拉伸工艺对聚偏氟乙烯多孔膜结构和性能的影响

【摘要】聚偏氟乙烯是一种多晶型聚合物,是含氟材料运用最广泛的材料之一,主要运用在水处理方面。熔融拉伸法是制备聚偏氟乙烯多孔膜较新的方法之一。采用熔融拉伸法制备PVDF多孔膜,具有工艺简单、操作安全、环保及可连续生产等优点。本论文研究了制备过程对聚偏氟乙烯多孔膜结构和性能的影响,以获得结构良好的多孔膜。一方面,我们讨论了牵伸比对PVDF流延膜结构和性能的影响,并进一步探讨了退火温度的影响。另一方面,本文研究了拉伸工艺包括拉伸速度、拉伸倍率和拉伸温度与晶型转变对PVDF多孔膜结构和性能的影响。文中我们采用了X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱仪(FTIR)等测试手段对其进行表征。实验结果表明：1、跟踪研究了牵伸比从0到77的聚偏氟乙烯流延膜的结构和性能的影响。在应力场下结晶的流延膜只存在α晶型,且没有发生相转变。随着牵伸比的增加,蚀刻后的微观结晶结构表现出从最初的球形结构逐渐转变成垂直于挤出方向的有序的片状结构,膜的取向度增加。与此同时,拉伸过程中的细颈现象消失而应力硬化越来越明显。较高的牵伸比可以获得结构和性能良好的聚偏氟乙烯流延膜。2、退火热处理对流延膜的晶型影响不大,仍为α晶型,没有新的晶型形成。热处理温度从110℃上升到140℃时,热处理所形成的亚稳态结晶部分的吸热平台区逐渐向高温方向移动,且面积不断增大,膜的弹性回复率和结晶度同时增加。热处理温度升高至150℃时,吸热平台区向低温方向移动,所占比例减少。经过拉伸后,吸热平台区消失,形成了初始的架桥结构,吸热平台区对微孔结构的形成有着直接的影响。结果表明,140℃为最佳热处理温度。3、不同冷拉速度对聚偏氟乙烯多孔膜结晶性能和微观结构具有不同影响。在较低的拉伸速度下,片晶分离不明显,较低的应力不足以使低温吸热平台区完全消失,更多的应力作用在片晶的薄弱部分,使其重排,形成了较多的β晶。当拉伸速度为50mm/min时,更多的应力用于片晶分离,片晶分离明显,β含量最小,形成了明显的孔洞结构。而过大的速度,容易导致把薄弱的片晶抽出重排形成较多的β晶,片晶变形甚至被拉跨。因此,冷拉过程中α晶向β晶型转变不利于微孔的形成。4、跟踪研究了不同冷拉倍率对聚偏氟乙烯多孔膜结晶性能和微观结构的影响。热处理膜经过拉伸后,低温平台区消失,被拉伸的短tie链和薄弱的片晶形成了新的p相,其含量随着拉伸倍率的增加而增加。在较低的拉伸倍率下,片晶分离不明显,微孔较少。当拉伸到60%时,膜的微孔结构增加,片晶分离明显。但较大的拉伸倍率形成了高含量的β晶和破坏了片晶结构,不利于微孔的形成。5、热拉温度是影响多孔膜的一个重要工艺因素。和冷拉试样相比,热拉试样的主熔融峰向高温方向移动,这与热拉形成的稳定架桥结构有关。热拉伸后试样DSC曲线上在主熔融峰左侧形成了一个明显凸肩,由β晶和从主片晶中抽离出不同厚度的片晶部分组成。随着热拉温度的升高,凸肩面积先增大后减小,在135℃时为最大值。多孔膜仍然以α晶型为主。较低的热拉温度使分子链运动不充分,片晶难以分离。热拉温度等于或高于退火温度,分子链易发生解缠结,取向减少,难以形成稳定的架桥结构,片晶变形破坏明显。而适当的热拉温度(135℃),可以形成微孔和架桥结构良好的多孔膜。6、与冷拉拉伸倍率结果不同,保持总拉伸倍率一定,改变冷热拉伸倍率对膜的β含量影响不大,膜仍然以α晶型为主。和不同热拉温度一样,在熔融曲线上出现了一个明显凸肩,其所占比例随着热拉拉伸倍率的增加,呈先增加后减小的趋势。在较低的冷拉倍率和较高的热拉倍率下,片晶未完全分离,形成的孔洞结构不明显。较大的冷拉倍率和较低的热拉倍率,片晶被拉伸至形变,微孔减少。合适的冷热拉伸倍率(50%-50%),膜的微孔结构良好。7、冷拉形成初始的架桥结构,热拉使微孔扩大,架桥结构更加稳定。相比于冷拉,冷热拉伸后的多孔膜微孔和架桥结构更加明显。在保持总的拉伸倍率不变的情况下,热拉温度和不同冷热拉伸倍率对β含量影响不大,仍以α晶型为主。热拉过程中,α晶型向β晶型相转变并不是影响微孔结构的关键因素。
【作者】胡冰；
【导师】雷彩红；
【作者基本信息】广东工业大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】聚偏氟乙烯；多孔膜；拉伸；片晶；晶型；

【参考文献】
[1]杨慧河.中小学教师教育技术能力校本培训研究[D].内蒙古师范大学,现代教育技术（专业学位）,2012,硕士.
[2]任伟强.包装用塑料薄膜的二次加工[J].中国包装.1989(01)
[3]陈磊.多曲面反射体前照灯配光设计及误差分析[D].浙江工业大学,2003.
[4]韩道军.Godin算法的改进和FCA在智能搜索引擎中的应用[D].河南大学,2005.
