1、近年來(lái)，聚偏氟乙烯(PVDF)樹(shù)脂因其良好的綜合性能業(yè)已發(fā)展成為應(yīng)用范圍僅次于聚四氟乙烯的氟樹(shù)脂品種，涉及電子計(jì)算機(jī)、航空航天、信息處理、醫(yī)療器械、光學(xué)儀器和兵器工業(yè)等諸多應(yīng)用領(lǐng)域。但相比于常見(jiàn)的工程塑料和通用塑料，PVDF的應(yīng)用范圍仍不夠?qū)挿?如欲進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，還需對(duì)其進(jìn)行填充改性以滿足更高的性能或功能化的要求。這其中，一維尺度的碳材料如碳纖維、納米碳纖維、碳納米管等因自身優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的導(dǎo)電能力以及獨(dú)特的長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)，在

2、PVDF的填充改性研究中扮演著舉足輕重的角色。然而，針對(duì)這類(lèi)PVDF基復(fù)合材料內(nèi)部多層次的結(jié)構(gòu)，尤其是填料的近程和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)與材料宏觀性能之間關(guān)系的研究還不夠充分，而這對(duì)PVDF基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能控制是至關(guān)重要的。
　　 因此，本文首先通過(guò)熔融共混制備了三種具有不同結(jié)構(gòu)和尺度的碳材料填充的PVDF體系:聚偏氟乙烯/碳纖維(PVDF/CF)、聚偏氟乙烯/碳納米纖維(PVDF/CNF)以及聚偏氟乙烯/碳納米管(PVDF/CNT

3、)復(fù)合材料，隨后通過(guò)研究和比較這幾種復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱行為、流動(dòng)和變形能力以及導(dǎo)電和介電性，考查了材料內(nèi)部的多層次結(jié)構(gòu)，包括PVDF的聚集態(tài)和織態(tài)結(jié)構(gòu)、碳系填料的近程、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系;并進(jìn)一步利用力學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型以及粘彈模型等構(gòu)建了PVDF基復(fù)合材料中不同層次的結(jié)構(gòu)與不同性能之間的聯(lián)系，目的在于初步實(shí)現(xiàn)該復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能控制，為制備高性能及功能化的PVDF基復(fù)合材料提供較全面的理論基礎(chǔ)和加工依據(jù)。得到的主要

4、結(jié)論如下:
　　 (1)對(duì)于PVDF/CF復(fù)合材料:CF對(duì)PVDF具有顯著的增強(qiáng)效果:當(dāng)CF含量為28wt％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、模量以及彎曲強(qiáng)度與純PVDF相比分別提高了179.56％、107.8％和139.83％;在CF含量不高的情況下，復(fù)合材料的彈性模量與Krenchel和Nielsen模型的預(yù)測(cè)值相吻合;CF的長(zhǎng)徑比和取向度是影響復(fù)合材料力學(xué)性能最重要的兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中，Halpin-Tsai方程能夠較好地描述復(fù)合材

5、料中CF的有效長(zhǎng)徑比，而由Krenchel-COX方程則可較為準(zhǔn)確地獲得CF在PVDF基體中的取向度;此外，CF的表面處理能使之與PVDF間的界面張力減小，有效提高了兩相的親和性，從而進(jìn)一步提升CF的增強(qiáng)效果;
　　 (2)對(duì)于PVDF/CNF復(fù)合材料:CNF增強(qiáng)的PVDF復(fù)合材料同時(shí)具備優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度:當(dāng)CNF含量達(dá)到3wt％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度相比于純PVDF分別提升了29.6％和30.97％;但當(dāng)CN

6、F含量超過(guò)3wt％時(shí)，由于受體積填充分?jǐn)?shù)急劇增大的影響，CNF在與PVDF基體熔融復(fù)合時(shí)不易分散均勻，因此復(fù)合材料的力學(xué)性能反而下降;與CF類(lèi)似，CNF的加入能全面提升復(fù)合材料的電性能，且改善效果明顯優(yōu)于CF:當(dāng)CNF含量為13wt％時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率提升了約9個(gè)數(shù)量級(jí)，介電常數(shù)提升了約2個(gè)數(shù)量級(jí);此外，CNF具有明顯的異相成核作用，可大大加快PVDF的結(jié)晶速率，但并不會(huì)改變PVDF的晶型;
　　 (3)對(duì)于PVDF/CNT復(fù)

7、合材料:CNT的引入強(qiáng)烈影響復(fù)合體系的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)流變行為:隨CNT含量的增加，體系假塑性流動(dòng)行為增強(qiáng)，流動(dòng)活化能也隨之增大;但無(wú)論是在穩(wěn)態(tài)剪切還是在動(dòng)態(tài)剪切流動(dòng)中，體系的線性流動(dòng)范圍幾乎都不隨溫度而改變;在小振幅振蕩剪切流動(dòng)中，CNT形成的逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈依賴于溫度，逾滲閥值隨著溫度的升高而逐漸變小，因此時(shí)溫等效原理只適合于逾滲前的體系，而對(duì)逾滲后的體系則不適用;不過(guò)兩相模型能很好地描述CNT的濃度及分散情況對(duì)復(fù)合材料小振幅振蕩剪切流變