环境下的断裂强力损失较高，不利于pps材质的隔膜的应用。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种复合纤维及其制备方法、隔膜及其应用，其旨在改善现有的聚亚苯基硫醚材质的隔膜在高温碱性环境下的机械性能的衰减较大的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种复合纤维，该复合纤维包括：聚亚苯基硫醚、抗氧成分以及无机亲水剂；其中，抗氧成分包括第一抗氧剂；第一抗氧剂包括酚类抗氧剂、胺类抗氧剂以及炭黑中的至少一种；抗氧成分的质量为聚亚苯基硫醚的质量的0.01％～11％。

3、本技术提供的复合纤维中含有聚亚苯基硫醚(pps)、抗氧成分以及无机亲水剂；酚类抗氧剂、胺类抗氧剂或/和炭黑(即抗氧成分)可以大幅降低pps材质在高温碱性的电解环境下的机械性能衰减，可有效降低采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性的电解环境下的断裂强力损失，并使得隔膜具有较高的韧性；无机亲水剂可以赋予复合纤维亲水性，使得采用该复合纤维制备的隔膜具有较好的离子导率，无需对pps进行表面(例如，接枝、氧化、磺化等)处理，有利于避免pps表面的亲水基团难以长期耐受高温碱性电解环境的情况，有利于提高采用该复合纤维制备的隔膜的使用寿命，极大程度地扩宽了隔膜的应用范围。

4、结合第一方面，在本技术可选的实施方式中，酚类抗氧剂包括单酚抗氧剂、双酚抗氧剂以及多酚抗氧剂中的至少一种；或/和，胺类抗氧剂包括萘胺类抗氧剂、二苯胺类抗氧剂以及对苯二胺类抗氧剂中的至少一种。

5、上述技术方案，可以大幅降低pps材质在高温碱性的电解环境下的机械性能衰减，可有效降低采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性的电解环境下的断裂强力损失，并使得隔膜具有较高的韧性。

6、可选地，酚类抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂300、抗氧剂264、抗氧剂2246、抗氧剂ca以及抗氧剂4426中的至少一种。

7、可选地，胺类抗氧剂包括抗氧剂4010、抗氧剂dnp以及n-苯基-α-萘胺中的至少一种。

8、结合第一方面，在本技术可选的实施方式中，第一抗氧剂不含有羧酸酯键以及酰胺键。

9、上述技术方案，有利于进一步降低采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性的电解环境下的断裂强力损失，并使得隔膜具有较高的韧性，提高隔膜在高温碱性的电解环境下的力学性能。

10、可选地，第一抗氧剂包括抗氧剂300、抗氧剂ca、抗氧剂264、抗氧剂4010、抗氧剂dnp、n-苯基-α-萘胺以及抗氧剂4426中的至少一种。

11、结合第一方面，在本技术可选的实施方式中，第一抗氧剂的质量为聚亚苯基硫醚的质量的0.01％～10％。

12、上述技术方案，可以大幅降低pps材质在高温碱性的电解环境下的机械性能衰减，可有效降低采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性下的电解环境的断裂强力损失，并使得隔膜具有较高的韧性。

13、可选地，第一抗氧剂的质量为聚亚苯基硫醚的质量的0.1％～6％。

14、结合第一方面，在本技术可选的实施方式中，无机亲水剂包括氧化锆、硫酸钡、水滑石、二氧化钛以及氧化镁中的至少一种；或/和，无机亲水剂的粒径为1nm～1μm；或/和，无机亲水剂的质量为聚亚苯基硫醚的质量的0.1％～10％。

15、上述技术方案，可使得复合纤维具有较好的亲水性，使得采用该复合纤维制备的隔膜的水接触角较小，隔膜的离子导率较高，隔膜的离子传导性能较好。

16、结合第一方面，在本技术可选的实施方式中，抗氧成分还包括第二抗氧剂，第二抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂以及有机硫化物类抗氧剂中的至少一种。

17、上述技术方案，第一抗氧剂可与第二抗氧剂相互配合，有利于进一步降低采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性的电解环境下的断裂强力损失，并使得隔膜具有较高的韧性，提高隔膜在高温碱性的电解环境下的力学性能。

18、可选地，第二抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂tnp、抗氧剂tpp、抗氧剂p-epq、抗氧剂dltp以及抗氧剂dstdp中的至少一种。

19、可选地，第二抗氧剂不含有羧酸酯键以及酰胺键。

20、可选地，第二抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂tnp、抗氧剂tpp、抗氧剂p-epq以及抗氧剂626中的至少一种。

21、可选地，第二抗氧剂的质量为聚亚苯基硫醚的质量的0.01％～10％。

22、第二方面，本技术提供了一种上述第一方面任一项提供的复合纤维的制备方法，该制备方法包括：将聚亚苯基硫醚、抗氧成分以及无机亲水剂进行熔融共混。

23、本技术提供的复合纤维的制备方法制得的复合纤维在高温碱性的电解环境下具有较低的断裂强力损失，可使得采用该复合纤维制备的隔膜在高温碱性的电解环境下具有较低的断裂强力损失，有利于提高隔膜的使用寿命，极大程度地扩宽了隔膜的应用范围。

24、结合第二方面，在本技术可选的实施方式中，复合纤维的制备方法包括：将聚亚苯基硫醚、抗氧成分以及无机亲水剂进行熔融共混，造粒后得到初始纤维；然后将初始纤维依次进行熔融纺丝、牵伸以及热定型；其中，熔融纺丝的温度为300℃～340℃。

25、可选地，熔融纺丝的纺丝速度为500m/min～1200m/min。

26、可选地，牵伸的温度为100℃～110℃。

27、可选地，热定型的温度为240℃～260℃。

28、第三方面，本技术提供了一种隔膜，该隔膜为织物状；该隔膜的材质包括上述第一方面任一项提供的复合纤维。

29、本技术提供的隔膜在高温碱性的电解环境下具有较低的断裂强力损失，且隔膜具有较高的韧性；有利于提高采用该复合纤维制备的隔膜的使用寿命，极大程度地扩宽了隔膜的应用范围。

30、第四方面，本技术提供了一种隔膜在用于制备电解水制氢器件以及二次电池中的应用；其中，该隔膜为上述第三方面提供的隔膜；二次电池包括锂电池以及钠电池中的至少一种。