一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115948859A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310072936.4D01F1/09(2006.01)(22)申请日2017.12.25(62)分案原申请数据201711414717.02017.12.25(71)申请人天津理工大学地址300384天津市西青区宾水西道391号(72)发明人马叙蒋莉丁燕红(74)专利代理机构北京恒律知识产权代理有限公司11416专利代理师任霜(51)Int.Cl.D04H1/4326(2012.01)D04H1/728(2012.01)D01D5/00(2006.01)D01F6/48(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图2页(54)发明名称一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法(57)摘要本发明属于压电柔性材料制备技术领域，具体涉及一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法。本发明提供的高压电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得到。本发明的目的在于克服现有高压电聚偏氟乙烯复合材料中掺杂两种增强体混合不均匀、两种增强体各自团聚或者复合材料中β晶相含量不高以及压电性能不好的问题。本发明采用的CNT@BaTiO3(核/壳)颗粒能均匀的分散在聚合物中，制备的复合材料具有良好的柔韧性和力学性能，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等器件。CN115948859ACN115948859A权利要求书1/2页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，所述高压电聚偏氟乙烯复合材料以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，所述制备方法包括以下步骤：(1)、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所述混酸中，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，得到酸改性碳纳米管；2)、酸改性碳纳米管的酰胺化：将所述酸改性碳纳米管和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，得到酰胺化碳纳米管；3)、纳米钛酸钡的表面改性：将2g纳米BaTiO3颗粒加入到乙醇中，超声分散30‑120min，再加入0.5‑2gKH550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，得到表面改性BaTiO3颗粒；4)、CNT@BaTiO3的接枝反应：将1mol/L的HCl和所述表面改性BaTiO3颗粒加入到容器中，超声分散0.5‑2h，得到表面改性BaTiO3颗粒溶液；再将所述酰胺化碳纳米管加入到盛有正己烷的锥形瓶中超声15‑60min混合均匀，倒入到所述表面改性BaTiO3颗粒溶液中，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，得到化学键连接的CNT@BaTiO3核壳结构；(2)、前驱体纺丝溶液的配制：将所述CNT@BaTiO3核壳结构放入到N,N‑二甲基甲酰胺有机溶剂中超声分散1‑4h，得到CNT@BaTiO3分散液；同时将聚偏氟乙烯粉末与有机溶剂在40‑60℃下磁力搅拌1‑5h至聚偏氟乙烯粉末全部溶解，再在所得聚偏氟乙烯溶液中加入所述CNT@BaTiO3分散液和丙酮，超声分散30min，磁力搅拌1‑3h，待颗粒在聚偏氟乙烯溶液中分散均匀，静置后，得到前驱体纺丝溶液，备用；(3)、PVDF/CNT@BaTiO3纳米复合材料的制备：将4mL所述前驱体纺丝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，得到高压电聚偏氟乙烯复合材料；所述碳纳米管为单壁碳纳米管；所述碳纳米管在混酸中的浓度为4mg/mL‑20mg/mL；所述注射泵的注射速度为0.5mL/h‑3.0mL/h，所选针头型号为27G‑18G，针头到收集装置间的距离为10‑20cm，采用滚筒作为收集装置，滚筒的转速为300‑2500rpm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米钛酸钡与乙醇的用量比为2.5mg/m