本期精选
2024年第6期
半互穿聚合物网络结构复合材料的制备原理如图1所示，在引发剂AIBN的作用下MMA可获得一个活性自由基从而形成单链结构，而在EGDMA单体两端均可获得一个活性自由基，将少量EGDMA引入PVDF与MMA单体共混溶液中，可在MMA单体聚合的过程中形成交联状态的P(MMA-EGDMA)，此时线状聚合物PVDF交错穿过P(MMA-EGDMA)网状结构，形成半互穿聚合物网络结构。半互穿聚合物网络利用P(MMA-EGDMA)的化学交联与聚合物间的物理缠结加强共混物间的相互作用，避免了完全互穿聚合物网络结构的过度交联引起的薄膜较脆的缺点，提升共混物间相容性的同时进一步提高其在高温下的储能性能温度稳定性。
图1 SIPN PVDF/P(MMA- EGDMA)制备示意图
对P-E曲线进行积分计算获得储能密度(Ue)和充放电效率(η)如图3(a)和(b)所示。P(MMA-EGDMA)含量为21.2%、33.1%、44.7%与57.1%的薄膜其在30~120℃温度范围内最大电场强度可分别始终能达到320kV/mm、360kV/mm、420kV/mm与440kV/mm，此时其储能密度在整个温度范围内的变化率分别为32.0%、15.3%、11.8%、11.2%，效率在整个温度范围内的变化率分别为57.3%、44.6%、36.3%、26.2%。可见，当P(MMA-EGDMA)含量较低时，材料击穿强度、储能密度和效率随温度升高下降显著，通过构建高玻化温度和强极性聚合物的半互穿网络结构，非晶态的交联 P(MMA-EGDMA)均匀的分布在PVDF的无定形区中，其空间限制作用降低了分子链高温运动活性，当P(MMA-EGDMA)含量较高时，PVDF的结晶度迅速降低进一步增强了PVDF与交联P(MMA-EGDMA)在无定形区分布的面积和均匀性，空间限制作用加强，有效保持了介质强极化响应特性，同时提高了温度稳定性。获得的半互穿聚合物样品的最优组分SIPN PVDF/P(MMA-EGDMA) (42.9/57.1)在保证较高储能密度的前提条件下具有最好的储能性能温度稳定性，其在30~120℃下储能密度为6.9J/cm³~7.6J/cm³，效率为81%~59.7%。
图3 SIPN PVDF/P(MMA-EGDMA)样品储能性能随温度变化
1）本文制备了SIPN PVDF/P(MMA-EGDMA)薄膜，发现PVDF与P(MMA-EGDMA)之间半互穿聚合物网络结构的形成可以有效提高共混物相容性，无定形区结构热学稳定性提升。
2）半互穿聚合物介电常数温度稳定性增强，高温储能性能大幅提高，温区内储能密度变化率从32.0%降低至11.2%，获得的最优组分SIPN PVDF /P(MMA-EGDMA)(42.9/57.1)在30~120℃之间的最大电场强度可始终保持在460kV/mm，储能密度为6.9J/cm³~7.6J/cm³。研究成果提出的强极性与高玻化温度聚合物半互穿共混为高温高储能密度聚合物材料研究提供了新路径。
引文信息：
刘泳斌, 徐雅婷, 吴明, 等. 半互穿网络结构提升聚偏氟乙烯基材料储能温度稳定性[J]. 高电压技术, 2024, 50(6): 2374-2381.
责编：曹编辑
- 【 END 】 -
传播知识 · 分享成果 · 交流经验
声明：本文为原创作品，所涉文字及图片版权均属《高电压技术》编辑部所有，根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微信公众号转载、摘编我编辑部的作品，务必请提前联系我编辑部。个人请按本微信原文转发、分享
http://hve.epri.sgcc.com.cn/
《高电压技术》《High Voltage》视频号
联系我们
