PVF薄膜表面改性处理及热分解行为研究

论文摘要

聚氟乙烯（PVF）是含氟材料中含氟量最低,密度最小的一种。PVF薄膜制品具有氟材料的许多优良特性,如耐腐蚀、耐磨、自润滑、介电性能和卓越的耐紫外线、耐候性等,广泛应用于航空器防腐覆面材料、太阳能电池背板等。然而PVF熔融加工温度与分解温度接近,在熔融过程中就伴随分解,且与其他材料很难进行粘结。因此对于PVF薄膜的热分解特性及表面性质的研究十分必要。本文采用酸性氧化法处理PVF薄膜,并通过SEM, XPS, FTIR,接触角测量等测试方法对PVF薄膜处理前后的变化进行了表征,并在此基础上确定了改性PVF薄膜较适合的工艺条件。采用TG和DTG方法研究了PVF在氮气气氛中的热稳定性。通过不同升温速率下的TG测试,分析了升温速率对PVF热分解的影响；利用Kissinger最大失重率法和Ozawa等失重百分率法求解活化能E及频率因子A,并依据Coats-Redfern方程计算了其反应级数,定量描述了PVF薄膜的热稳定性,并对PVF薄膜进行了使用寿命的预测。结果表明：PVF薄膜经铬酸溶液氧化处理后,表面水接触角降低,提高处理温度有利于缩短处理时间；表面氧化处理使PVF薄膜表面粗糙度明显增加；表面氧含量增加,有羟基、羰基等含氧基团产生,有效提高了PVF薄膜的粘结性能。通过Kissinger最大失重率法求得活化能E为231.36kJ·mol-1; Ozawa等失重百分率法求得活化能E为225.97kJ·mol-1,随着失重百分率的增大,热分解反应活化能增大；通过Coats-Redfern方程计算出PVF薄膜的热分解反应级数为n=1；通过活化能和热失重的关系计算出以失重5%为寿终指数,PVF薄膜使用十年的最高温度为123℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 聚氟乙烯的性能
• 1.2.1 聚氟乙烯的合成
• 1.2.2 聚氟乙烯的结构
• 1.2.3 热力学性能
• 1.2.4 化学性质
• 1.2.5 力学性能
• 1.2.6 PVF薄膜的表面性质
• 1.3 含氟高聚物的表面改性
• 1.3.1 化学处理法
• 1.3.2 涂覆法
• 1.3.3 等离子体表面改性
• 1.3.4 高温熔融法
• 1.4 聚氟乙烯的应用
• 1.4.1 薄膜方面的用途
• 1.5 热分解过程研究
• 1.5.1 热分析方法的种类
• 1.5.2 热分解动力学概述
• 1.5.3 热分解动力学理论基础
• 1.6 本论文研究目的、意义和内容
• 1.6.1 本论文研究目的及意义
• 1.6.2 本论文研究内容
• 第二章 聚氟乙烯薄膜表面处理研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验方法与过程
• 2.1.3 测试方法
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 处理前后PVF薄膜的表面接触角变化
• 2.2.2 表面处理对微观形貌的影响
• 2.2.3 XPS表面元素分析
• 2.2.4 样品表面红外分析结果
• 2.2.5 粘结处理
• 2.3 小结
• 第三章 聚氟乙烯热分解行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料及设备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 PVF的热分解过程分析
• 3.3.2 Kissinger最大失重率法求解活化能
• 3.3.3 Ozawa法求解反应活化能
• 3.3.4 分解失重率对活化能的影响分析
• 3.3.5 Coats-Redfern法求解反应级数
• 3.3.6 热老化寿命预测
• 3.4 小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介