聚丙烯腈電紡膜制備及其壓電性能研究.pdf

1、聚丙烯腈作為一種廣泛應(yīng)用于過(guò)濾、吸附及復(fù)合材料等方面的聚合物，具有良好的耐氣候性和耐化學(xué)試劑性。此外，其較高的偶極矩(3.5D)具備用作聚合物壓電材料的潛質(zhì)。因此本文選用PAN為原料并對(duì)其壓電性能進(jìn)行研究。本文通過(guò)靜電紡絲技術(shù)，首先利用平板接收裝置制備了雜亂無(wú)序的PAN和聚偏氟乙烯(PVDF)電紡膜，在同樣的測(cè)試條件下對(duì)比得出了兩者在輸出電壓、介電常數(shù)、介電損耗的優(yōu)劣勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)改變PAN紡絲濃度和電紡膜熱處理時(shí)間，制備了不同的PAN

2、電紡膜樣品，對(duì)其輸出電壓、介電常數(shù)、介電損耗、FTIR、XRD進(jìn)行測(cè)試，研究了PAN的壓電性能以及構(gòu)象對(duì)PAN壓電性能的影響;其次，通過(guò)改變接收裝置，采用輥筒接收制備了有序取向的PAN電紡膜，通過(guò)測(cè)試其輸出電壓、FTIR、XRD研究了輥筒轉(zhuǎn)速和熱處理方式對(duì)PAN構(gòu)象及其壓電性能的影響;最后，利用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)對(duì)鈦酸鋇(BaTiO3)納米粒子進(jìn)行表面改性，將改性后的BaTiO3與PAN混溶于DMF中，再利用平板接收裝置制備了雜亂

3、無(wú)序的PAN/BaTiO3電紡膜。通過(guò)測(cè)試輸出電壓、介電常數(shù)、介電損耗、FTIR、XRD等研究了PAN/BaTiO3電紡膜的壓電性能以及BaTiO3納米粒子對(duì)PAN構(gòu)象的影響。
　　(1)與PVDF電紡膜相比，PAN電紡膜的輸出電壓是PVDF的三分之一，介電常數(shù)是PVDF的七分之一，介電損耗卻不到PVDF的二十分之一，說(shuō)明PAN可彌補(bǔ)PVDF較高的介電損耗導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域的缺憾。12wt.％的PAN電紡膜在140℃C溫度下松弛熱處理5

4、h具有最大的平面鋸齒構(gòu)象含量，其壓電性能最佳。
　　(2)通過(guò)改變輥筒轉(zhuǎn)速，可制備有序取向的PAN電紡膜，且在轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)得到取向最好的PAN電紡膜。輥筒轉(zhuǎn)速對(duì)PAN纖維的拉伸作用可促進(jìn)31螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫驿忼X構(gòu)象，且在轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)得到平面鋸齒構(gòu)象最多的PAN電紡膜，使得其壓電性能最佳。定長(zhǎng)熱處理可以在輥筒對(duì)PAN纖維拉伸作用基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行拉伸，促進(jìn)31螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫驿忼X構(gòu)象，使得定長(zhǎng)熱處理

5、后，轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)PAN電紡膜壓電性能更佳。而松弛熱處理會(huì)促使平面鋸齒構(gòu)象向31螺旋構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，使得其壓電性能變差。
　　(3)用硅烷偶聯(lián)劑(KH550)處理后，BaTiO3可均勻地分散在PAN納米纖維內(nèi)。與純PAN電紡膜相比，當(dāng)BaTiO3含量為12.5％時(shí)PAN/BaTiO3電紡膜的輸出電壓提高了300％，介電常數(shù)提高了300％，而介電損耗卻降低了67％。FTIR與XRD測(cè)試結(jié)果顯示，BaTiO3的加入可促進(jìn)PAN