本發(fā)明涉及pem電解槽，具體涉及pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝及由此紡絲工藝制得的peek細(xì)旦單絲。

背景技術(shù)：

1、氫能源作為高效、潔凈和理想的二次能源已經(jīng)受到了全世界的廣泛重視。大規(guī)模、廉價(jià)地生產(chǎn)氫氣是開發(fā)和利用氫能的重要環(huán)節(jié)之一。利用綠電采用電解水技術(shù)制h2，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)過程的零碳，符合國家的發(fā)展戰(zhàn)略，且操作相對(duì)簡單，技術(shù)相對(duì)成熟。

2、根據(jù)電解槽隔膜材料的不同，行業(yè)內(nèi)通常將水電解制氫分為堿性水電解（alk）、質(zhì)子交換膜水電解（pem）、以及高溫固體氧化物水電解（soec）。

3、和堿性水電解制氫技術(shù)相比，pem電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度高、響應(yīng)速度快、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。pem電解水制氫是以質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，純水作為原料，在直流電作用下，在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)析出氧氣，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)析出氫氣。

4、質(zhì)子交換膜是pem水電解制氫的核心部件，質(zhì)子交換膜一般由基底及涂覆于基底表面的全氟磺酸樹脂組成，目前常用膨體聚四氟乙烯（eptfe）作為基底，但是由于eptfe的剛性差，比較軟，導(dǎo)致由其制成的質(zhì)子交換膜的延展性太大，尺寸不穩(wěn)定，容易破裂失效。

5、為了能得到機(jī)械強(qiáng)度高及尺寸穩(wěn)定性較高的質(zhì)子交換膜，人們采用由聚醚醚酮（peek）單絲制成質(zhì)子交換膜的基底，但是目前所使用的peek單絲的直徑較大，一般在40μm以上，使得由peek單絲制成的基底較厚，導(dǎo)致制成的質(zhì)子交換膜也較厚，質(zhì)子交換膜厚度的增加，會(huì)降低質(zhì)子傳導(dǎo)性，提高電解池內(nèi)阻，降低電流密度，提高分解電壓，從而影響pem水電解制氫的電解效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種纖維直徑小于25μm的peek細(xì)旦單絲的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，包括以下步驟：

3、s1：對(duì)peek樹脂進(jìn)行切片干燥；

4、s2：將切片干燥后的peek樹脂加入螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出，其中，螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料段溫度范圍為330～380℃，壓縮段溫度范圍為：390-450℃，計(jì)量段溫度范圍為：390～440℃；

5、s3:將螺桿擠出機(jī)擠出的peek熔體先經(jīng)過過濾網(wǎng)組過濾，過濾后的peek熔體再經(jīng)過一層金屬砂后進(jìn)入噴絲板，再從噴絲板的噴絲孔噴出形成若干初生單絲，在s3的整個(gè)步驟過程中保持peek熔體溫度為390～440℃；

6、其中，過濾網(wǎng)組由目數(shù)為1600～2000目的過濾網(wǎng)片構(gòu)成，金屬砂層由目數(shù)為16～40目的金屬砂構(gòu)成；其中，噴絲板的噴絲孔由上段噴絲導(dǎo)孔及下段噴絲微孔構(gòu)成，所述噴絲孔的噴絲微孔的長徑比為8～10；

7、s4：將初生單絲冷卻后上油集束形成初生復(fù)絲；

8、s5：將初生復(fù)絲進(jìn)行拉伸、定型、卷繞后分絲形成纖維直徑小于25μm的peek細(xì)旦單絲；其中，初生復(fù)絲的拉伸為二道拉伸，第一道拉伸由一級(jí)拉伸熱輥完成，一級(jí)拉伸熱輥的輥溫為160～210℃、輥速為300～400m/min；第二道拉伸由二級(jí)拉伸熱輥完成，二級(jí)拉伸熱輥的輥溫為180～240℃、輥速為800～1200m/min；并且二級(jí)拉伸熱輥與一級(jí)拉伸熱輥的拉伸比為2～4；初生復(fù)絲的定型由定型熱輥完成，定型熱輥的輥溫為180～240℃、輥速為700～1100m/min。

9、進(jìn)一步地，前述的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，其中：在s3中，過濾網(wǎng)組包括三層過濾，每層過濾均由目數(shù)為1600～2000目的過濾網(wǎng)片層疊而成，三層過濾順著peek熔體流向逐級(jí)加密。

10、進(jìn)一步地，前述的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，其中：順著peek熔體流向的過濾網(wǎng)組三層過濾中，第一層由目數(shù)為1600目的過濾網(wǎng)片層疊而成，第二層由目數(shù)為1800目的過濾網(wǎng)片層疊而成，第三層過濾由目數(shù)為2000目的過濾網(wǎng)片層疊而成。

