[發(fā)明專利]一種用靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910830764.6 | 申請日： | 2019-09-04 |
| 公開（公告）號： | CN110616484A | 公開（公告）日： | 2019-12-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 樊威;于希晨;于洋;孫艷麗;袁林佳;田薈霞;陸琳琳 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安工程大學(xué) |
| 主分類號： | D02G3/04 | 分類號： | D02G3/04;D02G3/36;D02G3/44;D01D5/00;D01F6/12 |
| 代理公司： | 11234 中國商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 | 代理人： | 郝震 |
| 地址： | 710048 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 靜電紡絲技術(shù) 碳纖維 壓電 制備 聚偏氟乙烯 包芯紗 包覆 二甲基甲酰胺 導(dǎo)電性 碳纖維表面 紡絲溶液 混合配制 極化步驟 壓電信號 靜電紡 極化 導(dǎo)出 芯紗 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種用靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法，首先將聚偏氟乙烯(PVDF)和N，N?二甲基甲酰胺(DMF)混合配制紡絲溶液；其次利用靜電紡絲技術(shù)將聚偏氟乙烯(PVDF)包覆在碳纖維表面，制備碳纖維?PVDF壓電包芯紗。本發(fā)明以碳纖維作為芯紗，由于其具有良好的導(dǎo)電性，可將PVDF產(chǎn)生的壓電信號導(dǎo)出，另外靜電紡絲技術(shù)設(shè)備簡單、成本低廉、操作簡單，且靜電紡工序本身具有極化的作用，省去了后續(xù)極化步驟，利用靜電紡絲技術(shù)制備的碳纖維?PVDF壓電包芯紗，可以更便捷的將其應(yīng)用于壓電織物中。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法，屬于柔性壓電材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)
壓電纖維是一種機械能和電能互相轉(zhuǎn)化的功能性材料，壓電材料是指由于靜壓力的變化產(chǎn)生相應(yīng)感應(yīng)電荷的變化的材料。目前研究的壓電材料大多是膜狀或塊狀，壓電纖維作為一種特殊的壓電材料形式應(yīng)用越來越廣泛。聚偏氟乙烯(PVDF)作為一種壓電材料，具有很強的壓電效應(yīng)，是目前在壓電高分子材料中研究的較為系統(tǒng)、應(yīng)用最廣泛的高聚物。與目前常用的高聚物相比(如石英、壓電陶瓷類)它還有聲阻抗小、頻率響應(yīng)寬、介電常數(shù)小、耐沖擊性強、便于加工成任意形狀等優(yōu)點。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)方法制備PVDF壓電薄膜的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，由于靜電紡絲技術(shù)具有操作簡單，成本低等優(yōu)點，故利用靜電紡絲紡制PVDF壓電薄膜是目前廣泛推崇的手段。通過靜電紡絲技術(shù)制備出具有壓電性能的紗線，可以更便捷的將其應(yīng)用于織物中，故本發(fā)明提供了一種通過靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法。由于碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量的新型纖維材料，其具有良好的導(dǎo)電性能，故可作為芯紗，通過靜電紡絲技術(shù)與壓電PVDF結(jié)合制備包芯紗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用碳纖維良好的導(dǎo)電性，能將PVDF產(chǎn)生的壓電信號導(dǎo)出，同時靜電紡絲技術(shù)設(shè)備簡單、成本低廉、操作簡單。基于上述條件，本發(fā)明提供一種用靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法，具體包括以下步驟：
1)將反應(yīng)容器和磁子用去離子水清洗后烘干，將作為紡絲液溶質(zhì)的聚偏氟乙烯(PVDF)和溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)在反應(yīng)容器中混合，向混合溶液中放入磁子對混合溶液進(jìn)行密封處理，將密封的反應(yīng)容器置于水浴鍋中緩慢加熱，利用磁子攪拌裝置進(jìn)行攪拌，然后靜置冷卻，得到紡絲液；
2)用注射器抽取步驟1)中得到的紡絲液，將注射器固定于注射泵中，調(diào)節(jié)靜電紡絲參數(shù)，將噴絲頭分別接高伏電壓正負(fù)極，溶液在電場力的作用下在噴絲頭的泰勒錐頂點被加速，最終通過足夠大的電場力克服表面張力噴射細(xì)流，細(xì)流在喇叭口處形成纖維網(wǎng)。同時碳纖維通過喇叭口后，從PVDF纖維網(wǎng)中被卷繞輥拉出，從而使壓電PVDF通過旋轉(zhuǎn)的喇叭口均勻地包覆在碳纖維上并最終被卷繞輥收集，得到以碳纖維為芯紗，壓電PVDF包覆的包芯紗；
3)將步驟2)中所制備的包芯紗放入烘箱中烘干，最終得到碳纖維-PVDF壓電包芯紗。
進(jìn)一步的，水浴鍋溫度60℃～80℃，磁子攪拌時間4h～5h，紡絲液中PVDF的濃度為8％～12％。
進(jìn)一步的，靜電紡絲參數(shù)如下：紡絲液擠出速度為0.3ml/h～0.7ml/h，紡絲距離為6cm～10cm，雙針頭距離為10cm～15cm，紡絲電壓為4KV～5KV，卷繞輥的轉(zhuǎn)速為0.02mm/s～0.2mm/s，喇叭口的轉(zhuǎn)速為300rpm～800rpm，靜電紡絲環(huán)境溫度為20±2℃，相對濕度為60±5％。
進(jìn)一步的，烘干溫度為80℃～100℃，烘干時間為2h～5h。
本發(fā)明是一種用靜電紡絲技術(shù)制備壓電PVDF包覆碳纖維的方法，具有以下有益效果：
(1)此方法采用的靜電紡絲技術(shù)設(shè)備簡單、成本低廉、操作簡單，且靜電紡工序本身具有極化的作用，省去了后續(xù)極化步驟。
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