熔融结晶制备聚偏氟乙烯极性相的研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)因其良好的物理化学性能在氟类树脂中脱颖而出,更是由于其独特的压电性和热电性成为研究者们关注的功能性高分子材料。PVDF独特的性能与其晶型多样性是紧密相关的,而晶体类型则因制备条件不同而不同。PVDF常见的晶型为α相、β相和γ相,其中只有β相具备强的压电性和热电性,可以用在一些特殊的领域。γ相因其链结构与β相的相近,也为反式结构,因而也受到了广泛的关注。PVDF在常态条件下熔融结晶形成的是非极性α相,而具备电性能的β相和γ相(极性相)则需要通过调控熔体中的构象才能形成。因此,本文就系统地研究了熔融结晶过程中PVDF极性相的影响因素。主要研究结果如下:(1)通过对α型PVDF进行熔融退火处理,考察退火温度、退火时间以及退火后的冷却方式对PVDF中极性相形成的影响。研究结果表明,只有退火温度和退火时间使得熔体中存留适量的熔体记忆效应才能够形成PVDF极性相。冷却方式则可以影响PVDF中β相和γ相的多少,冷却速率快生成β相多一点,冷却速率慢则有利于γ相的形成。(2)将溶液浇铸法制得的PVDF薄膜在180℃进行热处理可以简单快速地得到有序的γ相。该方法使PVDF中γ相含量得到了增加,同时有序度也得到了增加。PVDF在热处理过程中发生的是β相减少,γ相增加,说明熔体中长序TTTGTTTG’构象是通过β相的TTTT构象转变而来的。并且γ相的形成是受动力学控制的,其含量随热处理时间的增加而增加。(3)研究了离子液体的加入对PVDF熔融结晶行为的影响,探讨了PVDF极性相形成的条件。研究发现离子液体的加入有利于熔体中形成PVDF极性相需要的反式序列,却会显著抑制α相的形成。离子液体极性越强,越利于β相形成。同时,离子液体诱导成核密度的增加使得PVDF中γ相的整体结晶速率比α相的要快,并且使得PVDF形成γ相的结晶温度也下降了。
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