CN114106373B - 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法 - Google Patents

一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114106373B
CN114106373B CN202111562909.2A CN202111562909A CN114106373B CN 114106373 B CN114106373 B CN 114106373B CN 202111562909 A CN202111562909 A CN 202111562909A CN 114106373 B CN114106373 B CN 114106373B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pvdf
film
crystal content
beta
high beta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111562909.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114106373A (zh
Inventor
王震
陈彬
袁铭
王小会
曹伟
刘春太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN202111562909.2A priority Critical patent/CN114106373B/zh
Publication of CN114106373A publication Critical patent/CN114106373A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114106373B publication Critical patent/CN114106373B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/08Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12Chemical modification
    • C08J7/123Treatment by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/16Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明属于压电、热释电薄膜材料领域,具体涉及一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法。以普通PVDF粒料为原料,热压并进行辐照交联获得PVDF预制膜;对预制膜进行熔体拉伸诱导PVDF熔体中直接生成大量β晶。本发明通过采用熔体拉伸交联PVDF的方式,较为简单地生产制备出性能优良的高β晶含量PVDF薄膜,成本低廉、无污染且效率高,便于和已有的高分子薄膜加工方式结合,适合大规模工业化生产,具有较高的经济效益和市场推广价值。

Description

一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于压电、热释电薄膜材料领域,具体涉及一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法。
背景技术
聚偏氟乙烯(PVDF)不仅机械强度高、耐热性好、导热性低、耐化学和油性腐蚀,同时具有优异的铁电、压电和热释电特性,常被用于制备高分子压电功能薄膜。相比于传统的压电陶瓷、石英晶体等无机压电材料,PVDF压电薄膜具有柔韧性好、力电转换灵敏度高、声阻抗低、频响范围宽、动态范围大等诸多优点,可加工成大面积且形状复杂的功能器件,广泛应用于柔性传感器、换能器、智能机器人、人机交互等多个领域。
作为一种多晶型高分子材料,PVDF具有5种主要晶型,包括非极性的α和ε晶以及极性的β、γ和δ晶。其中,β晶为全反式链构象,具有最高的自发极化强度,对于实现材料的高铁电和压电性有决定性作用。
目前,已知有多种方法制备β晶PVDF薄膜,如固态拉伸、静电纺丝、添加纳米填料、溶液流延等。其中,固态拉伸最为常见,但其诱导产生的β晶含量并不高,且易在薄膜内部产生微孔等结构缺陷。静电纺丝作为新兴技术也常用来制备PVDF薄膜,但其设备和制备过程较为复杂,难以大规模生产,制得的薄膜力学性能也较差,稳定性和耐用性不足。在PVDF基体中添加纳米填料作为β晶成核位点,也能促进β晶生成,但β晶含量提高相对有限,且存在填料分散性差、薄膜均匀性和柔韧性低等问题。而采用溶液流延法制备β晶PVDF薄膜,虽具有厚度薄的优点,但会消耗大量有毒溶剂,在制备较厚薄膜时也存在困难。因此,找到一种安全环保、工艺简单且方便工业化生产的方法,实现高质量制备高β晶含量的PVDF薄膜,具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷和问题,提供一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,所述方法不仅工艺简单、安全环保、方便工业化生产,且薄膜厚度可控、力学性能优良、兼具高β晶含量。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,以普通PVDF粒料为原料,热压并进行辐照交联获得PVDF预制膜;对预制膜进行熔体拉伸诱导PVDF熔体中直接生成大量β晶。
