Melt Spun Piezoelectric Textile Fibres - an Experimental Study
Doktorsavhandling, 2013

Melt Spun Piezoelectric Textile Fibres - an Experimental Study ANJA LUND Department of Materials and Manufacturing Technology Chalmers University of Technology ABSTRACT The manufacturing and characterisation of piezoelectric textile fibres are described in this thesis. A piezoelectric material is one that generates an electric voltage when deformed, a property which exists in a number of materials. The polymer with the strongest known piezoelectric effect today is poly(vinylidene fluoride) (PVDF), however it must be processed under certain conditions to become piezoelectric. This study shows that piezoelectric bicomponent PVDF-based fibres can be produced by melt spinning, which is a common and relatively simple fibre spinning method. The melt spinning process must include cold drawing, as this introduces a polar crystalline structure in the polymer. The fibres must also be electroded, which is done by producing bicomponent fibres with a core-and-sheath structure. The core is electrically conductive and constitutes an inner electrode consisting of a carbon black/polymer compound, whereas the sheath is PVDF and constitutes the piezoelectric component. Being sensitive to both deformation and temperature changes, these fibres are anticipated to be useful in a number of sensor applications. The flexibility and small size of the fibres makes it possible to include them as miniature-sensors in structures or garment without affecting the shape or comfort.

fibre

poly(vinylidene fluoride)

PVDF

piezoelectric

smart textile

VDL-room, Hörsalsvägen 7a, Göteborg
Opponent: Professor Ulf Gedde, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden

Författare

Anja Lund

Chalmers, Material- och tillverkningsteknik, Polymera material och kompositer

Denna avhandling beskriver tillverkning och provning av piezoelektriska textilfibrer. Ett piezoelektriskt material har förmågan att generera en elektrisk spänning när det deformeras. Polyvinylidenfluorid (PVDF) uppvisar, enligt vad som är känt idag, den tydligaste piezoelektriska effekten bland polymererna. Dock måste PVDF bearbetas under vissa betingelser för att bli piezoelektrisk. Undersökningen visar att det är möjligt att tillverka piezoelektriska bikomponentfibrer genom smältspinning, vilken är en vanligt förekommande och relativt enkel metod för fiberframställning. Fibrerna måste kallsträckas under spinningen – detta gör att en polär kristallstruktur bildas i polymeren. Fibrerna måste också förses med elektroder, vilket här åstadkommits genom att tillverka bikomponentfibrer med en kärna-hölje-struktur. Fiberns kärna utgörs av en blandning av en polymer och kol (kimrök) vilket gör den elektriskt ledande; därmed kan den utgöra en inre elektrod. Höljet består av PVDF som då utgör den piezoelektriska komponenten. En yttre elektrod kan påföras efter spinningen som en konduktiv beläggning. De färdiga fibrerna reagerar på deformation såväl som temperaturförändringar, och förväntas vara användbara som sensorer i diverse tillämpningar. De små och flexibla piezoelektriska fibrerna bör kunna integreras som miniatyrsensorer i olika typer av strukturer eller plagg, utan att påverka dess form, utseende eller komfort.

Ämneskategorier

Textil-, gummi- och polymermaterial

Styrkeområden

Materialvetenskap

ISBN

978-91-7385-889-2

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 3570

Utgivare

Chalmers tekniska högskola

VDL-room, Hörsalsvägen 7a, Göteborg

Opponent: Professor Ulf Gedde, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden