[发明专利]一种同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法

权利要求书

1.一种同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于，该纤维薄膜采用简单的聚合物为原料，以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯部，聚丙烯腈(PAN)为壳结构，以二者的相互作用作为增强纤维薄膜压电性能的基本原理，采用同轴静电纺丝的方法制备而成，具体操作包括以下步骤:

(1)芯部结构用聚偏氟乙烯(PVDF)溶液的配备

称取聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，放置锥形瓶内；溶液采用体积比为1:1-3:2的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮作为混合溶剂，添加丙酮能够提高溶液的挥发性，随后将粉末与溶液相混合，制备10wt％-15wt％的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液，采用磁力搅拌器磁力搅拌3-5h，静置24小时后备用；

(2)壳层结构用聚丙烯腈(PAN)溶液的配备

称取聚丙烯腈(PAN)粉末，放置锥形瓶内；溶液采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，随后将粉末与溶液相混合，制备15wt％-20wt％的聚丙烯腈PAN溶液，采用磁力搅拌器磁力搅拌2-5h，静置一夜后备用；

(3)聚偏氟乙烯/聚丙烯腈(PVDF/PAN)同轴高压电复合纤维薄膜材料的制备

先将步骤(1)配制好的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液吸入医用注射器中，再将步骤(2)配制好的聚丙烯腈(PAN)溶液吸入另一个医用注射器中，将两个注射器分别在两个注射泵上夹持好，连接好注射器和针头，设置注射速度，然后将高压电源正极连接到纺丝不锈钢针头上，铝箔接负极，选择接收装置，设置纺丝参数针头尺寸、纺丝电压、溶液注入速度、纺丝距离和滚筒接收转速，开始纺丝，结束后，关掉电源把铝箔从接收装置上小心揭下，放到30℃-80℃的鼓风干燥箱中干燥3-5h，使纤维薄膜干燥，去除残留在纤维薄膜上的溶剂，然后把干燥的纤维薄膜转到样品袋中，写好标签，放到干燥器中保存待用。

2.根据权利要求1所述的同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于步骤(3)所述的纺丝针头为同轴针头，其型号为1420G-1825G，针头型号不宜过大，太大的内外径差会影响PVDF纤维相结构的转变和同轴性。

3.根据权利要求1所述的同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于步骤(3)所述纺丝的注射速度PVDF核/PAN壳分别设为1:1.5mL/h-1:2mL/h；壳层的速度较核层大一些，以增强其束缚作用。

4.根据权利要求1所述同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于步骤(3)中静电纺丝的电压为22KV，针头到收集装置间的距离为10-15cm，采用滚筒作为收集装置，滚筒的转速为1000rpm以上；温度在25～35℃，环境湿度在25％以下。

5.根据权利要求1所述同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于步骤(3)中静电纺丝纤维薄膜的厚度为7.5μm，同轴纤维丝的直径在494nm-928nm，其中芯层直径在200nm-526nm；核壳两层相互束缚，具有较好的同轴性。

6.根据权利要求1至5任一项所述的同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，其特征在于所制备的同轴复合材料纤维薄膜的结晶度为40％，β晶相的含量为54％-65％，压电常数D₃₃为36-45pC/N。