WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Установлено, что композиционные системы ПВДФ/ППир показывают достаточно высокие значения проводимости вдоль поверхности пленок, которые сопоставимы с известными полимерными электропроводящими системами. Измерения показали, что композиты обладают и объемной (сквозной) проводимостью, которая обусловлена тем, что полимеризация пиррола происходит не только на поверхности пористой пленки, но и на стенках пор и в межламеллярном пространстве. Вследствие того, что мономер проникает очень глубоко в объем пленки ПВДФ, между слоями на поверхностях подложки образуются проводящие мостики. Как показано на рис. 10, увеличение доли ППир приводит к повышению электрической проводимости композитов. Хотя объемная проводимость ( ) и проводимость вдоль поверхности ( ) v sh существенно различаются по абсолютным значениям, характер их зависимостей от пористости подложки и содержания проводящего полимера в композиционной системе одинаков (рис. 10). Различие в значениях и объясняется тем, что объемная проводимость sh v ограничивается количеством пор и образующихся проводящих мостиков.

ППир, % хППир, % sh v метанол-вода S/см v метанол sh вода, мин P, % 101 102 103 4 8 12 16 Рис. 9. Зависимости содержания Рис. 10. Процентное содержание полипиррола в композите при образовавшегося ППир на подложке полимеризации из разных растворов на ПВДФ в зависимости от ее пористости, а поверхности пористой пленки ПВДФ. также зависимости поверхностной (т.е.

измеренной вдоль поверхности слоя) ( ) sh и объемной ( ) проводимости v композитов (растворитель – метанолвода).

Методом сканирующей электронной микроскопии было установлено, что толщина слоя ППир, образовавшегося на поверхности пористой пленки ПВДФ, составляет 200-500 нм (рис. 11).

Исследования механических свойств пористых пленок ПВДФ и композиционных систем на их основе показали (табл. 1), что пористая подложка ПВДФ характеризуется анизотропией механических свойств, которая сохраняется и после формирования на ней слоев ППир.

Заметных изменений прочности, модуля упругости и разрывного удлинения образцов при образовании слоев ППир не происходит.

Существенно отметить, что композиты полностью сохраняют свою целостность без отслаивания ППир при их деформации вплоть до разрыва. Полученные результаты показывают, что все образцы обладают высокими деформационно-прочностными характеристиками.

Рис. 11. Микрофотография поперечного скола композита ПВДФ/ППир.

Таблица Механические характеристики систем ПВДФ/ППир (параллельно/перпендикулярно направлению ориентации) Образец Напряжение Модуль Относительное при разрыве упругости удлинение при разрыве Е, ±28 / ±23 МПа, ±7 / ±5, МПа, ±10 / ±2 % р р Пористая подложка 140 / 30 1010 / 575 110 / Композит 141 / 28 1020 / 600 115 / ПВДФ/ППир Для того, чтобы выяснить природу адгезии ППир к пористой пленке ПВДФ, образцы были исследованы методами ИКспектроскопии и динамического механического анализа. На спектрах систем ПВДФ/ППир наблюдали полосы только чистых компонентов без каких-либо изменений и смещений, что означает, что химического взаимодействия между ПВДФ и ППир не наблюдается, а подложка ПВДФ остается инертной как по отношению к окислителю (FeCl ), так и по отношению к ППир. Таким образом, взаимодействие компонентов системы ПВДФ/ППир реализуется исключительно за счет физических сил взаимодействия ППир с пленкой, содержащей поры и имеющей развитый рельеф поверхности (по механизму так называемой механической адгезии).

Пьезоэлектрические свойства.

Результаты проведенных экспериментов показывают, что метод формирования электропроводящего ППир на поверхности пористой пленки ПВДФ позволяет получить композиционный материал, электрические и механические свойства которого могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к пьезодатчику. В связи с этим было проведено исследование поляризации композитов ПВДФ/ППир и измерение пьезоэлектрических свойств поляризованных образцов.

