乙烯-四氟乙烯共聚物复合体系的结构与性能研究.pdf

乙烯-四氟乙烯共聚物复合体系的结构与性能研究

乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)是一种由乙烯和四氟乙烯共聚而成的半结晶性含氟聚合

物,由于含有四氟乙烯单体,使其具有优异的耐腐蚀、耐候、耐高温、耐老化、耐辐照等性能。

ETFE因其质轻、透明度高、环保等特点,可加工成涂层、薄膜、线缆等,被广泛的应用到航

空航天、建筑、农业、化工、井下等诸多领域。

本文主要围绕ETFE材料在加工性能等方面的不足,通过引入同为含氟材料的聚偏氟乙

烯(PVDF)对其进行共混改性,制备了ETFE/PVDF二元复合材料。通过对该复合材料的相结

构、相容性、热性能、流变性能、机械性能等进行表征分析,从而建立起复合体系的微观结

构与宏观性能间的对应关系,深入地对ETFE材料研究探索。

此外,通过电子束辐照以及引入无机蒙脱土(MMT)纳米粒子等改性方式对ETFE/PVDF

复合体系进行二次改性,逐步建立起以ETFE为主体材料的综合加工应用体系。本论文的主

要研究内容以及相应的实验结论如下:1.采用熔融共混的方式制备了不同比例的

ETFE/PVDF二元复合体系。

在空气环境下,ETFE/PVDF(90/10wt%)复合体系具有更高的初始热分解温度(374.5℃)

和初始热分解活化能(187kJ/mol),分别比纯ETFE组分高52.7℃和121kJ/mol。随着

PVDF含量的增加,ETFE/PVDF复合体系的储能模量和复合黏度逐渐增加,复合体系的剪切

变稀现象增强;PVDF的引入,改善了ETFE的挤出加工性能,ETFE/PVDF复合体系仍具有很

好的拉伸强度和断裂伸长率。

2.采用熔融共混的方式制备了PVDF、ETFE与不同敏化剂组成的复合材料,再通过电子

束辐照对复合体系进行改性处理。选用的敏化剂分别是三烯丙基异氰酸酯(Triallyl

Isocyanurate,TAIC)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(Trimethylolpropane

Trimethacrylate,TMPTMA)和1、2、4-苯三甲酸三烯丙酯(Triallytrimellitate)。

通过对辐照后体系的化学结构变化、流变性能、相结构、相容性、热性能和机械性能

等进行表征,系统的研究了敏化剂的种类、含量以及辐照剂量对ETFE/PVDF共混体系结构

与性能的影响。结果表明,ETFE/PVDF复合体系在辐照过程中存在脱去HF、形成不饱和结

构和过氧化氢物的反应,导致体系形成交联或降解结构。

而且,辐照敏化剂的引入能够促进ETFE/PVDF复合体系形成交联结构,TAIC相较于其

他两个敏化剂对体系形成交联结构的诱导效果最佳,并且最佳添加量为5wt%。随着辐照剂

量的增加,当辐照剂量处于0-50kGy时,ETFE/PVDF/TAIC复合体系的化学交联结构增加,

体系内部缠结效果明显,熔体强度高,复合体系的屈服强度和杨氏模量大幅增加;当辐照超过

50kGy时,链分离式的降解反应逐渐占主导地位,体系的交联度变低,力学性能开始下降。

总的来说,对ETFE/PVDF复合体系进行辐照处理,能够大幅度的提高体系的稳定性和耐

用性。3.本章通过有机季鳞盐-四苯基溴化鳞(TPB)对MMT纳米粒子进行改性,制备出了具

有大层间距和热稳定性好的OMMT纳米粒子,并采用熔融共混挤出法制备了剥离型的

ETFE/PVDF/OMMT三元纳米复合材料,分析了不同OMMT纳米粒子含量在ETFE/PVDF

共混物中的分散状态,及其对体系相形貌、流变性能、热力学性能和机械性能的影响。

OMMT的引入提高了复合体系内部的物理缠结作用,加强了分子链间的相互作用,改变

了基体树脂的结晶状态。此外,往ETFE/PVDF复合体系中加入低含量OMMT会提高体系

的杨氏模量,明显改善了材料易屈服的缺点,增强了复合材料的抗形变能力。

4.为了进一步提高MMT纳米粒子在ETFE/PVDF复合体系的分散性,减弱粒子间的团

聚效果。采用离子交换和共价键改性相结合的方式对MMT纳米粒子进行了双重修饰,将甲

基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)接枝到OMMT纳米粒子表面,成功的制备了

PDFM