碳富勒烯在高壓條件下誘導聚偏氟乙烯結(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在一般的加工過程中，大多情況下都結(jié)晶生成α晶體。因此，很多學者都在探索制備PVDF的β和γ晶體的新方法。碳富勒烯(如C60、C70)是一種擁有潛在應用價值的功能材料，近年來得到了廣泛的關注。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。目前國內(nèi)

2、外至今沒有關于碳富勒烯在高壓下誘導PVDF結(jié)晶行為的報道，這非常不利與PVDF納米復合材料高壓加工的推廣。
　　 本論文分別制備了PVDF/C60和PVDF/C70兩種復合材料，并系統(tǒng)研究了PVDF/C60復合材料、PVDF/C70復合材料在高壓下的結(jié)晶行為和PVDF/C60復合材料在高壓下的退火行為。通過透射電子顯微鏡觀測碳富勒烯在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合材料在高壓下的晶體結(jié)構、DSC

3、鑒別PVDF基體中β和γ型伸直鏈晶體和環(huán)境掃描電鏡觀察復合材料在高壓結(jié)晶和高壓退火后的PVDF晶體形貌等檢測方法，得出以下研究成果:
　　 1) PVDF在受剪切力作用時α晶型會向β晶型轉(zhuǎn)變，因此建議檢測PVDF的晶型時應使用ATR-FTIR和WAXD技術。
　　 2) PVDF/C60復合材料在高壓下結(jié)晶時: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也越高;延長結(jié)晶時間時，發(fā)現(xiàn)α晶體相對含量先衰

4、減后增加，而β晶體的相對含量卻恰好相反，這說明α晶體比普通的β晶體在高溫下更穩(wěn)定，實驗數(shù)據(jù)同時也顯示在高溫下長時間結(jié)晶有利于生成γ晶體;結(jié)晶壓力在400MPa及其以上時，PVDF更容易結(jié)晶生成β和γ晶體。
　　 3) SEM測試中發(fā)現(xiàn)PVDF/C60經(jīng)過高壓結(jié)晶處理之后會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晶體取向更加強烈，DSC曲線顯示β晶體取向程度越高，所得β晶型的熔點也就越高;PVDF在

5、C60誘導下會結(jié)晶形成帶有孔洞的γ晶體和納米線晶體，通過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，這對今后制備納米發(fā)電機提供了一種納米材料。
　　 4)隨著高壓退火時間的延長，ATR-FTIR和WAXD檢測結(jié)果均顯示PVDF/C60基體中的α晶體會轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮w;SEM圖顯示高壓退火也可制備PVDF納米線晶體。通過對比相同條件下的高壓結(jié)晶和高壓退火工藝對PVDF晶型的影

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