[发明专利]一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法

摘要

一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，涉及压电柔性材料的制备技术。聚偏氟乙烯复合材料是以聚偏氟乙烯为基体，以纳米钛酸钡与碳纳米管形成的核壳结构为增强体，通过静电纺丝方法制备出的复合纤维膜。本发明的目的在于克服现有聚偏氟乙烯压电纤维膜中掺杂两种增强体混合不均匀，两种增强体各自团聚或者纤维膜中β晶相含量不高，压电性能不好的问题。用化学方法制备的CNT@BaTiO3(核/壳)颗粒能均匀的分散在聚合物中，所制备的复合纤维膜具有良好的柔韧性、力学性能。其结晶度为55％‑80％，β晶相的含量为60％‑91％，压电常数D33为35‑50pC/N，能够应用于压电传感器、压电纳米发电机等器件。

主权项

1.一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法以PVDF为基体，CNT@BaTiO3核/壳结构为增强体，采用静电纺丝的方法制备而成，具体操作包括以下步骤：一、CNT@BaTiO3核壳结构的制备(1)碳纳米管的混酸改性：配制体积比为1:1‑5:1的浓硫酸和浓硝酸的混酸，将原始碳纳米管放入到配好的混酸中，先室温超声30‑60min，后40‑80℃超声4‑8h，离心，用去离子水洗涤，反复几次，直至PH＝7；把所得CNT在50‑120℃下真空干燥至恒重；(2)酸改性碳纳米管的酰胺化：将上步酸改性碳纳米管和1mol/L的HCl超声15‑60min，再放入过量的对苯二胺，在60‑130℃下回流18‑26h，离心，洗涤，并于50‑120℃真空干燥至恒重，得到酰胺化的碳纳米管；(3)纳米钛酸钡的表面改性：将纳米BaTiO3颗粒加入到乙醇中，超声分散30‑120min，再加入0.5‑2g KH550硅烷偶联剂，在50‑90℃下搅拌反应2‑5h后，离心，50‑120℃真空干燥至恒重；(4)CNT@BaTiO3的接枝反应：将1mol/L的HCl和步骤一(3)改性过的BaTiO3颗粒加入到容器中，超声分散0.5‑2h，再将步骤一(2)酰胺化的CNT加入到盛有正己烷的锥形瓶中超声15‑60min混合均匀，倒入到改性BaTiO3溶液中，保持1‑5℃的冰浴条件搅拌8‑15h，离心，洗涤，50‑120℃下真空干燥至恒重，得到所需的化学键连接的CNT@BaTiO3颗粒；二、前驱体纺丝溶液的配制：将步骤一得到的CNT@BaTiO3颗粒放入到N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)有机溶剂中超声分散1‑4h得CNT@BaTiO3分散液，同时将聚偏氟乙烯(PVDF)粉末与有机溶剂在40‑60℃下磁力搅拌1‑5h至PVDF粉末全部溶解，再加入配制好的CNT@BaTiO3分散液和丙酮，超声分散30min，磁力搅拌1‑3h，待颗粒在PVDF溶液中分散均匀，静置后，备用；三、.PVDF/CNT@BaTiO3纳米复合材料的制备：先将4mL步骤二配制好的前驱体溶液吸入医用注射器中，注射器在注射泵上夹持好，连接好注射器和针头，设置好注射速度，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，选择好接收装置，设置好纺丝参数，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50‑100℃的鼓风干燥箱中干燥2‑8h，使残留的溶剂挥发，然后把干燥的纤维膜转到样品袋中，写好标签，放到干燥器中保存待用。