一种氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物及其制备方法

摘要

本发明提供一种氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物及其制备方法，包括含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊和聚偏氯乙烯，具体制备方法为：聚偏氯乙烯加入到混合溶剂中，搅拌均匀，得到聚偏氯乙烯溶液；将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，加入氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入凝固浴中，得到含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊；将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液；将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维；将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维经热拉伸，加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

说明书

技术领域

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物及其制备方法。

背景技术

静电纺丝技术是一项能够制备超细纤维的新技术，可利用广泛的有机、无机聚合物溶液或者熔体，在静电力的作用下产生喷射、拉伸成纳米纤维的纺丝方法。近场静电纺丝是基于静电纺丝技术的改进，与传统的静电纺丝技术相比实现了低压电纺，不仅解决了安全和能耗问题，而且实现了对纤维的精确可控沉积。近场静电的基本原理为通过缩短纺丝距离至几个厘米甚至几个毫米的距离，电压降至1-4kV，从而达到降低纺丝电压的效果，但是近场静电受探针针蘸取纺丝液量少，难以实现大范围的连续纺丝，因此，在纺织面料方面的应用并不多见。

聚偏氯乙烯是一种兼具柔韧和压电特性的高聚物，将聚偏氯乙烯与普通织物结合可形成具有传感性能的智能织物，但是聚偏氯乙烯与普通织物之间的结合会直接影响智能织物的传感效果，因此，制备聚偏氯乙烯压电纤维具有十分好的应用前景。中国发明专利(CN109023555A)公开了一种单根压电纤维丝及其制备方法，将PVDF粉末溶于反应容器中的N，N-二甲基甲酰胺，得到混合溶液，密封处理，缓慢加热至70℃后，搅拌6小时，然后静置冷却至室温，加入4g丙酮，配制得到浓度为18％的PVDF溶液，然后将PVDF溶液作为纺丝液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到单根压电纤维丝，静电纺丝工序采用的纺丝电压为4KV～5KV。中国发明专利(CN109722754A)公开了一种Cu/PVDF-TrFE/CNTY复合压电纱的制备方法，称取PVDF-TrFE粉末溶于DMF和丙酮形成的混合溶剂中，得到浓度为20wt％的PVDF-TrFE溶液；将PVDF-TrFE溶液分别送入连接+20kV正电压和-20kV负电压的两个纺丝喷头同时进行静电纺丝，分别得到带有正电荷的PVDF-TrFE纳米纤维和带有负电荷的PVDF-TrFE纳米纤维；将带有正电荷的PVDF-TrFE纳米纤维和带有负电荷的PVDF-TrFE纳米纤维并加捻，得到PVDF-TrFE/CNTY复合纱，穿过导纱孔后由罗拉卷绕收集，极化处理最后PVDF-TrFE/CNTY复合纱表面溅射涂层铜纳米薄膜，得到Cu/PVDF-TrFE/CNTY复合压电纱。由上述现有技术可知，目前将聚偏氯乙烯经近场静电纺丝方面的研究并不多见。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物，所述氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物中包括含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊和聚偏氯乙烯。

本发明还提供所述的一种氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚偏氯乙烯加入到混合溶剂中，搅拌均匀，得到聚偏氯乙烯溶液；

(2)将步骤(1)制备的聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，加入氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入凝固浴中，得到含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊；

(3)将步骤(2)制备的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到步骤(1)制备的聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液；

(4)将步骤(3)制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维；

(5)将步骤(4)制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维经热拉伸，加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，聚偏氯乙烯的分子量为550000。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，混合溶剂为体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，聚偏氯乙烯溶液中聚偏氯乙烯的含量22-25wt％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.05-0.06:0.3-0.4。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.1-0.2。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的8-12:100。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，近场静电纺丝的条件为在1-2KV电压下，纺丝间距为5-8mm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，热拉伸的比例为3-4。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物包括含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊和聚偏氯乙烯，其中含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊是利用硼氢化钠和氯化镍的延时发泡原理，当混合溶液进入到凝固浴中，聚偏氯乙烯在液滴表面固化形成囊壁，氧化石墨烯随着水分子进入到聚偏氯乙烯囊壁的内部形成芯层，因而形成含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(2)本发明制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物中通过加入氧化石墨烯成分，促使偏氯乙烯更牢固地附着附着于含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊周围，而且氧化石墨烯经聚偏氯乙烯包覆成胶囊后，可均匀分布于氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物中，有利于提高压电织物的反应效率，而且有利于提高压电织物的力学性能，降低织物的织造难度，因此，本发明制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物具有更好的稳定性。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在40℃下搅拌均匀，得到含量22wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.05:0.3，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.1，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的8:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在1KV电压下，纺丝间距为5mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维，按照热拉伸的比例为3，在80℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

实施例2：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在45℃下搅拌均匀，得到含量25wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.06:0.4，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.2，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的12:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在2KV电压下，纺丝间距为8mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为4，在100℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

实施例3：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在42℃下搅拌均匀，得到含量23wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.055:0.34，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.15，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的10:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在1.5KV电压下，纺丝间距为6mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为3-4，在90℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

实施例4：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在44℃下搅拌均匀，得到含量24wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.052:0.37，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.17，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的11:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在1.2KV电压下，纺丝间距为6.5mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为4，在80℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

实施例5：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在40℃下搅拌均匀，得到含量25wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.05:0.4，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.1，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的12:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在1KV电压下，纺丝间距为8mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为3，在80℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

实施例6：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在45℃下搅拌均匀，得到含量22wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照聚偏氯乙烯、氯化镍和硼氢化钠的质量比为1:0.06:0.3，将聚偏氯乙烯溶液中加入氯化镍和硼氢化钠，搅拌均匀，按照聚偏氯乙烯和氧化石墨烯的质量比为1:0.2，加入20mg/mL的氧化石墨烯溶液，继续混合均匀，滴加入水凝固浴中，得到粒径为500-900nm的含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊。

(3)按照含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊与聚偏氯乙烯溶液的8:100，将含氧化石墨烯的聚偏氯乙烯胶囊加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在2KV电压下，纺丝间距为5mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(5)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为4，在95℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

对比例1：

(1)分子量为550000的聚偏氯乙烯加入到体积比为1:1的DMF和丙酮的混合溶液中，在45℃下搅拌均匀，得到含量22wt％的聚偏氯乙烯溶液。

(2)按照氧化石墨烯与聚偏氯乙烯溶液的3:100，将氧化石墨烯溶液加入到聚偏氯乙烯溶液，搅拌均匀，得到固含量为30wt％的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液。

(3)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯纺丝液在2KV电压下，纺丝间距为5mm的条件下，进行近场静电纺丝，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维。

(4)将氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯初生纤维按照热拉伸的比例为4，在95℃下经热拉伸，按照50捻/10cm的密度加捻，织造，得到氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物。

经检测，实施例1-6和对比例1制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物以及现有技术的聚偏氯乙烯压电织物中纤维的β相含量、α相含量和结晶度的结果如下所示：

由上表可见，本发明制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物中纤维中加入氧化石墨烯有利于提高纤维的结晶度和β相含量有所提高，且氧化石墨烯经聚偏氯乙烯包覆后加入纤维中，纤维的结晶度和β相含量得到进一步提高。

将实施例1-6和对比例1制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物以及现有技术的聚偏氯乙烯压电织物与导电外电极复合，在50MV/m的极化电场作用下，经检测输出电压峰峰值(Vpp/mV)的结果如下所示：

由上表可见，本发明制备的氧化石墨烯改性聚偏氯乙烯压电织物在高电场极化下电压输出高，压电性能好。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。