聚丙烯腈电纺膜制备及其压电性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:zhuxiangyuzhucendsc
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聚丙烯腈作为一种广泛应用于过滤、吸附及复合材料等方面的聚合物,具有良好的耐气候性和耐化学试剂性。此外,其较高的偶极矩(3.5D)具备用作聚合物压电材料的潜质。因此本文选用PAN为原料并对其压电性能进行研究。本文通过静电纺丝技术,首先利用平板接收装置制备了杂乱无序的PAN和聚偏氟乙烯(PVDF)电纺膜,在同样的测试条件下对比得出了两者在输出电压、介电常数、介电损耗的优劣势。同时,通过改变PAN纺丝浓度和电纺膜热处理时间,制备了不同的PAN电纺膜样品,对其输出电压、介电常数、介电损耗、FTIR、XRD进行测试,研究了 PAN的压电性能以及构象对PAN压电性能的影响;其次,通过改变接收装置,采用辊筒接收制备了有序取向的PAN电纺膜,通过测试其输出电压、FTIR、XRD研究了辊筒转速和热处理方式对PAN构象及其压电性能的影响;最后,利用硅烷偶联剂(KH550)对钛酸钡(BaTiO3)纳米粒子进行表面改性,将改性后的BaTiO3与PAN混溶于DMF中,再利用平板接收装置制备了杂乱无序的PAN/BaTiO3电纺膜。通过测试输出电压、介电常数、介电损耗、FTIR、XRD等研究了 PAN/BaTiO3电纺膜的压电性能以及BaTiO3纳米粒子对PAN构象的影响。(1)与PVDF电纺膜相比,PAN电纺膜的输出电压是PVDF的三分之一,介电常数是PVDF的七分之一,介电损耗却不到PVDF的二十分之一,说明PAN可弥补PVDF较高的介电损耗导致应用领域的缺憾。12wt.%的PAN电纺膜在140℃温度下松弛热处理5h具有最大的平面锯齿构象含量,其压电性能最佳。(2)通过改变辊筒转速,可制备有序取向的PAN电纺膜,且在转速为1200r/min时得到取向最好的PAN电纺膜。辊筒转速对PAN纤维的拉伸作用可促进31螺旋构象转变为平面锯齿构象,且在转速为1200r/min时得到平面锯齿构象最多的PAN电纺膜,使得其压电性能最佳。定长热处理可以在辊筒对PAN纤维拉伸作用基础上进一步对其进行拉伸,促进31螺旋构象转变为平面锯齿构象,使得定长热处理后,转速为1200r/min时PAN电纺膜压电性能更佳。而松弛热处理会促使平面锯齿构象向31螺旋构象的转变,使得其压电性能变差。(3)用硅烷偶联剂(KH550)处理后,BaTiO3可均匀地分散在PAN纳米纤维内。与纯PAN电纺膜相比,当BaTiO3含量为12.5%时 PAN/BaTiO3电纺膜的输出电压提高了 300%,介电常数提高了 300%,而介电损耗却降低了67%。FTIR与XRD测试结果显示,BaTiO3的加入可促进PAN从31螺旋构象向平面锯齿构象的转变,从而提高PAN压电性能。
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