优选的,辐照交联获得PVDF预制膜的交联度为20-30%。
对于预制膜的膜厚没有严格限制,从便于控制后续获得最后拉伸膜的厚度的角度,可以将预制膜的厚度控制在几十微米到几个毫米皆可,但该厚度对于最终产品中β晶的含量没有影响。
具体可使用但不限于使用γ射线辐照交联获得预制膜。
进一步,γ射线辐照剂量为110kGy,辐照剂量率为60Gy/min。
进一步,对预制膜进行熔体拉伸时先对其进行升温加热至完全熔融,随后保温消除热历史。
升温速率优选为15-20℃/min,升温至220℃,保温10min,完全熔融并消除热历史。
进一步,将消除热历史后的PVDF熔体降温并进行拉伸,保温后进行冷却固化。
优选的,将PVDF熔体降温至160-170℃,以20s-1的速率进行拉伸,拉伸比为20-40倍。
更为优选的,将PVDF熔体降温至160℃,以20s-1的速率进行拉伸,拉伸比为40倍。
保温时间优选为30min,之后自然冷却固化。
本发明提供了一种采用辐照交联-熔体拉伸制备高β晶含量PVDF薄膜的方法,包括以下几个步骤:
1)使用γ射线辐照交联制备PVDF预制膜,但不限于通过γ射线辐照法制备交联PVDF;
2)将步骤1)准备的交联PVDF预制膜,在熔体拉伸设备中,以一定升温速率加热至完全熔融,随后保持一段时间消除热历史;
3)将步骤2)消除热历史后的PVDF熔体降温至特定拉伸温度,随后以特定拉伸速率拉伸至特定拉伸比,然后保温一段时间并进行冷却固化,得到具有较高β晶含量的PVDF薄膜。
本发明采用辐照交联-熔体拉伸法制备高β晶含量的PVDF薄膜,以普通PVDF粒料为原料,热压并进行γ射线辐照交联,制备交联预制膜;随后实施熔体拉伸,通过调控温度场和拉伸流场,诱导PVDF熔体中直接生成大量β晶。本发明方法获得的薄膜具有优异的力学性能,同时外观均匀、平整、透明度高且可任意弯曲折叠;其中的β晶含量可达到95.5%。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
本发明制备过程无需添加任何填料或试剂,无毒无污染,成本低廉。用到的熔体拉伸设备可直接采用现有的辊拉方式,方便与现有的工业生产加工方法结合,操作简单,效率高,便于和已有的高分子薄膜加工方式结合,适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明高β晶含量PVDF薄膜的制备工艺流程图;
图2为本发明中不同拉伸条件下制备的PVDF薄膜的FTIR红外吸收光谱图;
图3为本发明中制备的高β晶含量PVDF薄膜照片;
图4为本发明中制备的PVDF薄膜的拉伸力学曲线。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
以下实施例中具体采用的仪器和原料如下,但需要说明,本发明不限于通过下述装置实现:
PVDF粒料(熔体体积流动指数10-20cm3/10min,ISO 1133);真空模压机(Y-002,郑州工匠机械设备有限公司);熔体拉伸装置(郑州大学研发,结构同CN212964416U),也可以采用其他能实现相应效果的辊拉设备,如纵向薄膜拉伸机;傅立叶变换FTIR红外光谱仪(Nicolet 6700);二维广角X射线衍射仪(D8 Discovery);万能材料试验机(AG-Xplus)。
实施例1-16
一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,按照以下步骤进行:
1)采用真空模压机将PVDF粒料压制成250μm厚预制膜,随后在γ射线辐照下进行交联,照剂量为110kGy,辐照剂量率为60Gy/min,获得预制膜的交联度为20-30%;
2)将步骤1)得到的PVDF预制膜裁剪成尺寸45mm×20mm大小,安装固定在熔体拉伸设备中,随后以升温速率15-20℃/min,将其加热至220℃,保温10min,完全熔融并消除热历史;
3)将步骤2)消除热历史后的PVDF熔体分别降温至160℃、170℃、180℃、190℃,随后以20S-1拉伸速率分别拉伸至5倍、10倍、20倍、40倍拉伸比,接着在拉伸温度下保温30min,然后自然冷却固化,得到不同的PVDF薄膜。
本发明中PVDF薄膜的制备工艺流程图见图1。
表1为实施例1-16中不同拉伸温度、不同拉伸比下制备的PVDF薄膜厚度和β晶相对含量。
Figure BDA0003420921070000051
Figure BDA0003420921070000061
PVDF薄膜中β晶的相对含量由FTIR红外吸收光谱计算得到。其中,α晶的红外特征吸收峰位于763cm-1,而β晶的红外特征吸收峰位于840cm-1。β晶的相对含量计算公式为fβ=Aβ/(1.26Aα+Aβ)×100%,式中Aβ和Aβ分别为α晶和β晶的特征吸收峰积分面积。
由图2中不同拉伸条件下的FTIR红外吸收光谱图可以看出,降低拉伸比和提高拉伸温度,均不利于β晶生成,导致PVDF薄膜中840cm-1吸收强度减弱。
基于FTIR红外吸收光谱测试,计算得到PVDF薄膜中β晶的相对含量数据。根据表1,当拉伸温度为160℃、拉伸比为40倍时,β晶的相对含量最高为95.5%。综合来看,当拉伸温度为160-170℃,拉伸比为20-40倍时,均能得到超过80%的高β晶含量,该区间为制备高β晶含量PVDF薄膜的最佳加工参数范围。
