具有压电性和热释电性的PVDF纤维的研究

发布时间：2021-05-15 17:54

　　压电和热释电材料是指由于静压力的变化，或温度的改变产生相应感应电荷的变化的材料。压电材料的主要功能是能够将机械能与电能相互转化。目前研究的压电材料大多是膜或块状压电材料，如聚偏氟乙烯压电膜或压电陶瓷块。对于纤维状柔性压电材料的研究几乎未见报道，而压电纤维作为一种特殊的压电材料形式应用越来越广泛。聚偏氟乙烯（PVDF）作为一种压电材料，具有很强的压电效应和热释电效应，也是目前在压电高分子材料中研究的较为系统、应用最广泛的高聚物。与目前常用的无机物压电材料相比（如石英、压电陶瓷类）它还有声阻抗小、频率响应宽、介电常数小、耐冲击性强、便于加工成任意形状等优点。 本论文主要研究了利用熔融法纺制PVDF纤维，并对纤维进行了极化，目的是探索提高PVDF可纺性的途径，确定最佳原料型号和工艺参数，制备出以PVDF为基本原料的纤维，将纤维进行极化，探索极化条件对PVDF纤维微观结构的影响。 本论文采用聚偏氟乙烯为主要原料，利用熔融纺丝法对PVDF进行纺丝研究，并添加了另一种压电高聚物尼龙11（PA11）共混纺丝，并对其共混纤维性能进行了研究。PVDF是半结晶性高聚物，分子链呈线型而且有一定的... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
第一章 绪论
    1.1 压电材料的发展概况
        1.1.1 驻极体的发现及驻极体的压电效应和热释电效应
        1.1.2 压电与热释电高聚物的发展简史
        1.1.3 PVDF的压电和热释电性能
        1.1.4 压电高聚物PVDF的应用
            1.1.4.1 PVDF在电声换能器方面的应用
            1.1.4.2 PVDF压电膜在医疗仪器中的应用
            1.1.4.3 PVDF在智能材料中的应用
        1.1.5 压电高聚物的发展趋势
    1.2 压电纤维的研究现状
        1.2.1 压电纤维复合材料
        1.2.2 对PVDF纤维的纺丝研究
        1.2.3 对压电纤维极化工艺的研究
    1.3 本课题研究的内容和意义
第二章 PVDF膜和纤维的结构与性能研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料、试剂与仪器
        2.2.2 PVDF膜和纤维的制备
            2.2.2.1 纯PVDF膜的制备
            2.2.2.2 PVDF＼BaTiO_3复合膜的制备
            2.2.2.3 纯PVDF纤维的制备
        2.2.3 PVDF膜与纤维的后处理
    2.3 PVDF膜和纤维的性能测试
        2.3.1 扫描电子显微镜
        2.3.2 差示扫描量热法
        2.3.3 广角X射线衍射测试
        2.3.4 红外光谱测试
        2.3.5 纤维纤度的测定
        2.3.6 断裂伸长与断裂强度的测定
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 PVDF的可纺性
            2.4.1.1 原料的选择
            2.4.1.2 可纺性讨论
        2.4.2 陶瓷粉的加入及淬火处理对PVDF结晶形态的影响
        2.4.3 PVDF的晶相研究
            2.4.3.1 广角X射线衍射分析
            2.4.3.2 差热分析
            2.4.3.3 红外光谱分析
    2.5 结论
第三章 PVDF／PA11共混纤维的结构性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料与仪器的选用
        3.2.2 PVDF／PA11共混纤维的制备
            3.2.2.1 FR901型PVDF与PA11共混纤维的制备
            3.2.2.2 FR902型PVDF与PA11共混纤维的制备
        3.2.3 纯PA11纤维的制备
        3.2.4 纤维的后处理
        3.2.5 PVDF／PA11共混纤维的结构性能测试
            3.2.5.1 差示扫描量热法
            3.2.5.2 广角X光衍射测试
            3.2.5.3 红外光谱测试
            3.2.5.4 扫描电子显微镜
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 共混比对纺丝性能的影响
        3.3.2 共混比对纤维强度的影响
        3.3.3 共混纤维的结晶形态研究
            3.3.3.1 差热分析
            3.3.3.2 广角X射线衍射分析
            3.3.3.3 PVDF／PA11共混纤维的红外光谱分析
            3.3.3.4 PVDF／PA11共混比对纤维横截面形态结构的影响
    3.4 结论
第四章 PVDF膜和纤维的极化研究
    4.1 前言
    4.2 极化方法的选择
        4.2.1 热极化法
        4.2.2 电晕极化法
        4.2.3 非穿透性单能电子束辐照极化法
        4.2.4 液体接触极化法
    4.3 极化装置的设计
    4.4 实验部分
        4.4.1 实验仪器
        4.4.2 实验材料
        4.4.3 PVDF纤维与膜的极化
            4.4.3.1 空气中热极化
            4.4.3.2 硅油中热极化
            4.4.3.3 电晕极化
        4.4.4 PVDF压电纤维的极化效果的测试
            4.4.4.1 静电效果测试
            4.4.4.2 扫描电子显微镜
            4.4.4.3 红外光谱测试
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 静电测试结果分析
        4.5.2 静电场作用对PVDF纤维和膜结构性能的影响
            4.5.2.1 扫描电子显微镜分析
            4.5.2.2 红外光谱分析
    4.6 结论
    4.7 前景与展望
        4.7.1 PVDF极化方面
            4.7.1.1 中空纤维极化
            4.7.1.2 纺丝过程中加电场极化
        4.7.2 复合压电纤维
第五章 研究结论与创新点
    5.1 研究结论
        5.1.1 关于可纺性的结论
        5.1.2 有关晶体结构的结论
        5.1.3 极化结论
    5.2 创新点
致谢
参考文献
附录: 发表文章


【参考文献】：
期刊论文
[1]分子偶极聚合物驻极体的红外和可见光谱研究[J]. 陈钢进,肖慧明,韩高荣,夏钟福,张冶文.  光谱学与光谱分析. 2002(04)
[2]聚偏氟乙烯中空纤维膜的研制[J]. 李健生,王连军,赵宝昌,翁霁.  水处理技术. 2001(01)
[3]PVDF压电薄膜的应用进展[J]. 徐红星,骆英,柳祖亭.  江苏理工大学学报(自然科学版). 1999(05)
[4]PVDF、LCP及其共混物的流变行为[J]. 赵安赤,刘跃新.  高分子材料科学与工程. 1999(04)
[5]PVDF压电薄膜的结构、机理与应用[J]. 周洋,万建国,陶宝祺.  材料导报. 1996(05)
[6]PVDF－PZT纤维薄膜压电传感器的研究[J]. 裴柳进,唐凤,石孝举.  压电与声光. 1996(03)
[7]淬火温度对聚偏氟乙烯形态结构的影响[J]. 陈晔,杨德才.  高分子学报. 1995(05)
[8]聚偏氟乙烯压电薄膜的应用及国内发展动态[J]. 吴琼.  压电与声光. 1994(06)
[9]压电材料的发展及应用[J]. 张传忠.  压电与声光. 1993(03)
[10]聚偏氟乙烯取向膜在拉伸过程中的晶相变化[J]. 赵勇,陈晔,杨德才.  应用化学. 1993(02)



本文编号：3188085