[發明專利]一種聚偏氟乙烯復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210228203.7
• 申請日: 2012-06-30
• 公開（公告）號: CN102977524A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李勇進;邢晨陽;趙麗萍
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/10;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

一、技術領域

本發明涉及一種聚偏氟乙烯復合材料及其制備方法，尤其涉及一種通過離子液體和碳納米管的協同作用獲得高β晶型含量的聚偏氟乙烯復合材料及其制備方法。

二、背景技術

PVDF(聚偏氟乙烯)壓電材料是一類對力、電、聲、光、熱等敏感的功能材料，能夠實現機械能與電能之間的相互轉換，因此廣泛應用于工業部門和高科技領域。與傳統的壓電材料相比，PVDF壓電材料具有以下特點：1.比重小，頻響應好，特別適用于做電聲材料。用此材料研制的微音器，具有結構簡單、耐水性好、小型化的特點，成為一種很有發展前途的微音器。2.通頻帶寬，機械Q值低，而且其聲阻抗率和超聲傳播速度與水和人體組織比較接近，可用于制作醫用超聲換能器和水聽器。我國配合國外單位研發的PVDF壓電薄膜水聽器，其性能經海上實驗證明優于傳統的壓電陶瓷水聽器。3.柔軟，質輕，與人體表面接觸不會給人帶來不適感，并且機械阻抗與人體匹配，可用于制作醫療診斷的傳感器，如脈像儀等，在臨床診斷、連續脈像監護及科研教學方面均可使用。

然而，PVDF的壓電性等獨特性質完全是由極性的β晶型所決定的，這主要取決于β-PVDF中所有的F原子都排列在分子鏈的同一側，呈現出zig-zag的構象，進而顯示出非常強的極性，為壓電性提供了必要條件。目前，得到PVDF的β晶型的方法主要有三類：溶液法，機械拉伸法和納米填料加入法。溶液法是通過選擇PVDF的良溶劑，將PVDF在特定的溫度下結晶出來；此法得到的是α晶型和β晶型的混合相，且β晶型的含量并不高；除此之外，從溶液中得到的PVDF晶體薄膜顯示出多孔、易碎而無法實際應用的缺點。機械拉伸法是將以α晶型為主相的PVDF在特定拉伸溫度和合適拉伸比的條件下進行機械單軸或雙軸拉伸，以此誘導α晶型向β晶型轉變。此法實驗條件繁瑣，并且最終得到的β晶型在高溫下不穩定。目前，研究最為廣泛且是最有效的方法是納米填料加入法。無論是溶液結晶還是熔融共混，在PVDF的體系中加入適當的納米填料都能夠有效地實現α晶型向β晶型轉變，例如蒙脫土、二氧化硅、石墨烯、碳納米纖維以及碳納米管等納米填料的使用。研究發現，這些填料的加入雖然有效地獲得了β晶型的PVDF，但是其含量并不是很高，而且通常高含量β晶型的獲得需要高含量的填料，這無疑增加了聚合物基體中納米填料分散性以及材料本身加工性的困難。綜上所述，當前這些得到β-PVDF的方法存在許多缺陷，因而在技術推廣和工業應用兩方面都受到了制約。

三、發明內容

本發明所需解決的技術問題在于利用簡單的方法實現在PVDF熔體結晶時大量生成具有壓電性和熱電性的β晶型，從而克服普通PVDF熔體結晶幾乎全部為非極性α晶體，需要后續機械拉伸或者其他后處理的缺點。同時，本發明制備的PVDF復合材料，還具有碳納米管在其中分散均勻，PVDF結晶速度快，成型周期短等優點。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種聚偏氟乙烯復合材料，所述聚偏氟乙烯復合材料包括以下組分：聚偏氟乙烯基體和改性碳納米管，所述改性碳納米管由碳納米管經離子液體包覆得到，通常可由碳納米管與離子液體經過機械研磨或超聲波分散進行包覆；所述各組分組成為：聚偏氟乙烯基體與改性碳納米管的質量比為100：0~12，所述離子液體與碳納米管的質量比為0~10：1。

本發明所述聚偏氟乙烯復合材料包括以下組分：聚偏氟乙烯基體和改性碳納米管，是指聚偏氟乙烯復合材料主要由聚偏氟乙烯基體和改性碳納米管組成，聚偏氟乙烯基體和改性碳納米管是聚偏氟乙烯復合材料必不可少的主要的兩種組成成份，只有這兩種成份也可以，但是也允許聚偏氟乙烯復合材料中還含有一些對主要功能沒有影響的添加劑。

進一步，本發明所述聚偏氟乙烯復合材料優選由聚偏氟乙烯復合材料由聚偏氟乙烯基體和改性碳納米管組成。

本發明所述離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現液態的、完全由陰陽離子所組成的鹽，進一步，所述離子液體通式為A⁺B^-型，其中A⁺為如式I或式II所示：

式I或式II中：R₅~R₇各自獨立為C1~C16的烷基；

B^-為F^-、Cl^-、Br^-、I^-、四氟硼酸根或六氟磷酸根。