由图3中照片可以看出,经本发明辐照交联-熔体拉伸制备的高β晶含量PVDF薄膜,外观均匀、平整、透光度高且柔韧性佳,可以进行任意弯曲、折叠等。
由图4中力学曲线可以看出,经本发明辐照交联-熔体拉伸制备的高β晶含量PVDF薄膜,具有优异的力学性能,其拉伸强度接近200MPa。
综上,本发明提供了一种简单的采用辐照交联-熔体拉伸制备高β晶含量PVDF薄膜的方法。应用该方法可以制备出性能优异的高β晶含量PVDF薄膜。生产成本低廉、无污染且效率高,便于和已有的高分子薄膜加工方式结合,适合大规模工业化生产,工业应用前景优良,经济效益高。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,按照本领域的普通技术知识和通用方法,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,以普通PVDF粒料为原料,热压并进行辐照交联获得PVDF预制膜;对预制膜进行熔体拉伸诱导PVDF熔体中直接生成大量β晶;对预制膜进行熔体拉伸时先对其进行升温加热至完全熔融,随后保温消除热历史。
2.如权利要求1所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,辐照交联获得PVDF预制膜的交联度为20-30%。
3.如权利要求2所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,使用γ射线辐照交联获得预制膜。
4.如权利要求3所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,γ射线辐照剂量为110kGy,辐照剂量率为60Gy/min。
5.如权利要求1所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,升温速率为15-20℃/min,升温至220℃,保温10min,完全熔融并消除热历史。
6.如权利要求1所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,将消除热历史后的PVDF熔体降温并进行拉伸,保温后进行冷却固化。
7.如权利要求6所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,将PVDF熔体降温至160-170℃,以20s-1的速率进行拉伸,拉伸比为20-40倍。
8.如权利要求6所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,保温时间为30min,之后自然冷却固化。
9.如权利要求8所述的高β晶含量PVDF薄膜的制备方法,其特征在于,将PVDF熔体降温至160℃,以20s-1的速率进行拉伸,拉伸比为40倍。
CN202111562909.2A 2021-12-20 2021-12-20 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法 Active CN114106373B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111562909.2A CN114106373B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111562909.2A CN114106373B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114106373A CN114106373A (zh) 2022-03-01
CN114106373B true CN114106373B (zh) 2023-04-25

Family

ID=80362168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111562909.2A Active CN114106373B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114106373B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115260638B (zh) * 2022-09-15 2023-07-21 郑州大学 一种高强度聚乙烯/石墨烯纳米复合薄膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336212A (en) * 1977-10-11 1982-06-22 Asahi-Dow Limited Composition for drawn film, cold drawn film made of said composition and process for manufacture of said film
JPS6445813A (en) * 1987-05-15 1989-02-20 Kureha Chemical Ind Co Ltd Polyarylene thioether ketone-based yarn and production thereof
