基于蒸涂修飾聚合物薄膜的熔融與結晶研究

羅俊忠

摘 要：近年來，我國科研工作者對聚合物高分子材料的研究不斷深化，高分子材料的制備以及其自組裝過程的控制技術已經逐步成熟，在此背景下對于受限環境之下高分子薄膜性質的變化進行研究能夠實現研究工作的進一步深入，本文以聚偏氟乙烯的不同受限環境之下的結構變化研究為例進行了探究和分析。

關鍵詞：聚偏氟乙烯;真空蒸涂修飾;聚合物薄膜

1 聚合物薄膜受限結構特性概述

在長期對于聚合物薄膜結構進行研究的過程中發現聚合物薄膜的性狀與聚合物薄膜體系中的相體系具有十分密切的關聯，研究表明通過對聚合物材料中高分子所在的環境狀況進行改變就能夠實現聚合物性狀在宏觀上的巨大差異。隨著材料科學的飛速發展，作為軟物質中的重要角色，聚合物材料的研究不斷深入并且取得了一定的研究成果，屬于軟物質的聚合物分子體系當中具有大量的大分子團，通過不同的分子結合狀態可以實現不同的分子鏈，具有剛性或者柔性不同的分子鏈使得在聚合物宏觀上表現出來了較為明顯的結構差異。

2 聚合物薄膜結構特性研究現狀

德熱納作為最早對軟物質的特性進行研究的學者，在研究過程中他通過對橡膠在不同外界作用下的結構存在的明顯差異得出了軟物質能夠在不同微弱外力作用下發生明顯性狀改變的結論。在此之后大量學者對聚合物的自組裝過程進行了深入的研究，對于結晶性聚合物材料得出了其結晶的性能與聚合物的大分子形態結構具有十分密切的關系，例如出于不同晶相的聚偏氟乙烯具有明顯不同的物理性狀特征，在β相的聚偏氟乙烯表現出來十分優異的壓電和熱電性能，所以在科研和產業發展過程中發揮出了十分重要的作用，但是處于α相的聚偏氟乙烯卻只能作為普通塑料使用，成為生活中較為常見的一種材料，不僅如此，還有研究表明在不同取向的聚合物體系當中其存在的導電性能和導熱性能也會存在明顯差異，通過這樣的研究結果可以得出對聚合物的結構進行合理的調控能夠實現新材料的研究和開發的結論，對進一步開拓聚合物材料的使用范圍具有重要的實際意義，使得聚合物材料的結構調控一直是聚合物材料領域的熱點。

3 蒸涂修飾聚合物薄膜的熔融與結晶應用分析

3.1 聚偏氟乙烯聚合物薄膜特性分析

在材料科學不斷發展和進步的過程中，聚偏氟乙烯薄膜憑借其優良的化學穩定性和物理結構的多樣性在實際生產和生活中得到了越來越多的應用，聚偏氟乙烯聚合物薄膜不僅用于塑料制品的生產領域，通過對其內部結構進行改造還能夠在氣體分離和化學物質處理等領域發揮有效功能，應用前景十分廣闊?；诒疚拈L期的研究發現，聚偏氟乙烯的物理分子結構在不同的相體系下具有明顯的物理差異，通過采用不同的外部處理方式能夠產生不同的物理結構特性，使得原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的性質得到優化，進一步將研究的成果用于商品的生產能夠實現原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜制品性質的改進，使其在制備平板，中空纖維的過程中具有更為理想的導電性，導熱性，壓電性，硬度和強度等物理特性。前期的研究表明在不同的受限環境之下，聚偏氟乙烯聚合物薄膜的特性會發生不同的變化，影響的因素不僅與修飾物材料的結構有關，還與修飾材料的分子大小有著密切的聯系，受限環境當中對于聚偏氟乙烯聚合物分子的約束力大小對于其熔融和結晶的性能具有直接的影響，在軟受限環境和硬受限環境之下的聚偏氟乙烯聚合物薄膜在熔融溫度和結晶溫度方面均不一致。本文通過對其微觀結構進行分析，結合實驗數據探究發生變化的根本原因，以期為聚合物薄膜結構的受限環境下的熔融和結晶程度控制提供更為成熟的研究成果，彌補相關領域的研究空白，通過對聚偏氟乙烯表面受限環境下的熔融性能和結晶性能變化進行研究，并且將得到的研究結果和聚偏氟乙烯聚合物高分子在不受限環境下的性能進行比較，從微觀成核的過程多現象加以分析和探究是本文主要采取的研究方法，能夠對受限環境之下的聚偏氟乙烯聚合物高分子材料中的相體系變化機理基于動態微觀模型的分析得出具有參考價值的結論。

