[发明专利]一种制备超柔软的压电PVDF纱线的方法

说明书

本发明公开了一种利用静电纺丝技术和磁控溅射技术制备超柔软的压电PVDF纱线的方法，首先将PVDF溶解于DMF中，配置一定浓度的纺丝溶液；其次利用静电纺丝技术将PVDF包覆在导电纱线表面，制备导电纱线‑PVDF压电膜；最后利用磁控溅射技术将导电金属膜溅射在导电纱线‑PVDF压电膜表面，制备超柔软的压电PVDF纱线。本发明以导电纱线作为芯纱，由于其具有良好的柔软性和导电性，可使织物具有柔软的手感，PVDF产生的压电信号简单、成本低廉、操作简单。利用静电纺丝技术和磁控溅射技术相结合，可以制备超柔软并具有压电性能的PVDF纱线，从而更加便捷的应用于压电织物中。

技术领域

本发明涉及一种用静电纺丝技术和磁控溅射技术制备超柔软的压电PVDF纱线的方法，属于柔性压电材料领域。

背景技术

压电材料是指受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，利用压电材料可实现机械振动和电能的互相转换，因此，其在传感和驱动领域有着广泛的应用。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种具有强压电效应的压电材料，它具有声阻抗小、频率响应宽、介电常数小、耐冲击性强、便于加工成任意形状的优点，是当前柔性压电材料中使用最广泛的高分子材料。除此之外，压电材料还有优良的韧性、化学稳定性和耐腐蚀性，这使其在能量收集领域、医疗领域、力学测量领域、电子设备领域等方面的应用日益成熟。

随着科学技术的不断发展，制备压电纱线的方法也多种多样，但纱线的信号强度和柔软程度可能不足以满足需要，故本发明提供了一种利用静电纺丝技术和磁控溅射技术制备超柔软的压电PVDF纱线的方法。首先，采用导电纱线或超细导电金属丝作为压电纱线的芯纱，使纱线具有较好的柔软性，亦增加了纱线的导电性；其次，静电纺丝技术具有操作简单，成本低等优点，并且制备出的PVDF薄膜具有压电性能，可以产生压电信号；最后，磁控溅射技术具有沉积薄膜与衬底结合牢固、基材温升低、沉积速率快、镀层均匀等优点，利用磁控溅射技术沉积的薄膜，增加了纱线的导电性，可以更好的将PVDF电信号导出。通过静电纺丝技术和磁控溅射技术制备出具有压电性能的纱线，可以满足织物的柔软性要求，且压电性能良好，从而可以广泛的应用于织物中。

发明内容

本发明利用静电纺丝和磁控溅射两种技术，以导电纱线作为芯层，在其表面包覆一层PVDF薄膜，然后以此为基础，通过磁控溅射技术在PVDF薄膜表面制备一层超薄的导电金属薄膜，利用导电纱线和导电金属薄膜的导电性，能将PVDF产生的压电信号导出。具体步骤如下：

1)在室温下，取一定量的聚偏氟乙烯(PVDF)粉末溶解于二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，得到混合溶液，得到的混合溶液中放入磁子，置于容器中密封处理，密封处理过后装有溶液的容器置于75℃水浴锅中，高温加热搅拌4h，加热完毕，取出静置冷却至室温，得PVDF的浓度为10％～12％的纺丝液；

2)用注射器抽取步骤1)中得到的纺丝液，将注射器固定于注射泵中，调节静电纺丝参数，将喷丝头分别接高伏电压正负极，溶液在电场力的作用下在喷丝头的泰勒锥顶点被加速，在足够大的电场力作用下，克服表面张力喷射细流，使细流在喇叭口处形成纤维网。同时导电纱线通过喇叭口后，从PVDF纤维网中被卷绕辊拉出，从而使压电PVDF通过旋转的喇叭口均匀地包覆在导电纱线上并最终被卷绕辊收集，得到以导电纱线为芯纱，PVDF包覆的压电纤维；

3)将步骤2)中所制备的包芯纱放入烘箱中烘干，得到导电纱线-PVDF压电包芯纱；

4)将步骤3)得到的导电纱线-PVDF压电包芯纱进行磁控溅射，在其表面生成一层致密的导电金属薄膜，重复本步骤3次，最终得到超柔软的压电PVDF纱线。

进一步的，水浴锅温度65℃～85℃，磁子搅拌时间3h～5h。

进一步的，静电纺丝参数如下：纺丝液挤出速度为0.4ml/h～0.6ml/h，纺丝距离为10cm，双针头距离为12cm，纺丝电压为4KV～6KV，卷绕辊的转速为0.2mm/s，喇叭口的转速为800rpm～1000rpm，静电纺丝环境温度为20±2℃，相对湿度为60±5％。