尼龍1010的分子鏈段運動、局域態(tài)分布與結構的關系.pdf

1、半結晶聚合物中的局域態(tài)源自結構欠序、晶界、雜質以及羰基、過氧化自由基等缺陷，其本身復雜的鏈結構、聚集態(tài)結構可導致多種局域態(tài)分布。這方面的研究是聚合物電學性能研究領域的一個重要方面，對于了解聚合物內電荷載流子的存儲和輸運特性及聚合物在電學、光學、聲學等領域的應用具有重要意義。由于電荷載流子的微觀特性，聚合物的局域態(tài)特性很難用一般的探測手段來分析。 尼龍1010是一類常見的工程塑料，具有優(yōu)異的物理，化學性能而被廣泛應用于精密機械零件

2、，航空和家用電器中。同時尼龍1010又是一種典型的半結晶聚合物，通過簡單處理可獲得不同聚集態(tài)結構的試樣，當溫度高于其玻璃化溫度時，由于載流子的作用，尼龍1010的介電、熱釋電等電學性能與低溫時發(fā)生明顯的變化。因此對尼龍1010的分子鏈段運動、局域態(tài)分布與結構關系的研究具有重要的理論和實際意義。本文工作主要包括以下幾部分。 1.通過對結構穩(wěn)定的尼龍1010的介電松弛行為的研究來了解尼龍1010分子鏈段運動和載流子遷移的相關信息。尼

3、龍1010在高溫低頻時呈現(xiàn)很大的介電系數(shù)，是由于載流子的運動所致。尼龍1010在室溫以上主要存在3個松弛過程，隨著溫度的升高依次為：α松弛、MWS松弛、電極極化。α松弛對應尼龍1010的分子鏈段運動，MWS松弛對應于聚集在中間相的載流子的松弛行為，而電極極化則對應于聚集在試樣表面與電極界面的載流子的松弛行為。通過分析α松弛、MWS松弛、電極極化松弛時間及直流電導率與溫度的關系，發(fā)現(xiàn)載流子在尼龍1010試樣內的遷移是由分子鏈段運動所致，在

4、尼龍1010的中間相玻璃化轉變溫度的前后，載流子的遷移規(guī)律發(fā)生了改變。 2.在不同溫度下對尼龍1010退火處理，不僅導致尼龍1010結晶度的改變，還會發(fā)發(fā)生熱降解反應，通過研究退火處理對尼龍1010介電松弛行為的影響，探索結晶度的增加和熱降解對分子鏈段運動和載流子遷移的影響。結晶的增加抑制尼龍1010的分子鏈段運動和載流子的遷移，熱降解導致分子鏈段運動和載流子的遷移變的容易。退火處理對尼龍1010分子鏈段運動和載流子遷移的影響要

5、視情況而論。尼龍1010在180℃恒溫退火2h后，熱降解占主導作用，尼龍1010α松弛、MWS松弛、電極極化、電導松弛時間降低，直流電導率增大。 3.熱釋電流(TSDC)是研究高分子材料轉變與聚集態(tài)結構的一種重要的手段，特別是在研究半結晶聚合物方面，TSDC有比其他熱分析方法高得多的靈敏度，還可以得到高聚物局域態(tài)的信息，而這正是其他方法難以做到的。通過對尼龍1010熱釋電流的研究來得到尼龍1010局域態(tài)分布的信息。完全非晶尼龍1

6、010具有一系列連續(xù)的局域能級。而對于半結晶尼龍1010，主要有3個的局域能級，表現(xiàn)在熱釋電流譜上有3個電流峰，分別對應于偶極松弛與酰胺基團俘獲的空間電荷松弛、非晶區(qū)和中間相陷阱俘獲的空間電荷松弛、晶區(qū)陷阱俘獲的空間電荷松弛。隨著極化時間的延長和極化溫度的升高，空間電荷被俘獲在更深的陷阱中。 4.尼龍1010恒溫退火后，結構發(fā)生了變化，尼龍1010的局域態(tài)分布也發(fā)生變化，通過研究退火對尼龍1010熱釋電流譜的影響來了解結晶度的增

7、加和熱降解對尼龍1010局域態(tài)分布的影響，熱降解導致尼龍1010內空間電荷增多，尼龍1010退火后，酰胺基團俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性增強；非晶區(qū)及中間相的陷阱俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性降低；晶區(qū)陷阱俘獲空間電荷能力增加、被俘獲空間電荷的穩(wěn)定性增強。5.尼龍在γ-射線作用下所發(fā)生的變化和反應包括輻射交聯(lián)，輻射裂解，不飽和雙鍵的生成與轉化及俘陷自由基的產(chǎn)生。這些變化均反映在聚合物及其材料結構與性能的變化