聚偏氟乙烯/石墨烯復(fù)合材料的制備及性能研究

郭華超，楊波，黃國家，徐青永，李爽，伍振凌

（廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院，國家石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東廣州510663）

引 言

聚偏氟乙烯(PVDF)是一種白色粉末狀半結(jié)晶聚合物，兼具含氟樹脂和通用樹脂的特性，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、耐輻射性和力學(xué)性能等，同時(shí)其介電性、壓電性和鐵電性突出，綜合性能極其優(yōu)異，被譽(yù)為合成樹脂中的“貴金屬”[1-3]，可廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、電子電氣、傳感器、電容器、存儲(chǔ)器等領(lǐng)域[4-5]。將聚合物與無機(jī)填料復(fù)合可改善聚合物性能并拓寬應(yīng)用領(lǐng)域[6-7]。近年來，石墨烯類材料因其特殊結(jié)構(gòu)備受研究者青睞，氧化石墨烯(GO)是化學(xué)法制備石墨烯的前體[8]，其片層上有許多含氧官能團(tuán)，與聚合物相容性好，并且制備過程簡單、成本低[9-10]；通過化學(xué)還原劑、高溫加熱、電化學(xué)、微波、水熱法等方式可將GO 還原[11]，得到還原氧化石墨烯(rGO)，rGO 具有突出的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、比表面積和長徑比等[12-14]；將GO、rGO 與PVDF復(fù)合有望制備出綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。

關(guān)于此類研究已有較多報(bào)道，Raji 等[15]研究發(fā)現(xiàn)GO 和rGO 均能提高PVDF 的剛性、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，但由于兩者結(jié)構(gòu)的差別，rGO 對復(fù)合材料性能的改善效果優(yōu)于GO。Lee 等[16]研究發(fā)現(xiàn)向PVDF 中加入rGO 提高了復(fù)合材料的介電常數(shù)(εr)和壓電系數(shù)，促進(jìn)非極性晶體α 相向極性晶體β 相的轉(zhuǎn)變；隨rGO 含量從0 增加到0.25%(質(zhì)量)，1 MHz 下復(fù)合材料的εr從1.87 提高到7.55，壓電系數(shù)從純PVDF 的13 pC/N 增加到25 pC/N。為了提高rGO 在PVDF 中的分散性，Zhu 等[17]用聚酰亞胺(PI)和聚苯胺(PANI)功能化rGO，將rGO 和功能化rGO 分別與PVDF熔融共混后發(fā)現(xiàn)，rGO 和功能化rGO 均能提高復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量、εr與熱穩(wěn)定性，但功能化后的rGO 由于在PVDF 中分散更均勻，對復(fù)合材料綜合性能改善的效果更佳。……