[发明专利]制备高β晶型聚偏氟乙烯-石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更加具体的说，涉及一种制备β晶型聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的方法。

背景技术

聚偏氟乙烯，英文名：Poly(vinylidene fluoride)，缩写为PVDF。其化学式为：-(CH2CF2)n-。石墨烯，英文名：Graphene。

聚偏氟乙烯具备优异的性能，如化学耐候性、耐磨性、抗辐射性和力学性能等，广泛应用于工业领域。作为一种半晶聚合物，聚偏氟乙烯具备丰富的结晶晶型。由于结晶条件的不同，聚偏氟乙烯可能形成五种晶型，包括：α、β、α、δ和ε。其中α晶型聚偏氟乙烯具备TG⁺TG^—结构。将聚偏氟乙烯从熔融状态缓慢冷却或退火，将形成α晶型；另一种制备α晶型聚偏氟乙烯的方法是使用直接浸入-沉淀法。而β晶型聚偏氟乙烯具备TTT平面锯齿结构，是聚偏氟乙烯具备压电和铁电性能的原因。如果晶体中的折叠分子链具备定向排布的偶极，这个晶体将具备空间偶极矩，极化的β晶型聚偏氟乙烯即具备这种结构。尽管β晶型晶胞的晶格能比α晶型略小，由于全反式晶型的构造障碍，较难直接从熔融状态得到β晶型聚偏氟乙烯。将聚偏氟乙烯从其N，N-二甲基甲酰胺/丙酮溶液中静电纺丝可以得到较高含量β晶型。过去数十年中，聚偏氟乙烯与其它材料的复合受到广泛关注。添加物如碳纳米管、石墨烯、纳米粘土、有机改性硅酸盐、纳米硅等作为成核剂可以促进聚偏氟乙烯的结晶和α-β晶型转变。聚偏氟乙烯、石墨烯共混的方法通常为通过N，N-二甲基乙酰胺等溶液将石墨烯、聚偏氟乙烯共混后干燥，具备较为理想的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单轴拉伸聚偏氟乙烯/石墨烯复合物模压片材，以得到较高含量β晶型聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的方法，即拉伸在提高复合材料中β晶型聚偏氟乙烯含量的应用，或者通过拉伸调整聚偏氟乙烯—石墨烯复合材料晶型的方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

制备高β晶型聚偏氟乙烯—石墨烯复合材料的方法，将聚偏氟乙烯与石墨烯进行熔融混合均匀，采用熔融模压法制备聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料片材，以恒定拉伸速率拉伸复合材料片材产生应变，由纯α晶型的聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料随着应变增大，产生α-β晶型转变。

在上述技术方案中，在30-60℃度范围内，通过5-10μm/s范围内恒定速度单轴拉伸。

在上述技术方案中，熔融混合过程中，熔融温度为230-250℃，转速为30—40rpm。

在上述技术方案中，熔融模压过程中，熔融温度为230-250℃。

在上述技术方案中，拉伸应变为10％—30％时，随应变的增加，β晶型含量增加，β晶型与α晶型平均比例分别为(3—4)：4。

在上述技术方案中，在应变大于20％后由α晶型转化得到的β晶型与材料中保留的α晶型比例为1：1。

在上述技术方案中，石墨烯的用量为聚偏氟乙烯质量的0—0.1％，即大于零小于等于0.1％，优选0.05—0.1％。

具体来说，步骤1，将聚偏氟乙烯与石墨烯在230℃温度下在XSS-300转矩流变仪60mL的密炼室内熔融混合，转速为32rpm，其中石墨烯含量大于零且小于等于0.1％(聚偏氟乙烯质量)；步骤2，将制得的聚偏氟乙烯/石墨烯复合物熔化后加压至5MPa，保持5分钟后释放压力，再加压至10MPa，保持5分钟后释放压力，再加压至15MPa，保持5分钟后取出，迅速冷却至室温；步骤3，在不同温度下，拉伸聚偏氟乙烯/石墨烯复合物，拉伸速率为5μm/s，拉伸至应变为10％—30％。

本发明是一种简单、有效、节能的方法，可制备较高β晶型的聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料。在石墨烯的加入有利于提高聚偏氟乙烯α-β晶型转变效率的基础上，通过单轴拉伸进一步制备出高β晶型含量的聚偏氟乙烯复合材料。相较于静电纺丝、溶液共混等方法，本发明通过拉伸制备β晶型偏氟乙烯复合材料使用设备方便，不需要复杂的处理工艺，在较大温度范围内进行，操作较为便利，直接得到较高β晶型含量的聚偏氟乙烯复合材料。本发明以5μm/s恒定速率单轴拉伸，聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料，可方便地获得具有高含量β晶型聚偏氟乙烯的材料，且可以较便利地调控β晶型与α晶型的比例，可以达到1:1甚至以上。

附图说明

图1是本发明实施例1中未拉伸前，室温下聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的WAXS一维图。

图2是本发明实施例1中，室温下，拉伸应变为20％的聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料的WAXS一维图。