一种PVDF薄膜的制备方法及PVDF薄膜技术

本发明专利技术涉及含氟聚合物，特别涉及一种PVDF薄膜的制备方法及PVDF薄膜。本发明专利技术所提供的高β相含量PVDF薄膜的制备方法，是将PVDF粉末原料溶解于由良性和不良性两种溶剂组成的混合溶剂中，调整流延刮刀狭缝的宽度，在干净的玻璃板或聚酯膜带上流延，经底板加热干燥，制备出高β相结晶含量的PVDF薄膜。本发明专利技术涉及的方法采用混合溶剂可控制PVDF的结晶状态，所得PVDF薄膜具有高β相结晶含量、致密无孔、高抗电强度和高介电常数，可用于高储能密度电容器的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有高β相结晶含量、致密无孔、高抗电强度和高介电常数，可用于 高储能密度电容器制备的PVDF薄膜的制备方法，属于薄膜材料制备

技术介绍
聚偏二氟乙稀（polyvinylidine fluoride，简称PVDF)具有优越的压电、铁电、热 电性能，广泛用于新型存储器、电容器、压电和热电转换器的制备。PVDF薄膜的制备方法有 熔融挤出双向拉伸和溶液流延两种方法。采用熔融挤出双向拉伸制备的PVDF薄膜致密性 很好，抗电强度较高，但此方法所需设备昂贵、用料量大，适用于大批量生产。采用溶液流延 法制备PVDF薄膜工艺简单，可按照需求量随时制备，原材料浪费少。 PVDF结晶时晶体单胞内的不同构型分子链可配置成五种晶相：α、β、γ、δ、λ 相。其中β相为宏观极性相；α相和δ相晶胞为无极性相和弱极性相，α相为最稳定相； γ相有弱极性。根据PVDF结晶度和各相比例的不同，PVDF薄膜的相对介电常数在5-13范 围内变化。由于PVDF的结晶状态复杂，不同工艺方法制备出的PVDF薄膜致密性差别很大， 导致PVDF薄膜的抗电强度变化很大。一般情况下，溶液结晶成膜和熔融结晶成膜制备的 PVDF薄膜均为球形结晶的α相PVDF薄膜，致密性较差，需要再采用高温处理或拉伸才能转 化为介电性能良好的β相PVDF薄膜。 将浓度为10% PVDF的DMF溶液滴在经清洗干燥的单晶硅片上，利用甩膜机高速旋 转制备薄膜，在60~150°C条件下加热Ih后，再经120°C退火36h时，可得到极性的β晶 型的PVDF薄膜（惠迎雪，刘卫国，牛小玲等.β相聚偏二氟乙烯PVDF薄膜的制备和热光效 应研宄·红外与激光工程，2006, 35 (S) :143-149)。 PVDF的结晶相中，有明显极性的β相不能自然形成，必须对干膜作拉伸或压延形 变，使原本无极性的α相转变成β相（李金华，陈王丽华，李坤，蔡忠龙.P(VDF-TrFE)膜 悬空结构集成热释电线列研宄.压电与声光，2000, 22 (2) :104-106.)。 用PVDF的DMAC溶液流延制备PVDF薄膜，在未经拉伸的初始膜中，晶体相为α球 晶，拉伸使球晶转变成β片晶，当拉伸比率D多4.2以后α相完全转变成β相。针对溶 液结晶成膜很难形成β相PVDF的问题，本专利技术提出采用由良性和不良性溶剂组成的混合 溶剂控制PVDF结晶状态，溶液流延制备介电性能良好的β相PVDF薄膜的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决溶液结晶成膜很难形成β相PVDF的技术问题，提出溶液 流延直接制备β相PVDF薄膜的方法。 本专利技术所提供的高β相结晶含量PVDF薄膜的制备方法如下： -种PVDF薄膜的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤： 1】制备PVDF溶液 1. 1】将PVDF粉末原料溶解于由良性和不良性两种溶剂组成的混合溶剂中制成重 量体积浓度为15~50 %的PVDF溶液，混合溶剂中不良溶剂所占体积百分比为40~80%; 2】流延 采用流延法，将PVDF溶液在干净的玻璃板或聚酯膜带上流延，经干燥制备出PVDF 薄膜。 上述PVDF溶液的重量体积浓度为15~40%，混合溶剂中不良溶剂所占体积百分 比为40~60%。 上述步骤1】还包括PVDF溶液后处理步骤，具体为： 1. 2】将1. 1】制备的PVDF溶液进行加热，控制温度为60~90°C，使PVDF达到完 全溶解； 1. 3】加热搅拌，确保获得均匀的PVDF溶液； 1.4】将PVDF溶液置于超声波清洗器中，连接真空泵，超声抽气，消除溶液中的空 气，提高PVDF薄膜的致密性； 1. 5】再将PVDF溶液于60~90°C下慢速搅拌，使溶液保持均匀。 