CN102604203A (zh) * 2012-01-18 2012-07-25 成都慧成科技有限责任公司 一种改进型微孔聚合物薄膜及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109762188B (zh) * 2019-01-16 2021-09-28 郑州大学 一种采用熔融挤出-辊压连续制备高β晶含量PVDF膜的方法
CN111958999B (zh) * 2020-07-24 2022-03-25 武汉理工大学 高β相PVDF薄膜的制备方法及应用
CN113087947A (zh) * 2021-04-20 2021-07-09 浙江众成包装材料股份有限公司 一种高β晶含量聚偏二氟乙烯单向拉伸薄膜及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4336212A (en) * 1977-10-11 1982-06-22 Asahi-Dow Limited Composition for drawn film, cold drawn film made of said composition and process for manufacture of said film
JPS6445813A (en) * 1987-05-15 1989-02-20 Kureha Chemical Ind Co Ltd Polyarylene thioether ketone-based yarn and production thereof
CN102604203A (zh) * 2012-01-18 2012-07-25 成都慧成科技有限责任公司 一种改进型微孔聚合物薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高志浩.热拉伸温度对聚偏氟乙烯微孔膜结构与性能的影响.高分子材料科学与工程.2021,第37卷(第10期),119-131. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114106373A (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114106373B (zh) 一种高β晶含量PVDF薄膜的制备方法
CN103434110B (zh) 一种强电电容器用高性能聚丙烯薄膜及其制造方法
CN1243784C (zh) 聚烯烃多微孔膜及其制备方法
Ferreira et al. Extrusion of poly (vinylidene fluoride) filaments: effect of the processing conditions and conductive inner core on the electroactive phase content and mechanical properties
CN106929827A (zh) 一种少层MoS2薄膜的制备方法
EP2940067B1 (en) Fluororesin film having excellent transparency
CN105542363B (zh) 一种双向同步拉伸pvdf基复合薄膜的制备方法
CN109320743A (zh) 聚偏氟乙烯薄膜的制备方法
CN109762188B (zh) 一种采用熔融挤出-辊压连续制备高β晶含量PVDF膜的方法
CN112010775A (zh) 偶氮苯衍生物及其制备方法以及偶氮苯基光控可逆粘合剂极其使用方法
CN114409944B (zh) 一种快速诱导聚偏氟乙烯薄膜发生α到γ相变的方法
CN113248762B (zh) 一种快速制备γ相聚偏氟乙烯薄膜的方法
CN113087947A (zh) 一种高β晶含量聚偏二氟乙烯单向拉伸薄膜及其制备方法
Zhang et al. Influence of pentaerythritol on the properties of polyvinyl alcohol films for the polarizers
CN115340725B (zh) 一种锂电池集流体用高拉伸强度聚丙烯薄膜及其制备方法
US2895171A (en) Production of films from polymeric materials
Wu et al. Crystallization, microstructure and mechanical properties of directionally oriented films prepared using a novel blowing‐film process
CN111958999B (zh) 高β相PVDF薄膜的制备方法及应用
CN110421917B (zh) 一种负载芘酰亚胺的氧化锆纤维改性的阻隔红外光保护膜及其制备方法
CN117844022A (zh) 一种高γ相含量PVDF薄膜的快速制备方法
CN104610552A (zh) 一种以剪切流动加快全同聚1-丁烯结晶的方法
CN118834424A (zh) 一种快速制备γ′相聚偏氟乙烯复合薄膜的方法
CN112625418A (zh) 一种低位相差聚碳酸酯及聚甲基丙烯酸甲酯复合膜及其制备方法
CN112388933A (zh) 一种高韧性聚丙烯及其制备方法
CN106280146B (zh) 一种高性能多孔氧化锌-聚偏氟乙烯复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant