[发明专利]一种纳米杂化聚偏氟乙烯共聚物复合膜及其制备方法和应用

说明书

一种纳米杂化聚偏氟乙烯共聚物复合膜及其制备方法和应用，本发明属于高相容性、抗原子氧冲刷、高疏水性和压电高分子杂化复合材料技术领域。本发明要解决现有聚偏氟乙烯易被原子氧腐蚀的技术问题。一种纳米杂化聚偏氟乙烯共聚物复合膜，按照质量百分比计，含有聚偏氟乙烯共聚物92～98％，多面低聚倍半硅氧烷2～8％。方法：一、将P(VDF‑TrFE)和多面低聚倍半硅氧烷溶于有机溶剂中；二、制备预制液；三、引流倒入培养皿中，静置，干燥。本方法简单易行，既保持基质的压电性能，而且还能显著提高原基质材料的模量和硬度，增强疏水性能和抗原子氧侵蚀性能，使复合材料的性能得到了较全面的改善，从而能够更好地满足部分特殊领域的要求。

技术领域

本发明属于高相容性、抗原子氧冲刷、高疏水性和压电高分子杂化复合材料技术领域，具体涉及一种含有机-无机纳米功能性单体POSS的加固压电聚合物聚偏氟乙烯共聚物的技术。

背景技术

航天工业是标志着一个国家国防实力、尖端科技水平和综合国力的战略性产业。近年来，我国航天工业得到了迅速的发展。为了促进我国航天工业向着更快更强的方向发展，使用更为先进的技术，减轻航天器重量，提高航天器性能，是摆在航天工作人员面前的一项重要任务。同时，将智能结构系统引入各种人造卫星、载人飞船等航天器中，能够明显减轻航天器重量，并提高航天器的性能，具有重要的应用前景，是目前研究的重要方向之一。

其中具有高压电性能的聚偏氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)材料在航天材料中得到了的广泛应用。PVDF材料是有机压电高聚物中，压电性能最好的聚合物材料。重量轻，延展性好，它的共聚物也可以很好的实现电能与机械能的转换，且抗高电场性能强于非共聚物聚偏氟乙烯。

聚偏氟乙烯共聚物在生物医学领域也有广泛的应用。人体内多处结构组织如膝盖手指关节处的原生结构均具有压电性质。研究人员以及开展利用聚偏氟乙烯共聚物填充受伤关节以增强生物压电性。

然而，制造应用于各种航天器的压电材料时，需要考虑太空辐射对它们可能产生的影响。在低地球轨道，航天器飞行时要不断经历几千eV到10GeV能量范围不同剂量的地球电离辐射、银河系宇宙射线、太阳粒子辐射物质、太空紫外线以及γ射线的冲击，同时还要不断承受速度为8Km/s，辐射计量率为10¹⁵原子/cm²的高能原子氧(atomic oxygen简称AO)的损伤。尤其是后者，这些高能量的原子氧能够对包括聚偏氟乙烯压电材料在内的多种物质产生表面点蚀、侵蚀和冲刷，对材料的结构和压电特性产生一定的影响，极有可能导致材料及器件失效。这样很难保证材料的使用寿命。

实际上，实验已经证实了原子氧(atomic oxygen简称AO)是PVDF主要腐蚀中的潜在因素。解决的办法是通过使用氧化硅涂层或附属物降低原子氧对材料的腐蚀。如果它们形成了聚合物，无论是成为涂层或是成为块状材料的一部分，材料中的硅都能使腐蚀降低。但直接用无机氧化硅聚合物作为涂层也是不适用的，因为这会降低材料的柔韧性。

与简单的应用氧化硅涂敷有机材料相比，纳米级材料POSS，代替氧化硅做防护材料具有更好的优越性，且防护原理与氧化硅的相似。将POSS引入天线罩、发动机壳体的基体后会大幅度提高材料的软化点，有效提高航空航天飞行器的速度。因为POSS是由内部的硅氧核心无机框架和外围的取代基构成的有机无机的杂化结构，密度低而质量轻，气体渗透性好。它本身的无机硅氧骨架结构又具有优越的物理性能，如耐热性、耐高温、阻燃性和抗辐射性。它能有效防止处于低空轨道的飞行器受原子氧的侵蚀，提高飞行器的使用寿命。同时POSS材料尤其是有机支链带有氟原子的氟化POSS能够明显增强基质材料的疏水性能。也有助于材料在生物医学和船舶海洋工程材料中的利用。

发明内容

本发明要解决现有聚偏氟乙烯易被原子氧腐蚀的技术问题，而提供一种纳米杂化聚偏氟乙烯共聚物复合膜及其制备方法和应用。