PVDF压电纤维及其织物的自感知性能研究

发布时间：2018-04-11 09:40

  本文选题：压电纤维 + 聚偏氟乙烯　； 参考：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：智能纺织品作为新兴的功能材料,给纺织服装行业注入了新的活力,其特有的感知、反馈和响应机制,在防护、检测等领域大放异彩。智能纺织材料是高级智能纺织品的基础,其自身的功能特性决定了纺织品整体的感知侧重方向和智能化程度,同时纺织品的编织结构要求纺织材料具有一定程度的柔韧性。高聚物材料聚偏氟乙烯(PVDF)由于其良好的压电效应能够对外部载荷做出电信号响应,纤维状的PVDF易与普通纤维结合编成智能织物,是一种理想的智能纺织材料。本课题采用熔融纺丝的方式制备了连续PVDF纤维,研究了熔融过程中的熔融温度、喷丝孔直径以及牵引卷线速度对于纤维成纤性能的影响,发现熔融温度230℃,喷丝孔直径2mm以下,电机牵引速率在8m/min左右时,得到的纤维直径均匀、质量良好。由于PVDF纤维的压电效应与β相晶型的含量密切相关,本课题控制拉伸条件对纤维进行拉伸处理,研究其在不同处理条件下的结晶情况。发现拉伸倍率越大,纤维中的平均晶粒尺寸越小、结晶度和β相含量越高;温度越高越利于纤维结晶度的提升,但温度过高会导致其β相含量显著降低,最佳拉伸温度为90℃;拉伸速率越快,纤维总结晶度和β相含量都会相对提升,但是变化并不明显。在纤维表面布上双螺旋电极,再进行热极化处理,让高聚物中的电偶极子沿着电场方向取向排布。研究发现极化电场低于20MV/m时,纤维压电效应并不显著,在极化电场高于40MV/m时,极化效果达到饱和;极化温度在90℃最优,较低温度不利于电偶极子转向,过高温度使得纤维中β相含量下降;极化过程需要一定的时间才能让转向后的电偶极子“冻结”下来,而时间超过1h,压电效果基本不再有明显变化,说明偶极子已基本沿电场方向排布。对PVDF纤维施加载荷作用,在不同拉伸频率以及所引起的最大应变作用下,PVDF纤维都能够对外输出与之相匹配的电信号,电压大小与频率以及应变近似呈线性关系,呈现出良好的自感知特性。将单根纤维固定在悬臂梁上做自由振动,反馈的电信号频率与悬臂梁一阶基频基本相符,在一定程度上反应出悬臂梁的振动信息。将PVDF纤维在横向和纵向间隔均匀地与普通织物相结合得到衬纬组织,在重物的撞击作用下,各个纤维输出电信号记录瞬时冲击的影响,经过处理画出的三维柱状图,能够大致描绘出重物的形状以及撞击位置,一定程度上表征了PVDF织物的自感知性能。
[Abstract]:As a new functional material, smart textiles inject new vitality into the textile and clothing industry, its unique perception, feedback and response mechanism, in the protection, detection and other fields of brilliant.Intelligent textile materials are the basis of advanced intelligent textiles. Their own functional characteristics determine the orientation and intelligence of the overall perception of textiles. At the same time the fabric structure of textiles requires a certain degree of flexibility of textile materials.Poly (vinylidene fluoride) (PVDF) is an ideal intelligent textile material, because of its good piezoelectric effect, it can respond to the external load, and the fibrous PVDF is easy to combine with ordinary fiber to form intelligent fabric.In this paper, continuous PVDF fibers were prepared by melt spinning. The effects of melting temperature, spinneret diameter and traction winding speed on the fiber forming properties were studied, and the melting temperature was found to be 230 鈩，

本文编号：1735443