上述步骤2】的具体方法为： 将洗干净的玻璃板置于涂膜机上，调整刮刀狭缝宽度和流延速度，加入配制处理 好的PVDF溶液，流延制备PVDF薄膜，然后置于一定温度的干燥箱中干燥；或者， 在装有聚酯膜带的具有底板加热功能的流延机上，调整刮刀狭缝宽度、底板加热 温度和流延速度，加入配制处理好的PVDF溶液，流延制备PVDF薄膜，底板加热干燥好的 PVDF薄膜随聚酯膜带卷绕在一起，从聚酯膜带上剥离制备好的PVDF薄膜。 上述良性溶剂包括：N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二 甲基亚砜、丙酮、丁酮、四氢呋喃中的一种或几种的组合； 不良溶剂包括：无水乙醇、乙酰丙酮、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、环己酮中的一种或几 种的组合。 一种PVDF薄膜，其特殊之处在于：PVDF薄膜的抗电强度为150. 1KV-415. 8KV，介 PVDF薄膜在室温、IkHz的频率下的介电常数为8. 9-10. 3,所述PVDF薄膜的厚度为1~ 50 μ m〇 上述PVDF薄膜的厚度为10~15 μ m。 本专利技术的有益效果： 1、本专利技术采用混合溶剂控制PVDF的结晶状态，提供的PVDF薄膜不需高温处理或 拉伸即具有较高的β相PVDF结晶含量，制备方法工艺简单，操作方便，所制备的高β相结 晶含量的PVDF薄膜具有致密无孔，高抗电强度和高介电常数，可用于薄膜电容器的制备。 2、本专利技术采用流延机制备薄膜，在聚酯膜带上可制备长度达500m以上的PVDF薄 膜，薄膜的厚度为1~50 μ m。【附图说明】 图1、实施例1-6中制备的PVDF薄膜的SEM图。 图2、实施例1、实施例4、实施例6中制备的PVDF薄膜的XRD图。 图3、实施例7中制备的PVDF薄膜在不同温度下的介电常数频谱。 图4、实施例7中制备的PVDF薄膜在不同温度下的介电损耗频谱。 图5、实施例7中制备的PVDF薄膜的单向电滞回线。【具体实施方式】 本专利技术实施例所用PVDF粉末原料和溶剂均为市售商品，溶剂纯度为分析纯。 实施例1-6 称取一定量的PVDF粉末于圆底烧瓶中，加入20mL的混合溶剂；将烧瓶于60~ 90°C下加热搅拌2h以上；将烧瓶置于超声波清洗器中，连接真空泵，超声抽气IOmin以 上；再将烧瓶于60~90°C下慢速搅拌一会，获得透明均匀的PVDF溶液；将洗干净的玻璃 板置于涂膜机上，调整刮刀狭缝宽度和流延速度，加入配制处理好的PVDF溶液，流延制备 PVDF薄膜，然后置于80°C的干燥箱中干燥；从玻璃板上剥离制备好的PVDF薄膜，厚度10~ 15 μ m，剪取部分薄膜，被覆电极，测量介电性能。 表1实施例1-6中使用PVDF浓度、混合溶剂中不良溶剂所占体积百分比以及所得 PVDF薄膜的介电性能【主权项】1. 一种PVDF薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1】制备PVDF溶液 1. 1】将PVDF粉末原料溶解于由良性和不良性两种溶剂组成的混合溶剂中制成重量体 积浓度为15~50%的PVDF溶液，混合溶剂中不良溶剂所占体积百分比为40~80% ; 2】流延 采用流延法，将PVDF溶液在干净的玻璃板或聚酯膜带上流延，经干燥制备出PVDF薄 膜。2. 根据权利要求1所述的PVDF薄膜的制备方法，其特征在于：PVDF溶液的重量体积浓 度为15~40 %，混合溶剂中不良溶剂所占体积百分比为40~60 %。3. 根据权利要求1或2所述的PVDF薄膜的制备方法，其特征在于：步骤1】还包括PVDF 溶液后处理步骤，具体为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PVDF薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1】制备PVDF溶液1.1】将PVDF粉末原料溶解于由良性和不良性两种溶剂组成的混合溶剂中制成重量体积浓度为15～50％的PVDF溶液，混合溶剂中不良溶剂所占体积百分比为40～80％；2】流延采用流延法，将PVDF溶液在干净的玻璃板或聚酯膜带上流延，经干燥制备出PVDF薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王武尚，杨静，涂国荣，张文峰，杨裕生，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，中国人民解放军防化研究院第一研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61