一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法与流程

技术特征：

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。

2.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一(1)所述的碳纳米管为多壁碳纳米管(MWCNTs)或单壁碳纳米管(SWCNT)中的一种。

3.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一(1)所述的碳纳米管在混酸中的浓度为4mg/mL-20mg/mL。

4.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一(3)所述的纳米钛酸钡与乙醇量的比为2.5mg/mL-20mg/mL。

5.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一(4)所述改性后的纳米钛酸钡与酰胺化的碳纳米管的质量比为1:1-12:1。

6.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤二所述聚偏氟乙烯常用的浓度为8wt％-20wt％，CNT@BaTiO3颗粒的浓度为0.01wt％-2.0wt％，有机溶剂和丙酮的体积比为9:1-5:5。

7.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤三静电纺丝的电压为12-26kV，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。

8.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于制备的复合材料纤维膜的结晶度为55％-80％，β晶相的含量为60％-91％，压电常数d33为35-50pC/N。

9.根据权利要求1所述的高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，聚偏氟乙烯复合材料前驱体中CNT@BaTiO3添加剂的制备是通过化学方法使两种纳米无机颗粒结合在一起，减少了两种颗粒的团聚性，使CNT@BaTiO3能在聚合物溶液中均匀分布，纺丝能够顺利进行。