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為原料并對其壓電性能進(jìn)行研究。本文通過靜電紡絲技術(shù)，首先利用平板接收裝置制備了雜亂無序的PAN和聚偏氟乙烯(PVDF)電紡膜，在同樣的測試條件下對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。同時，通過改變PAN紡絲濃度和電紡膜熱處理時間，制備了不同的PAN

2、電紡膜樣品，對其輸出電壓、介電常數(shù)、介電損耗、FTIR、XRD進(jìn)行測試，研究了PAN的壓電性能以及構(gòu)象對PAN壓電性能的影響;其次，通過改變接收裝置，采用輥筒接收制備了有序取向的PAN電紡膜，通過測試其輸出電壓、FTIR、XRD研究了輥筒轉(zhuǎn)速和熱處理方式對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、無序的PAN/BaTiO3電紡膜。通過測試輸出電壓、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，說明PAN可彌補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時得到取向最好的PAN電紡膜。輥筒轉(zhuǎn)速對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。定長熱處理可以在輥筒對PAN纖維拉伸作用基礎(chǔ)上進(jìn)一步對其進(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，使得定長熱處理

5、后，轉(zhuǎn)速為1200r/min時PAN電紡膜壓電性能更佳。而松弛熱處理會促使平面鋸齒構(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測試結(jié)果顯示，BaTiO3的加入可促進(jìn)PAN