3.2 一維受限環境下的蒸涂修飾聚偏氟乙烯聚合物薄膜性質分析

在一維受限環境下的聚偏氟乙烯薄膜結構約束在薄膜的制備過程中就可以實現，通過對聚偏氟乙烯聚合物材料表面進行基板的設計，使其與大分子表面產生相互作用進而形成界面效應，此外由于聚合物薄膜的分子較大，所以在受限環境出現之后分子的運動狀況也隨之變化，目前對于其結構性能的變化模式探究尚且局限于從結晶力學角度出發的有機高分子鏈結構進行觀察并且研究其結構特點，進而解釋其在熔融情況和結晶情況下性能發生的相對變化，這一過程與修飾材料的尺寸結構性質以及聚合物薄膜本身的晶體狀況具有十分密切的關系。通過采用XRD技術對聚偏氟乙烯聚合物以及聚三氟乙烯的一維受限環境下的結晶性能進行分析可以得出隨著聚合物高分子薄膜厚度的不斷減小，其聚合物的結晶難度不斷增大，所需的結晶溫度有所上升，產生結晶相體系的難度變大，當膜的厚度降低到50納米以下時其結晶性能受到了十分明顯的抑制，而在此基礎上適當增加膜厚度能夠有效改善膜的結晶性能，提升聚偏氟乙烯聚合物薄膜在結晶過程中的性能表現。而從聚偏氟乙烯材料的熔融情況進一步分析能夠得出由于受到一維材料對其分子結構的壓縮和干擾，并且通過DSC儀器對不同厚度下的一維受限聚偏氟乙烯聚合物薄膜的熔融溫度進行測量，可以發現膜的厚度對于材料熔點的影響效果不大，但是當膜的厚度降低到60納米以下時，其熔點呈現出迅速下降的變化趨勢，這與軟硬受限環境的切換有關，當膜的厚度大于60納米時一維受限環境為軟受限環境，所以對于材料的熔點不構成較為明顯的影響和干擾，但是當厚度較小時，由于軟受限環境變為硬受限環境，所以材料的熔點發生了劇烈的變化。發生這些變化的根本原因在于不同受限環境之下聚偏氟乙烯聚合物薄膜的微觀結構發生了改變，通過觀察可以看出，隨著膜厚度的不斷減小，高分子的內部結構逐步向著更為松散的方向變化，甚至會出現約束分子球晶邊界的消失，此外，聚合物中的分子鏈在這種情況下也表現出不同的特性，在聚偏氟乙烯分子中的旁式構象的比例逐步增加，對材料的結晶性能產生了直接影響。

3.3 二維受限環境下的蒸涂修飾聚偏氟乙烯聚合物薄膜性質分析

在一維受限環境的基礎上，本文通過蒸涂的方式采用二維的碳納米管材料對聚三氟乙烯薄膜結構進行修飾，并且制備不同厚度的相同體系，在實驗過程中控制聚合物的結構不受到端基對其產生的影響，僅考慮修飾物構成的二維約束空間對薄膜性質的改變效果。在實驗中發現聚偏氟乙烯材料在軟受限環境中具有更好的結晶性能，結晶溫度有所降低，而其熔點則呈現出增加的變化趨勢，并且在穩定性方面也具有一定程度的改善，最終能夠形成厚度更大的結晶體系。

4 結束語

綜上所述，本文基于聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的制備，通過蒸涂方式對其實現受限環境的變化并且對其在不同受限環境之下的性質進行了分析和探究，受限環境變化帶來的熔融情況和結晶情況的變化原因可以通過對其微觀結構的成核過程和成核特點進行分析得出相關結論，對于聚偏氟乙烯這種聚合物材料的進一步發展和應用提供了全新的研究途徑和研究方向。

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