聚氯乙烯基和聚偏氟乙烯基共混复合材料结构与性能研究

【摘要】聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的力学性能、热稳定性、抗化学腐蚀和耐老化性能,可用作太阳能电池背膜。但PVDF熔体强度大、不易吹塑成型,且表面粘接能力差,限制其使用范围。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有强的粘结能力和力学性能,可用来改善PVDF。本文采用熔融共混法制备PVDF/PMMA共混物,研究加工条件和组成对其结构与性能的影响,并采用TiO2提高共混物力学性能。论文进一步采用PVDF/PMMA和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(ASA)来改善聚氯乙烯(PVC)的耐紫外老化性能。首先研究相形态结构对PVDF/PMMA共混物热行为、力学和抗紫外老化性能的影响。经短时熔融共混后(一次加工),共混物呈相分离结构,其相形态结构与共混物的组成和加工条件密切相关。PMMA含量越大,剪切速率越小,加工温度越高,越易形成相分离结构。经长时熔融共混后(二次加工),共混物呈均相结构。共混物异种分子链缠结几率大于同种分子链,有利于均相结构形成。共混体系仅有一个应力松弛峰,不存在长时松弛平台。固态共混物中存在三种松弛行为：结晶区中无定形态PVDF的αc松弛、无定形区中PVDF的αa松弛、和无定形态共混物的αm松弛。PMMA促进PVDF分子链松弛,降低其结晶度和熔融温度,提高其亲水性。共混物相形态结构决定共混物的综合性能,均相体系的拉伸与耐紫外老化性能更好。采用种子乳液聚合法制备具有核-壳结构的TiO2-g-PMMA复合粒子,使TiO2均匀分散在PVDF/PMMA共混物中,降低纳米粒子团聚。TiO2-g-PMMA粒子不改变聚合物基体的玻璃化转变温度和PVDF晶型。TiO2-g-PMMA的PMMA壳使TiO2与基体相的界面极化作用减弱,降低Ti02表面对基体分子链的影响。而TiO2-g-PMMA粒子的复合体系热稳定性高,结构不随热处理(190℃)时间改变。TiO2-g-PMMA复合粒子在共混物中分散性好,其力学增强效果明显优于TiO2。PVDF可提高PVC抗紫外老化性能,但二者相容性差,二元共混物的拉伸性能显著低于PVC。PMMA可改善PVC/PVDF共混物相容性,提高共混物拉伸和抗冲击性能。PVC/PVDF/PMMA共混物具有强的抗紫外老化性能。经紫外老化后,含少量PMMA的三元共混体系的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率均高于二元PVC/PVDF共混物。高含量PMMA共混物的拉伸和抗紫外老化性能随PMMA含量增加而降低。PVC与ASA相容性好,具有协同增韧效果,共混物出现明显的脆韧转变。随ASA含量增加,PVC/ASA共混物的屈服强度和弹性模量逐渐下降,断裂伸长率不断增大。ASA可提高PVC的静态热分解时间、动态热分解温度和维卡软化温度。ASA具有紫外光吸收作用,可阻碍PVC氧化降解反应。PVC/ASA共混物抗紫外老化能力随ASA含量增加而显著增强。共混物经长时间紫外老化后仍保持较高韧性。
【作者】张运湘；
【导师】宋义虎；
【作者基本信息】浙江大学，高分子材料，2013，博士
【关键词】聚偏氟乙烯；共混物；流变性能；介电性能；抗紫外老化性能；聚氯乙烯；拉伸性能；抗冲击性能；

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