11、進(jìn)一步地，前述的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，其中：金屬砂層的厚度為1cm。

12、進(jìn)一步地，前述的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，其中：在s3中，噴絲孔的噴絲微孔的長徑比為9。

13、進(jìn)一步地，前述的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲紡絲工藝，其中：在s5中，初生復(fù)絲的拉伸為二道拉伸，第一道拉伸由一級(jí)拉伸熱輥完成，一級(jí)拉伸熱輥的輥溫為210℃、輥速為400m/min，并且初生復(fù)絲在一級(jí)拉伸熱輥的停留時(shí)間為0.4秒；第二道拉伸由二級(jí)拉伸熱輥完成，二級(jí)拉伸熱輥的輥溫為240℃、輥速為1100m/min，并且初生復(fù)絲在二級(jí)拉伸熱輥的停留時(shí)間為0.2秒；并且二級(jí)拉伸熱輥與一級(jí)拉伸熱輥的拉伸比為4；初生復(fù)絲的定型由定型熱輥完成，定型熱輥的輥溫為240℃、輥速為1100m/min，并且初生復(fù)絲在三級(jí)定型熱輥的停留時(shí)間為0.2秒。

14、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種纖維直徑小于25μm的pem電解槽質(zhì)子交換膜用peek細(xì)旦單絲。

15、通過上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明的有益效果是：對(duì)整個(gè)紡絲工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，（1）在peek熔融擠出工序中，對(duì)螺桿擠出機(jī)進(jìn)料端、壓縮段及計(jì)量段溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，將壓縮段及計(jì)量段溫度加高，進(jìn)一步提高peek熔體的流動(dòng)性，使peek熔體粘性更小，使peek熔體紡成的單絲更易于后道拉伸細(xì)化，為制出纖維直徑小于25μmpeek細(xì)旦單絲提供了進(jìn)一步保障；（2）在噴絲板紡絲工序中，首先采用1600-2000目的過濾網(wǎng)組對(duì)peek熔體進(jìn)行過濾，有效過濾掉peek熔體內(nèi)的雜質(zhì)，不僅能增加peek熔體經(jīng)噴絲板紡絲時(shí)的穩(wěn)定性，而且能使紡絲后的peek單絲在后道拉伸時(shí)不易斷裂，使peek單絲更易于后道拉伸細(xì)化，為制出纖維直徑小于25μmpeek細(xì)旦單絲提供了進(jìn)一步保障；（3）在噴絲板紡絲工序中，過濾后的peek熔體需經(jīng)過一層金屬砂后再進(jìn)入噴絲板，金屬砂層能使peek熔體保持熔體壓力及流速均勻，進(jìn)一步增加了peek熔體經(jīng)噴絲板紡絲時(shí)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高紡絲后的peek單絲性能，使peek單絲在后道拉伸時(shí)不易斷裂，使peek單絲更易于后道拉伸細(xì)化，為制出纖維直徑小于25μmpeek細(xì)旦單絲提供了進(jìn)一步保障；（4）在噴絲板紡絲工序中，將噴絲孔的噴絲微孔的長徑比設(shè)計(jì)為8～10，這種噴絲微孔長徑比設(shè)計(jì)，一方面，能有效減少擠出膨大效應(yīng)，有效消除熔體不穩(wěn)定流動(dòng)，增加了peek熔體經(jīng)噴絲板紡絲時(shí)的穩(wěn)定性，使peek單絲在后道拉伸時(shí)更不易斷裂，使peek單絲更易于后道拉伸細(xì)化，為制出纖維直徑小于25μmpeek細(xì)旦單絲提供了進(jìn)一步保障，另一方面，紡出的peek單絲較細(xì)，先對(duì)peek單絲進(jìn)行初步細(xì)化，以便后道拉伸對(duì)peek單絲進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，為制出纖維直徑小于25μmpeek細(xì)旦單絲提供了進(jìn)一步保障；（5）在拉伸定型工序中，對(duì)各級(jí)拉伸熱輥及定型輥的輥溫、輥速、停留時(shí)間、拉伸比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，能保證將peek細(xì)旦單絲拉伸至纖維直徑小于25μm，又能保證拉伸后的peek細(xì)旦單絲的性能可以滿足水電解制氫隔膜制備要求；（6）能制得纖維直徑小于25μm的peek細(xì)旦單絲，采用本發(fā)明peek細(xì)旦單絲制成的基底相較于傳統(tǒng)基底厚度會(huì)更薄，這樣能使制成的質(zhì)子交換膜也較薄，質(zhì)子交換膜厚度的減少，會(huì)提高質(zhì)子傳導(dǎo)性，降低電解池內(nèi)阻，提高電流密度，降低分解電壓，從而提高pem水電解制氫的電解效率。