[5]尹邢飞,陈钢.ETL在高校信息化建设中的应用与研究[J].计算机与数字工程,2005,03:46-48+72.
[6]吴金枝.2型糖尿病肾病血清fetuinA与血管钙化及炎症因子的相关研究[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[7]王蔚.Casimir力作用下的纳米级静电执行器的Pull-in现象分析[D].南京邮电大学,电路与系统,2013,硕士.
[8]陈哲.慢性温和非预期性应激诱导C3H/HeJ鼠皮肤组织免疫紊乱和细胞凋亡[D].苏州大学,医学心理学,2014,硕士.
[9]周钧.对长三角地区铁路跨越式发展的思考和建议[J].中国铁路.2005(06)
[10]倪南.有机添加剂对噻吩类聚合物光活化层形貌及光伏性能影响的研究[D].南京邮电大学,光学工程,2013,硕士.
[11]韩爱民,肖军华,梅国雄.被动桩中土拱效应特征与影响参数研究[J].工程地质学报,2006,01:111-116.
[12]张晓明.瑞翔公司质量管理体系改进研究[D].湖南大学,工商管理,2013,硕士.
[13]汤澜.中国电信集团公司[D].暨南大学,2003.
[14]姚斐.旅游景区虚拟现实系统设计与实现[D].海南大学,旅游管理,2012,硕士.
[15]王昊辰.安全仪表系统分类及其动作后排放温室气体检测方法研究[D].北京化工大学,机械工程（专业学位）,2013,硕士.
[16]李京宝.民国时期甘青地区蒙藏教育研究[D].西北师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[17]庄弘秀.恩施地区初中色彩课程中对色彩教养理念的体现[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[18]马国良.基于Web服务的信息系统集成研究与应用[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[19]周凯捷.长江干线集装箱运输市场及船型问题研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2014,硕士.
[20]胡乐明,曾锦辉.接入网的发展及技术综述[J].现代电信科技.1997(03)
[21]刘栓,王攀,赵小蓉,张昌远,王召,黄应平.石墨及石墨烯为阴极电Fenton降解有机污染物研究[A].武汉大学.ProceedingsofConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth[C].武汉大学:,2010:5.
[22]张婷.清代塾师教学技能研究[D].沈阳师范大学,教育史,2014,硕士.
[23]王宣宣.唐代长安城内佛塔研究[D].西北大学,专门史,2014,硕士.
[24]蔡铁,朱杰.小波阈值降噪算法中最优分解层数的自适应选择[J].控制与决策,2006,02:217-220.
[25]常海申.基于钻石模型的日本家电产业竞争力研究[D].云南财经大学,世界经济,2013,硕士.
[26]石肖女.慢性肾脏病患者微炎症状态相关影响因素分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[27]赵卫民,王龙,杨健,谢莉.黄河“数字水文”框架[J].人民黄河,2002,05:7-8.
[28]李艳.β-catenin、Axin在卵巢上皮细胞癌组织中的表达及临床意义[D].蚌埠医学院,肿瘤学,2013,硕士.
[29]党旭丹.X-cor夹层结构制备与力学性能研究[D].南京航空航天大学,2009.
[30]肖磊.蛹虫草凝集素的纯化、生化性质测定及其抗肿瘤、抗植物病原真菌的研究[D].中国农业大学,微生物学,2004,硕士.
[31]刘娜.德氏乳杆菌保加利亚亚种优良菌株的筛选[D].内蒙古农业大学,农产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[32]陈双双.基于胃镜视频云图的多目标跟踪[D].浙江大学,生物医学工程（专业学位）,2014,硕士.
[33]汪海燕.论企业的环境安全责任[D].宁波大学,环境资源法,2014,硕士.
[34]郭银雷.随机环境中多维随机游动的极限性质[D].杭州师范大学,应用数学,2013,硕士.
[35]密启娜.基地公司避税的法律规制措施研究[D].华东政法学院,国际法,2003,硕士.
[36]王艳霞.当代中小学教师能力的缺失与培养[D].华东师范大学,教育学原理,2001,硕士.
[37]慈雪萍.表达TIPE2腺病毒载体的构建及其对结肠癌细胞增殖的影响[D].苏州大学,肿瘤学,2014,硕士.
[38]门满洲.S波段高功率1分32路功率分配网络的设计[D].西南交通大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[39]田轶威.浙江大学之江校区历史景观的保护与更新研究[D].浙江大学,建筑设计及理论,2004,硕士.
[40]朱晓斐.雌激素对小鼠骨髓干细胞成骨分化及miR-26a表达的影响[D].辽宁医学院,口腔临床医学,2012,硕士.
[41]杨晓婷.《镜花缘》连词研究[D].湖南师范大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[42]刘徽.论汽车4S店财务战略管理研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2014,硕士.
[43]李蕾.高考英语听力测试对考生口语学习策略的反拨作用研究[D].鲁东大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[44]郑翔,周生苗,黄云龙.基于千兆交换技术的地区级电力数据网建设[J].电力系统自动化,2006,06:104-107.
[45]李明伟.成牙本质细胞极性相关蛋白cdc42和E-cadherin的表达及功能[D].第四军医大学,口腔临床医学,2014,硕士.
[46]王荣培.面向构件的供应商管理模型研究与实现[D].南京航空航天大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[47]徐琪歆.布兰迪修复理论研究[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[48]娄会彬.重载车辆作用下无砟轨道结构力学分析[D].西南交通大学,车辆工程,2014,硕士.
[49]朱倩.我国传统思想文化与高中古文教学的育人功能[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[50]代存杰.高强度双角钢十字组合截面双节间压杆受力性能研究[D].重庆大学,土木工程,2014,硕士.