ETFE结晶改性与粘接性能研究
乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)是一种热塑性结晶聚合物，分子结构中四氟乙烯与乙烯两种单体单元交替排列。由于综合了聚乙烯和聚四氟乙烯两种材料的各自性能，ETFE的综合性能突出。其熔点为260℃左右，分解温度在330℃以上，因此可采用各种热塑性加工方法成型加工。ETFE注塑件可用于化工及生物制药领域的防腐部件，ETFE薄膜具有高于普通玻璃的透光率和突出的自清洁性能，广泛应用于大型建筑结构和光伏领域，ETFE电线包覆层绝缘性能和耐辐照性能突出，密度小于普通线缆包覆层，是飞机和航天器普遍采用的线缆材料。ETFE的屈服强度较低，承受载荷时易发生永久形变，这与其聚集态中无定形区的存在有关，此外ETFE薄膜间搭接困难，不能像普通薄膜材料进行粘接。 本文进行了ETFE材料的结晶改性研究，采用加入纳米粒子作成核剂以及拉伸取向两种方法改变ETFE原有的结晶性能。通过在SiO2粒子表面引入含氟单体，可消除纳米SiO2粒子的团聚现象，其聚集形态中的颗粒尺寸及在DMF溶液中的分布粒径均可降至100nm以内。采用转矩流变仪（哈克密炼机）可以实现改性SiO2粒子在ETFE中的分散，粒径减小至50nm左右，成功制备了以ETFE为基体的纳米复合材料。采用DSC及XRD分析方法可以得出不同SiO2粒子含量的ETFE结晶度有所变化，两种方法测出的ETFE结晶度最大程度上分别提高了20.5％和30％。拉伸曲线表明， ETFE的屈服强度在1％的SiO2含量时提高最多。ETFE样条拉伸取向后在120℃温度下处理30min，通过DSC及XRD测试发现，当拉伸比介于30％～50％之间时，拉伸结晶效果最佳。两种测试方法得到的结晶度最大程度上分别提高了24.6％和35％。此时，ETFE屈服强度较未拉伸时明显提高。实验中制备的含氟多羟基聚合物与聚氨酯预聚体混合后可用作粘合剂，红外分析固化反应能够顺利进行。该粘合剂用于ETFE膜粘接时，含氟量对粘接强度有一定影响，在含氟量为2.7％时最佳。ETFE薄膜热熔焊接时影响因素有温度、压力和时间等，当这三种因素适中时，能得到最佳焊接效果。此外焊接时薄膜间采用不同的贴合方式焊接效果也会存在一定差异。实验中得到的焊接强度普遍能够达到ETFE本体强度的80％以上。采用DMTA对焊接样条进行耐疲劳性能测试，发现在高温(100℃)和高频(15～60Hz)条件下焊接强度依然能够保持。对比粘接和焊接两种搭接方式，二者各有优缺点:粘接时操作方便，对材料无损伤且可修补性，但粘接强度较低，勉强能达到ETFE材料的屈服点以上，只能在低强度受力结构中使用;热熔焊接可得到较大的焊接强度，可满足建筑领域使用要求，但焊接强度受外界因素影响较大，操作较复杂且不具有可修复性。
聚佛乙烯;纳米SiO2;结晶改性;热熔焊接
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
黄丽
2015
中文
TQ325.4;TQ316.6
95
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）