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四川大學沈佳斌、郭少云教授團隊 Polymer:溶劑輔助成膜技術實現聚三氟氯乙烯(PCTFE)成膜制造
2024-01-03  來源:高分子科技

  聚三氟氯乙烯(PCTFE)是以三氟氯乙烯為單體制備得到的一類高性能熱塑性氟樹脂其分子鏈中氟原子與氯原子緊密地包裹碳骨架,在性能上表現出優異的耐化學腐蝕性、低溫韌性、光學透明性以及超低的水蒸氣透過率和高頻介電損耗PCTFE最早被合成的氟樹脂,Fritz SchlofferOtto Scherer1934首次制備得到。九十年來,以PCTFEPTFEPVDF等為代表的含氟材料發展迅速,被廣泛應用于國防軍工和國民經濟的諸多領域,已成為“四個面向”不可或缺的關鍵基材。近年來,四川大學高分子研究所沈佳斌和郭少云教授團隊在國家自然科學基金重點項目、四川省杰出青年基金、四川省高層次人才計劃以及多個校企合作項目資助下,圍繞高性能含氟材料的結構改性與成型制造開展了系統研究,先后發展了PVDF粘結劑、PCTFE特種粘結膜、高強PTFE膨體膜、含氟多層功能膜等多種材料改性與制造技術,部分技術已實現產業化應用。


  近日,團隊針對PCTFE熔體加工粘度大(>1011 Poise230°C)、窗口窄(<50°C)、缺少加工助劑和可溶解溶劑等問題,提出了一種溶劑輔助成膜技術實現PCTFE成膜制造(Polymer 2024, 292, 126633.)。成膜過程主要包括PCTFE懸浮液配置、涂覆、干燥和燒結四階段溶劑的存在可在不熔融不溶解的情況下賦予PCTFE微粒加工流動性。在干燥的過程中,毛細管力(capillary force)促使PCTFE顆粒緊密地堆砌形成預制膜。在燒結過程中,受表面張力和粘性流動的驅動,相鄰樹脂顆粒因分子鏈相互擴散熔接在一起,同時使預制膜中的空氣逐漸排出。最終,經冷卻形成跨初始粒子界面的結晶,得到性能優異的薄膜制品。與熔融加工相比,溶液輔助成型所需外界剪切作用更低,可顯著減少PCTFE在加工過程的降解,拓寬了成型溫度窗口,進而最大化保持了PCTFE優異的力學、光學和水蒸氣阻隔性能。最終薄膜制品的拉伸強度、斷裂伸長率分別為42MPa108%;透光率和霧度分別為91%3%;水蒸氣透過率低至0.02g/(m2?24 h)。由此可見,溶劑輔助成型將為PCTFE薄膜的成型制造提供新的思路和途徑,并有望進一步開闊PCTFE的應用領域。 


1. 溶液輔助成型的示意圖 


2. PCTFE粒子形態對預制膜開裂行為的影響  


3. PCTFE薄膜的力學、水蒸氣阻隔和透明性隨燒結時間的變化 


4. 成膜過程中結構演變的示意圖


  相關研究成果Fabrication and film-forming mechanism of PCTFE films with exceptional water-vapor barrier and mechanical properties via solvent-assisted method為題發表在《Polymer》上(Polymer, 2024, 292, 1266332)。論文第一作者2021士研究生何露,通訊作者是沈佳斌研究員。


  2024年恰逢PCTFE首次合成90周年,論文作者希望通過本文的發表向過去90年來對以PCTFE為代表的含氟聚合物研究應用做出貢獻的科研工作者和工程技術人員致敬。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.126633

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(責任編輯:xu)
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