[發(fā)明專利]一種同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010165551.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN111321520A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬敘;李巖;丁燕紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): D04H1/728
• 分類號(hào): D04H1/728;D04H3/03;D01D5/00
• 代理公司: 天津耀達(dá)律師事務(wù)所 12223
• 代理人: 侯力

1.一種同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于，該纖維薄膜采用簡(jiǎn)單的聚合物為原料，以聚偏氟乙烯(PVDF)為芯部，聚丙烯腈(PAN)為殼結(jié)構(gòu)，以二者的相互作用作為增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的基本原理，采用同軸靜電紡絲的方法制備而成，具體操作包括以下步驟:

(1)芯部結(jié)構(gòu)用聚偏氟乙烯(PVDF)溶液的配備

稱取聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，放置錐形瓶?jī)?nèi)；溶液采用體積比為1:1-3:2的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮作為混合溶劑，添加丙酮能夠提高溶液的揮發(fā)性，隨后將粉末與溶液相混合，制備10wt％-15wt％的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液，采用磁力攪拌器磁力攪拌3-5h，靜置24小時(shí)后備用；

(2)殼層結(jié)構(gòu)用聚丙烯腈(PAN)溶液的配備

稱取聚丙烯腈(PAN)粉末，放置錐形瓶?jī)?nèi)；溶液采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑，隨后將粉末與溶液相混合，制備15wt％-20wt％的聚丙烯腈PAN溶液，采用磁力攪拌器磁力攪拌2-5h，靜置一夜后備用；

(3)聚偏氟乙烯/聚丙烯腈(PVDF/PAN)同軸高壓電復(fù)合纖維薄膜材料的制備

先將步驟(1)配制好的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液吸入醫(yī)用注射器中，再將步驟(2)配制好的聚丙烯腈(PAN)溶液吸入另一個(gè)醫(yī)用注射器中，將兩個(gè)注射器分別在兩個(gè)注射泵上夾持好，連接好注射器和針頭，設(shè)置注射速度，然后將高壓電源正極連接到紡絲不銹鋼針頭上，鋁箔接負(fù)極，選擇接收裝置，設(shè)置紡絲參數(shù)針頭尺寸、紡絲電壓、溶液注入速度、紡絲距離和滾筒接收轉(zhuǎn)速，開始紡絲，結(jié)束后，關(guān)掉電源把鋁箔從接收裝置上小心揭下，放到30℃-80℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥3-5h，使纖維薄膜干燥，去除殘留在纖維薄膜上的溶劑，然后把干燥的纖維薄膜轉(zhuǎn)到樣品袋中，寫好標(biāo)簽，放到干燥器中保存待用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于步驟(3)所述的紡絲針頭為同軸針頭，其型號(hào)為1420G-1825G，針頭型號(hào)不宜過(guò)大，太大的內(nèi)外徑差會(huì)影響PVDF纖維相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和同軸性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于步驟(3)所述紡絲的注射速度PVDF核/PAN殼分別設(shè)為1:1.5mL/h-1:2mL/h；殼層的速度較核層大一些，以增強(qiáng)其束縛作用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于步驟(3)中靜電紡絲的電壓為22KV，針頭到收集裝置間的距離為10-15cm，采用滾筒作為收集裝置，滾筒的轉(zhuǎn)速為1000rpm以上；溫度在25～35℃，環(huán)境濕度在25％以下。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于步驟(3)中靜電紡絲纖維薄膜的厚度為7.5μm，同軸纖維絲的直徑在494nm-928nm，其中芯層直徑在200nm-526nm；核殼兩層相互束縛，具有較好的同軸性。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的同軸靜電紡絲聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增強(qiáng)纖維薄膜壓電性能的方法，其特征在于所制備的同軸復(fù)合材料纖維薄膜的結(jié)晶度為40％，β晶相的含量為54％-65％，壓電常數(shù)D₃₃為36-45pC/N。