尼龍1010的分子鏈段運(yùn)動(dòng)、局域態(tài)分布與結(jié)構(gòu)的關(guān)系.pdf

1、半結(jié)晶聚合物中的局域態(tài)源自結(jié)構(gòu)欠序、晶界、雜質(zhì)以及羰基、過氧化自由基等缺陷，其本身復(fù)雜的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致多種局域態(tài)分布。這方面的研究是聚合物電學(xué)性能研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，對于了解聚合物內(nèi)電荷載流子的存儲(chǔ)和輸運(yùn)特性及聚合物在電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。由于電荷載流子的微觀特性，聚合物的局域態(tài)特性很難用一般的探測手段來分析。 尼龍1010是一類常見的工程塑料，具有優(yōu)異的物理，化學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械零件

2、，航空和家用電器中。同時(shí)尼龍1010又是一種典型的半結(jié)晶聚合物，通過簡單處理可獲得不同聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的試樣，當(dāng)溫度高于其玻璃化溫度時(shí)，由于載流子的作用，尼龍1010的介電、熱釋電等電學(xué)性能與低溫時(shí)發(fā)生明顯的變化。因此對尼龍1010的分子鏈段運(yùn)動(dòng)、局域態(tài)分布與結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。本文工作主要包括以下幾部分。 1.通過對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的尼龍1010的介電松弛行為的研究來了解尼龍1010分子鏈段運(yùn)動(dòng)和載流子遷移的相關(guān)信息。尼

3、龍1010在高溫低頻時(shí)呈現(xiàn)很大的介電系數(shù)，是由于載流子的運(yùn)動(dòng)所致。尼龍1010在室溫以上主要存在3個(gè)松弛過程，隨著溫度的升高依次為：α松弛、MWS松弛、電極極化。α松弛對應(yīng)尼龍1010的分子鏈段運(yùn)動(dòng)，MWS松弛對應(yīng)于聚集在中間相的載流子的松弛行為，而電極極化則對應(yīng)于聚集在試樣表面與電極界面的載流子的松弛行為。通過分析α松弛、MWS松弛、電極極化松弛時(shí)間及直流電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)載流子在尼龍1010試樣內(nèi)的遷移是由分子鏈段運(yùn)動(dòng)所致，在

4、尼龍1010的中間相玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的前后，載流子的遷移規(guī)律發(fā)生了改變。 2.在不同溫度下對尼龍1010退火處理，不僅導(dǎo)致尼龍1010結(jié)晶度的改變，還會(huì)發(fā)發(fā)生熱降解反應(yīng)，通過研究退火處理對尼龍1010介電松弛行為的影響，探索結(jié)晶度的增加和熱降解對分子鏈段運(yùn)動(dòng)和載流子遷移的影響。結(jié)晶的增加抑制尼龍1010的分子鏈段運(yùn)動(dòng)和載流子的遷移，熱降解導(dǎo)致分子鏈段運(yùn)動(dòng)和載流子的遷移變的容易。退火處理對尼龍1010分子鏈段運(yùn)動(dòng)和載流子遷移的影響要

5、視情況而論。尼龍1010在180℃恒溫退火2h后，熱降解占主導(dǎo)作用，尼龍1010α松弛、MWS松弛、電極極化、電導(dǎo)松弛時(shí)間降低，直流電導(dǎo)率增大。 3.熱釋電流(TSDC)是研究高分子材料轉(zhuǎn)變與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的一種重要的手段，特別是在研究半結(jié)晶聚合物方面，TSDC有比其他熱分析方法高得多的靈敏度，還可以得到高聚物局域態(tài)的信息，而這正是其他方法難以做到的。通過對尼龍1010熱釋電流的研究來得到尼龍1010局域態(tài)分布的信息。完全非晶尼龍1

6、010具有一系列連續(xù)的局域能級。而對于半結(jié)晶尼龍1010，主要有3個(gè)的局域能級，表現(xiàn)在熱釋電流譜上有3個(gè)電流峰，分別對應(yīng)于偶極松弛與酰胺基團(tuán)俘獲的空間電荷松弛、非晶區(qū)和中間相陷阱俘獲的空間電荷松弛、晶區(qū)陷阱俘獲的空間電荷松弛。隨著極化時(shí)間的延長和極化溫度的升高，空間電荷被俘獲在更深的陷阱中。 4.尼龍1010恒溫退火后，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，尼龍1010的局域態(tài)分布也發(fā)生變化，通過研究退火對尼龍1010熱釋電流譜的影響來了解結(jié)晶度的增

7、加和熱降解對尼龍1010局域態(tài)分布的影響，熱降解導(dǎo)致尼龍1010內(nèi)空間電荷增多，尼龍1010退火后，酰胺基團(tuán)俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性增強(qiáng)；非晶區(qū)及中間相的陷阱俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性降低；晶區(qū)陷阱俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性增強(qiáng)。5.尼龍?jiān)讦?射線作用下所發(fā)生的變化和反應(yīng)包括輻射交聯(lián)，輻射裂解，不飽和雙鍵的生成與轉(zhuǎn)化及俘陷自由基的產(chǎn)生。這些變化均反映在聚合物及其材料結(jié)構(gòu)與性能的變化