基于蒸涂修饰聚合物薄膜的熔融与结晶研究

罗俊忠

摘 要：近年来，我国科研工作者对聚合物高分子材料的研究不断深化，高分子材料的制备以及其自组装过程的控制技术已经逐步成熟，在此背景下对于受限环境之下高分子薄膜性质的变化进行研究能够实现研究工作的进一步深入，本文以聚偏氟乙烯的不同受限环境之下的结构变化研究为例进行了探究和分析。

关键词：聚偏氟乙烯;真空蒸涂修饰;聚合物薄膜

1 聚合物薄膜受限结构特性概述

在长期对于聚合物薄膜结构进行研究的过程中发现聚合物薄膜的性状与聚合物薄膜体系中的相体系具有十分密切的关联，研究表明通过对聚合物材料中高分子所在的环境状况进行改变就能够实现聚合物性状在宏观上的巨大差异。随着材料科学的飞速发展，作为软物质中的重要角色，聚合物材料的研究不断深入并且取得了一定的研究成果，属于软物质的聚合物分子体系当中具有大量的大分子团，通过不同的分子结合状态可以实现不同的分子链，具有刚性或者柔性不同的分子链使得在聚合物宏观上表现出来了较为明显的结构差异。

2 聚合物薄膜结构特性研究现状

德热纳作为最早对软物质的特性进行研究的学者，在研究过程中他通过对橡胶在不同外界作用下的结构存在的明显差异得出了软物质能够在不同微弱外力作用下发生明显性状改变的结论。在此之后大量学者对聚合物的自组装过程进行了深入的研究，对于结晶性聚合物材料得出了其结晶的性能与聚合物的大分子形态结构具有十分密切的关系，例如出于不同晶相的聚偏氟乙烯具有明显不同的物理性状特征，在β相的聚偏氟乙烯表现出来十分优异的压电和热电性能，所以在科研和产业发展过程中发挥出了十分重要的作用，但是处于α相的聚偏氟乙烯却只能作为普通塑料使用，成为生活中较为常见的一种材料，不仅如此，还有研究表明在不同取向的聚合物体系当中其存在的导电性能和导热性能也会存在明显差异，通过这样的研究结果可以得出对聚合物的结构进行合理的调控能够实现新材料的研究和开发的结论，对进一步开拓聚合物材料的使用范围具有重要的实际意义，使得聚合物材料的结构调控一直是聚合物材料领域的热点。

3 蒸涂修饰聚合物薄膜的熔融与结晶应用分析

3.1 聚偏氟乙烯聚合物薄膜特性分析

在材料科学不断发展和进步的过程中，聚偏氟乙烯薄膜凭借其优良的化学稳定性和物理结构的多样性在实际生产和生活中得到了越来越多的应用，聚偏氟乙烯聚合物薄膜不仅用于塑料制品的生产领域，通过对其内部结构进行改造还能够在气体分离和化学物质处理等领域发挥有效功能，应用前景十分广阔。基于本文长期的研究发现，聚偏氟乙烯的物理分子结构在不同的相体系下具有明显的物理差异，通过采用不同的外部处理方式能够产生不同的物理结构特性，使得原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的性质得到优化，进一步将研究的成果用于商品的生产能够实现原有的聚偏氟乙烯聚合物薄膜制品性质的改进，使其在制备平板，中空纤维的过程中具有更为理想的导电性，导热性，压电性，硬度和强度等物理特性。前期的研究表明在不同的受限环境之下，聚偏氟乙烯聚合物薄膜的特性会发生不同的变化，影响的因素不仅与修饰物材料的结构有关，还与修饰材料的分子大小有着密切的联系，受限环境当中对于聚偏氟乙烯聚合物分子的约束力大小对于其熔融和结晶的性能具有直接的影响，在软受限环境和硬受限环境之下的聚偏氟乙烯聚合物薄膜在熔融温度和结晶温度方面均不一致。本文通过对其微观结构进行分析，结合实验数据探究发生变化的根本原因，以期为聚合物薄膜结构的受限环境下的熔融和结晶程度控制提供更为成熟的研究成果，弥补相关领域的研究空白，通过对聚偏氟乙烯表面受限环境下的熔融性能和结晶性能变化进行研究，并且将得到的研究结果和聚偏氟乙烯聚合物高分子在不受限环境下的性能进行比较，从微观成核的过程多现象加以分析和探究是本文主要采取的研究方法，能够对受限环境之下的聚偏氟乙烯聚合物高分子材料中的相体系变化机理基于动态微观模型的分析得出具有参考价值的结论。

