碳富勒烯在高壓條件下誘導(dǎo)聚偏氟乙烯結(jié)晶行為的研究.pdf

1、聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride)，PVDF)是一種多晶型聚合物，其中以β和γ晶體的壓電性能最好。然而PVDF在一般的加工過(guò)程中，大多情況下都結(jié)晶生成α晶體。因此，很多學(xué)者都在探索制備PVDF的β和γ晶體的新方法。碳富勒烯(如C60、C70)是一種擁有潛在應(yīng)用價(jià)值的功能材料，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注。PVDF的β和γ型伸直鏈晶體的壓電性能要比其折疊鏈晶體要高很多，而制備伸直鏈晶體的最佳方法是高壓結(jié)晶法。目前國(guó)內(nèi)

2、外至今沒(méi)有關(guān)于碳富勒烯在高壓下誘導(dǎo)PVDF結(jié)晶行為的報(bào)道，這非常不利與PVDF納米復(fù)合材料高壓加工的推廣。
　　 本論文分別制備了PVDF/C60和PVDF/C70兩種復(fù)合材料，并系統(tǒng)研究了PVDF/C60復(fù)合材料、PVDF/C70復(fù)合材料在高壓下的結(jié)晶行為和PVDF/C60復(fù)合材料在高壓下的退火行為。通過(guò)透射電子顯微鏡觀測(cè)碳富勒烯在PVDF中的分散狀況、廣角X射線衍射和傅里葉紅外光譜研究這兩種復(fù)合材料在高壓下的晶體結(jié)構(gòu)、DSC

3、鑒別PVDF基體中β和γ型伸直鏈晶體和環(huán)境掃描電鏡觀察復(fù)合材料在高壓結(jié)晶和高壓退火后的PVDF晶體形貌等檢測(cè)方法，得出以下研究成果:
　　 1) PVDF在受剪切力作用時(shí)α晶型會(huì)向β晶型轉(zhuǎn)變，因此建議檢測(cè)PVDF的晶型時(shí)應(yīng)使用ATR-FTIR和WAXD技術(shù)。
　　 2) PVDF/C60復(fù)合材料在高壓下結(jié)晶時(shí):結(jié)晶溫度越高越有利于PVDF結(jié)晶生成β和γ晶體，并且所得試樣的熔點(diǎn)也越高;延長(zhǎng)結(jié)晶時(shí)間時(shí)，發(fā)現(xiàn)α晶體相對(duì)含量先衰

4、減后增加，而β晶體的相對(duì)含量卻恰好相反，這說(shuō)明α晶體比普通的β晶體在高溫下更穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同時(shí)也顯示在高溫下長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶有利于生成γ晶體;結(jié)晶壓力在400MPa及其以上時(shí)，PVDF更容易結(jié)晶生成β和γ晶體。
　　 3) SEM測(cè)試中發(fā)現(xiàn)PVDF/C60經(jīng)過(guò)高壓結(jié)晶處理之后會(huì)得到很多奇特的晶體形貌。隨著高壓結(jié)晶溫度的提高，SEM圖顯示PVDF的β晶體取向更加強(qiáng)烈，DSC曲線顯示β晶體取向程度越高，所得β晶型的熔點(diǎn)也就越高;PVDF在

5、C60誘導(dǎo)下會(huì)結(jié)晶形成帶有孔洞的γ晶體和納米線晶體，通過(guò)WAXD和ATR-FTIR分析得出這種納米線晶體為β晶型，這是首次在高壓下制備出PVDF納米線壓電晶體，這對(duì)今后制備納米發(fā)電機(jī)提供了一種納米材料。
　　 4)隨著高壓退火時(shí)間的延長(zhǎng)，ATR-FTIR和WAXD檢測(cè)結(jié)果均顯示PVDF/C60基體中的α晶體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮w;SEM圖顯示高壓退火也可制備PVDF納米線晶體。通過(guò)對(duì)比相同條件下的高壓結(jié)晶和高壓退火工藝對(duì)PVDF晶型的影

6、響，發(fā)現(xiàn)高壓結(jié)晶可以在短時(shí)間制備出PVDF的β和γ晶體。
　　 5) PVDF/C70在500 MPa下，淬火溫度高于260℃時(shí)，PVDF結(jié)晶形成了β和γ型伸直鏈晶體;延長(zhǎng)結(jié)晶時(shí)間時(shí)，PVDF的β型折疊鏈晶體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦蜕熘辨溇w;結(jié)晶壓力在400 MPa～500 MPa時(shí)，最有利于PVDF/C70納米復(fù)合材料結(jié)晶形成β型伸直鏈晶體。在延長(zhǎng)PVDF/C70高壓結(jié)晶時(shí)間時(shí)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn):C70在高壓下更傾向于誘導(dǎo)PVDF結(jié)晶成α晶體