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PVDF/PMMA/TiO2复合材料的制备及其耐候性研究

作　者: 侯佳音
导　师: 张清华
学　校: 东华大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚偏氟乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 二氧化钛 耐候性 结晶动力学
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有优异的耐候性、抗紫外性、化学稳定性和机械性能的氟塑料,已被广泛用于涂料和户外保护膜。这些特点使PVDF优于其他氟塑料成为未来太阳能电池用背膜的主要材料。但PVDF价格较贵,不易得到表面光滑、均匀的薄膜,且与其它材料的粘结能力差,因此本文使其与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混对其改性,制备了PVDF/PMMA/TiO2共混膜,并对其结构和性能进行了研究。采用熔融共混经切粒压膜工艺制备了不同PVDF/PMMA质量比例以及不同Ti02含量的PVDF/PMMA/TiO2薄膜。扫描电镜(SEM)分析表明,PVDF与PMMA相容性良好,TiO2可以很好的分散在复合材料中。紫外分析证实,TiO2的加入有效地提升了体系的紫外光吸收能力,随着PMMA含量的增加,膜的光反射强度有所下降,但是TiO2的加入提升了膜的光反射强度,这有望提高太阳能电池对光能的利用率。DSC研究显示,随着PMMA含量的增加,体系的结晶度和结晶温度逐渐降低,说明PMMA阻碍了PVDF的结晶；TiO2在体系中起到异相成核作用,并且在一定程度上阻碍了PVDF分子链的规整堆积。力学分析表明,随着PMMA含量的增加,膜的拉伸强度和断裂伸长率降低；加入TiO2,膜的拉伸强度提高,而断裂伸长则有明显下降,随着TiO2含量的增加,膜的拉伸强度和断裂伸长降低,总体来说,共混膜仍然具有很好的力学性能。对PVDF/PMMA/TiO2共混膜耐候性能的研究表明：Ti02含量及PVDF/PMMA的配比对体系老化后紫外性能的影响不大,随着老化时间的增加,体系对紫外-可见光的吸收程度逐渐下降,但总体下降幅度较小,薄膜依然具有较好的抗紫外及耐候性能。Ti02含量及PVDF/PMMA的配比对体系老化后热性能的影响不大,经长时间的老化,体系的热性能参数有所下降,但仍有明显的结晶峰,结晶结构没有受到明显破坏。经长时间的老化,体系的力学性能有所下降,但Ti02和PMMA起到了延缓薄膜老化的作用,其中Ti02的作用更加明显。对PVDF/PMMA/TiO2共混体系的等温及非等温结晶动力学的研究表明：在等温结晶过程中,半结晶期随着结晶温度的升高而增大,PVDF的结晶主要受成核能力的控制。结晶度随着结晶温度的升高而增大,更高的温度有利于结晶的完善；Avrami指数基本上都在3左右,结晶机制按照异相成核并伴随着三维球晶生长的机理进行。Ozawa法和Mo法均能成功描述PVDF/PMMA/TiO2共混体系的非等温结晶过程。在此过程中,随着降温速率的增加,PVDF/PMMA/TiO2共混体系的结晶峰温度向低温偏移,结晶峰趋于平缓,结晶放热量下降,结晶变得不完善。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-28
  1.1 引言  11
  1.2 太阳能电池组件  11-16
    1.2.1. 太阳电池组件的性能要求  11-12
    1.2.2. 太阳能电池模组结构及其对背板的性能要求  12-13
    1.2.3. PVDF太阳能电池背膜  13-15
    1.2.4. 太阳能电池背板的制作方法  15-16
  1.3 聚偏氟乙烯(PVDF)的结构与特性  16-20
    1.3.1. PVDF的结构特点  16-17
    1.3.2. PVDF的基本性能  17-20
    1.3.3. 成型加工  20
  1.4 紫外吸收剂TiO_2  20-22
    1.4.1. 二氧化钛(TiO_2)  21-22
  1.5 PVDF复合膜  22-24
    1.5.1. PVDF膜的改性  22-23
    1.5.2. PVDF共混薄膜的制备  23-24
  1.6 本课题的研究内容  24-25
  参考文献  25-28
第二章 PVDF/PMMA/TiO_2共混体系结构与性能研究  28-40
  2.1 引言  28
  2.2 实验原料与设备  28
  2.3 PVDF/PMMA/TiO_2膜的制备与测试  28-29
    2.3.1 PVDF/PMMA/TiO_2膜的制备  28-29
    2.3.2 PVDF/PMMA/TiO_2膜的测试  29
  2.4 PVDF/PMMA/TiO_2膜的性能与表征  29-37
    2.4.1 PVDF/PMMA/TiO_2膜的形貌  29-30
    2.4.2 PVDF/PMMA/TiO_2膜的紫外特性  30-32
    2.4.3 PVDF/PMMA/TiO_2膜的热性能  32-35
    2.4.4 PVDF/PMMA/TiO_2膜的力学性能  35-37
  2.5 本章小结  37-38
  参考文献  38-40
第三章 PVDF/PMMA/TiO_2共混体系的耐候性能  40-51
  3.1 引言  40
  3.2 实验原料  40
  3.3 PVDF/PMMA/TiO_2膜的耐候性能测试  40-41
    3.3.1 老化实验  40
    3.3.2 膜的测试与分析  40-41
  3.4 PVDF/PMMA/TiO_2膜的耐候性能表征  41-50
    3.4.1 老化前后后的紫外特性  41-43
    3.4.2 老化前后的热性能  43-47
    3.4.3 老化对力学性能的影响  47-50
  3.5 本章小结  50
  参考文献  50-51
第四章 PVDF/PMMA/TiO_2共混体系结晶行为研究  51-65
  4.1 引言  51
  4.2 实验原料与设备  51-52
  4.3 测试方法  52
  4.4 等温结晶研究  52-63
    4.4.1 等温结晶行为  52-54
    4.4.2 等温结晶动力学分析  54-57
    4.4.3 非等温结晶行为  57-60
    4.4.4 非等温结晶动力学  60-63
  4.6 本章小结  63
  参考文献  63-65
第五章 结论和展望  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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