3.2 一维受限环境下的蒸涂修饰聚偏氟乙烯聚合物薄膜性质分析

在一维受限环境下的聚偏氟乙烯薄膜结构约束在薄膜的制备过程中就可以实现，通过对聚偏氟乙烯聚合物材料表面进行基板的设计，使其与大分子表面产生相互作用进而形成界面效应，此外由于聚合物薄膜的分子较大，所以在受限环境出现之后分子的运动状况也随之变化，目前对于其结构性能的变化模式探究尚且局限于从结晶力学角度出发的有机高分子链结构进行观察并且研究其结构特点，进而解释其在熔融情况和结晶情况下性能发生的相对变化，这一过程与修饰材料的尺寸结构性质以及聚合物薄膜本身的晶体状况具有十分密切的关系。通过采用XRD技术对聚偏氟乙烯聚合物以及聚三氟乙烯的一维受限环境下的结晶性能进行分析可以得出随着聚合物高分子薄膜厚度的不断减小，其聚合物的结晶难度不断增大，所需的结晶温度有所上升，产生结晶相体系的难度变大，当膜的厚度降低到50纳米以下时其结晶性能受到了十分明显的抑制，而在此基础上适當增加膜厚度能够有效改善膜的结晶性能，提升聚偏氟乙烯聚合物薄膜在结晶过程中的性能表现。而从聚偏氟乙烯材料的熔融情况进一步分析能够得出由于受到一维材料对其分子结构的压缩和干扰，并且通过DSC仪器对不同厚度下的一维受限聚偏氟乙烯聚合物薄膜的熔融温度进行测量，可以发现膜的厚度对于材料熔点的影响效果不大，但是当膜的厚度降低到60纳米以下时，其熔点呈现出迅速下降的变化趋势，这与软硬受限环境的切换有关，当膜的厚度大于60纳米时一维受限环境为软受限环境，所以对于材料的熔点不构成较为明显的影响和干扰，但是当厚度较小时，由于软受限环境变为硬受限环境，所以材料的熔点发生了剧烈的变化。发生这些变化的根本原因在于不同受限环境之下聚偏氟乙烯聚合物薄膜的微观结构发生了改变，通过观察可以看出，随着膜厚度的不断减小，高分子的内部结构逐步向着更为松散的方向变化，甚至会出现约束分子球晶边界的消失，此外，聚合物中的分子链在这种情况下也表现出不同的特性，在聚偏氟乙烯分子中的旁式构象的比例逐步增加，对材料的结晶性能产生了直接影响。

3.3 二维受限环境下的蒸涂修饰聚偏氟乙烯聚合物薄膜性质分析

在一维受限环境的基础上，本文通过蒸涂的方式采用二维的碳纳米管材料对聚三氟乙烯薄膜结构进行修饰，并且制备不同厚度的相同体系，在实验过程中控制聚合物的结构不受到端基对其产生的影响，仅考虑修饰物构成的二维约束空间对薄膜性质的改变效果。在实验中发现聚偏氟乙烯材料在软受限环境中具有更好的结晶性能，结晶温度有所降低，而其熔点则呈现出增加的变化趋势，并且在稳定性方面也具有一定程度的改善，最终能够形成厚度更大的结晶体系。

4 结束语

综上所述，本文基于聚偏氟乙烯聚合物薄膜材料的制备，通过蒸涂方式对其实现受限环境的变化并且对其在不同受限环境之下的性质进行了分析和探究，受限环境变化带来的熔融情况和结晶情况的变化原因可以通过对其微观结构的成核过程和成核特点进行分析得出相关结论，对于聚偏氟乙烯这种聚合物材料的进一步发展和应用提供了全新的研究途径和研究方向。

参考文献：

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