Композиты ПВДФ/ППир подвергали поляризации в электрическом поле постоянного напряжения в течение 30 мин. Пьезоэлектрические свойства поляризованных пленок характеризовали путем измерения разности потенциалов U, возникающей между поверхностями образца при приложении к нему усилия вдоль направления его ориентации. Как видно на рис. 12, для всех исследованных образцов зависимость разности потенциалов от механической нагрузки носит линейный характер. Пьезоэффект выражен сильнее в образцах, поляризованных при более высокой температуре, что принято связывать с увеличением податливости сегнетоэлектрических доменов кристаллитов -формы. Методом рентгеновской дифракции установлено, что поляризация не вызывает полиморфных превращений в ПВДФ и не приводит к заметному изменению степени кристалличности. Диэлектрическая проницаемость композитов составляет 8.5 при частоте 1 кГц.

Для характеристики пьезоэффекта рассчитывали пьезомодуль d (пкКл/Н), который определяли по формуле:

C Ч V ЧB d31 = AЧ F где C – емкость образца, (Ф); V – изменение электрического напряжения, (В) при изменении растягивающего усилия F, (Н); A – площадь электродов, (см2); B – площадь поперечного сечения пленки, (см2).

Как видно из табл. 2, увеличению d способствует повышение напряженности приложенного поля (E ), однако при дальнейшем пол увеличении E в образцах наблюдали электрический пробой.

пол Максимальная величина пьезомодуля наблюдалась для пленок с пористостью 5% и составляла 8 пкКл/Н. Пьезомодуль ориентированных образов ПВДФ (в которых доля микродефектов не превышала 3%), поляризованных при тех же условиях, составлял 8.3 пкКл/Н. Следует отметить, что полученные величины пьезомодуля достаточны для использования полученного материала в качестве пьезодатчика.

U, мВ Таблица Тпол=900С Зависимость пьезомодуля d пористых пленок ПВДФ при температуре поляризации 90°С от напряженности поляризующего поля (E ) и пол Тпол=500С пористости (P) E, d, пол Тпол=200С F, Н P, % МВ/м пкКл/Н 10 20 29 5.Рис. 12. Зависимость разности 38 8.потенциалов от приложенной нагрузки и температуры поляризации 29 1.композитов ПВДФ/ППир.

38 3.Для практического использования пьезопленок очень важна стабильность значений пьезомодуля во времени. Проведенные исследования показали, что пьезомодуль композитов ПВДФ/ППир по прошествии месяца после поляризации при хранении при комнатной температуре уменьшается не более, чем на 2%.

Установлено, что поляризация приводит к снижению электропроводности композитов ПВДФ/ППир на 2–3 порядка, однако, она остается достаточной для регистрации пьезоэффекта. В то же время, значение d для пленки, поляризованной с использованием ППир, не уступает значениям, полученным на тех же образах с металлизированными поверхностями (из жидкого металлического сплава). Показано, что снижение проводимости ППир после поляризации можно восстановить путем повторной полимеризации уже на поляризованной пленке. Экспериментально было установлено, что повторную полимеризацию можно провести и на пленке, поляризованной с помощью металлических электродов, которые предварительно стирали с их поверхности.

ВЫВОДЫ 1. Проведено систематическое исследование процесса формирования ориентированной и пористой структуры пьезоактивных пленок поливинилиденфторида, которое позволило установить влияние условий их получения на содержание -фазы и общую пористость пленок.

2. Исследованы закономерности полиморфных превращений при вытяжке экструдированных пленок. Обнаружено, что изометрический отжиг ориентированных пленок поливинилиденфторида приводит к значительному увеличению содержания кристаллитов -формы и росту степени кристалличности. Определены условия, позволяющие достичь 100%-го содержания кристаллитов пьезоактивной -формы в кристаллической фазе полимера.

3. Исследован процесс получения пленок поливинилиденфторида с жесткоэластическими свойствами. Показано, что эти свойства зависят от кратности фильерной вытяжки и температуры отжига.

4. Разработан процесс получения нового материала – микропористой пленки поливинилиденфторида, обладающей высоким содержанием кристаллитов -формы (до 100%) и высокими механическими характеристиками.

Предложенный процесс получения пленки является высокопроизводительным и безотходным, так как он основан на экструзии расплава термопластичного полимера без каких-либо добавок и модификаторов.

5. Методом формирования слоев полипиррола на поверхности пористых пленок поливинилиденфторида были получены новые электропроводящие композиционные системы, которые могут использоваться в качестве готового к применению пьезоматериала.

Цитируемая литература:

1. Ельяшевич Г.К., Розова Е.Ю., Карпов Е.А.. Микропористая полиэтиленовая пленка и способ ее получения. Патент РФ № 2140936, приоритет от 15.04.97.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Дмитриев И.Ю., Смирнов М.А., Ельяшевич Г.К.. Свойства пористых пленок поливинилиденфторида и композиционных материалов на их основе // Материалы IV международной конференции Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии.

Санкт-Петербург, 2004. С. 182.

2. Elyashevich G.K., Rosova E.Yu., Kuryndin I.S., Dmitriev I.Yu., Sidorovich A.V., Reut J. New electroactive composite systems based on microporous polyethylene films with nanoscale structure // Proceedings of 40th International Symposium on Macromolecules. Paris, 2004. P. L486.

3. Дмитриев И.Ю., Ельяшевич Г.К. Формирование пористой структуры в пленках поливинилиденфторида // Тезисы докладов СанктПетербургской конференции молодых ученых “Современные проблемы науки о полимерах”. Санкт-Петербург, 2005. Ч. 2. С. 8.

4. Dmitriev I.Yu., Lavrentyev V.K., Elyashevich G.K. Polymorphic transformations of poly(vinylidene fluoride) in external field // Abstracts of 5th International symposium “Molecular order and mobility in polymer systems”. Saint-Petersburg, 2005. P. 060.

5. Elyashevich G., Smirnov M., Kuryndin I., Dmitriev I. Nanoscale electroactive composite materials on the basis of porous polymer films // Programme booklet of 23rd discussion Conference of P.M.M. Current and future trends in polymeric materials. Prague, 2005. P. SL08.

6. Дмитриев И.Ю., Лаврентьев В.К., Ельяшевич Г.К. Изменения кристаллической фазы в процессе ориентации пленок поливинилиденфторида // Сборник тезисов, докладов и сообщений ХII всероссийской конференции “Структура и динамика молекулярных систем”. Яльчик, республика Марий-Эл, 2005. С. 67.

7. Дмитриев И.Ю., Гладченко С.В., Лаврентьев В.К., Праслова О.Е., Ельяшевич Г.К. Влияние степени ориентации расплава на структуру и диэлектрическую проницаемость пленок поливинилиденфторида // Тезисы докладов второй Санкт-Петербургской конференции молодых ученых “Современные проблемы науки о полимерах”, 2006. Ч. 2.

С. 102.

8. Дмитриев И.Ю., Лаврентьев В.К., Ельяшевич Г.К. Полиморфные превращения в пленках поливинилиденфторида под влиянием ориентирующих воздействий // Высокомолек. соед. А. 2006. Т. 48. №3.

С. 447.

9. Дмитриев И.Ю., Гладченко С.В., Лаврентьев В.К., Праслова О.Е., Ельяшевич Г.К. Зависимость диэлектрической проницаемости от структуры экструдированных пленок поливинилиденфторида // Журнал прикладной химии. 2006. №4. С. 650-655.

10. Dmitriev I.Yu., Bukosek V., Lavrentyev V.K., Elyashevich G.K.

Polypyrrole electrode material for piezoelectric poly(vinylidene fluoride) films // Poster programme of the International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2006). Dublin, 2006. P. 83 (72-TH).

11. Dmitriev I.Yu., Bukosek V., Lavrentyev V.K., Elyashevich G.K.

Poly (vinylidene fluoride) piezoactive porous films with conductive polypyrrole electrodes // Programme and proceedings of 6th Baltic Polymer Symposium. Birini Castle (Riga Technical University). Latvia, 2006. P. 26.

12. Дмитриев И.Ю., Букошек В., Лаврентьев В.К., Розова Е.Ю., Г.К. Ельяшевич. Пьезоэлектрические преобразователи на основе композиционных систем поливинилиденфторид/полипиррол // Тезисы устных и стендовых докладов четвертой всероссийской каргинской конференции “Наука о полимерах 21-му веку”. Москва, 2007. Т. 3.

С. 117.

Бесплатно Автореферат отпечатан в ИВС РАН. Ризография.

Тираж 100 экз.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»