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습식방사 된 PVDF 섬유의 후 처리를 통한 결정구조의 변화
The Effects of Post-Treatments for Wet Spun PVDF on the Piezoelectric Property 원문보기

Composites research = 복합재료, v.26 no.2, 2013년, pp.123 - 128  

유성미 (전북대학교 유기소재파이버공학과 대학원) ,  오현주 (전북대학교 유기소재파이버공학과 대학원) ,  황상균 (안동대학교 기계설계공학과) ,  정용식 (전북대학교 유기소재파이버공학과 대학원) ,  황희윤 (안동대학교 기계설계공학과) ,  김성수 (전북대학교 유기소재파이버공학과)

초록
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PVDF(polyvinylidene fluoride) 섬유는 습식방사방법을 적용하여 제조하였다. PVDF 분자 내 압전 특성과 밀접한 관련을 갖는 ${\beta}$형태의 결정 함량을 높이기 위하여, 본 연구에서는 습식방사 된 섬유에 1단계 연신, 2단계 어닐링 공정으로 구성하여 후 처리를 도입하였다. 후 처리는 PVDF 고분자의 유리전이 온도($T_g$)와 용융온도($T_m$) 사이의 온도범위에서 진행하여, 최대의 ${\beta}$형태 결정을 생성 할 수 있는 열처리 조건을 최적화 하였다. 제조된 PVDF 섬유 내 분자 배향 특성과 결정 구조를 확인하기 위하여 적외선 분광 광도계(FT-IR)와 X선 회절 분석기(XRD)를 이용하여 분석하였으며, 전자현미경(SEM)을 통하여 섬유의 표면을 관찰하여 섬유의 평균직경을 확인하였다. 분석 결과, 후 처리 공정이 PVDF 결정 구조의 영향을 미치며, ${\beta}$형태의 결정 비율을 증가시킨다는 것을 확인하였다. 더불어 ${\beta}$형태 결정 향상으로 인해 기계적 강도가 증가되었으며, 압전 특성 향상까지 기대할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The PVDF (polyvinylidene fluoride) fibers were prepared using the wet spinning processing. To improve ${\beta}$-phase crystalline which closely related piezoelectric property PVDF wet spun fibers conducted post treatment. Post treatment is consisted of heat stretching and annealing proces...

주제어

#폴리비닐리덴플루오라이드   #후열처리   #${\beta}$형태 결정   #압전상수  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 습식방사방법을 적용하여 PVDF wet spunfiber 제조하였으며, 압전 특성과 밀접한 관련을 갖는 β형태의 결정 함량을 높이기 위하여 최적의 연신 및 열처리 조건을 확립하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
습식방사의 제조원리는? 1과 같은 습식방사장치를 이용하여 섬유를 제조하였다. 습식방사는 중합체를 용매에 용해시켜 제조한 방사원액(Dope)을 기어펌프와 방사노즐을 통해 용제를 함유한 수용액이 담긴 응고 욕조로 토출 시킨다. 토출된 방사액상과 응고 욕조 내부의 용매 및 비용매의 상호확산이 일어남에 따라 방사액상으로 비용매가 침투하여, 고분자-용매-비용매의 3성분 계에서 상 분리와 침전이 발생하면서 필라멘트의 고화가 진행됨으로써 섬유가 얻어진다.또한 습식방사는 방사욕조 내에서 연신과 장력을 주어 사슬 모양 고분자를 섬유방향으로 배향시킴으로써 섬유의 기계적 성질 또한 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
PVDF 섬유 제조시 용융방사 시스템을 사용하는 이유는? 일반적으로 PVDF 섬유를 제조 시 방사공정이 편리하고,방사속도를 빠르게 할 수 있으므로 생산성을 높일 수 있기때문에 용융방사 시스템을 이용하고 있다. 그러나 용융방사 장비 구축 시 고가의 비용이 들고, 용융방사에 의해 제조할 수 있는 섬유의 사이즈가 제한적이라는 단점을 가지고 있다.
용융방사 시스템의 단점은? 일반적으로 PVDF 섬유를 제조 시 방사공정이 편리하고,방사속도를 빠르게 할 수 있으므로 생산성을 높일 수 있기때문에 용융방사 시스템을 이용하고 있다. 그러나 용융방사 장비 구축 시 고가의 비용이 들고, 용융방사에 의해 제조할 수 있는 섬유의 사이즈가 제한적이라는 단점을 가지고 있다. 이와 비교하여 습식방사로 제조된 섬유는 습식방사의 응고 원리로 인하여 PVDF의 분자 내 극성기인 플루오르 이온이 용매(Solvent)나 응고액(비용매)인 물의 영향으로 한쪽 방향으로 배열 되기 쉽기 때문에 방사 초기 단계에서의 섬유 내 β형태 결정비율이 α형태 결정비율에 비해높다.
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참고문헌 (10)

  1. Yamauchi, N., "A Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) Device Using a Ferroelectric Polymer Thin Film in the Gate Insulator," Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 25, 1986, pp. 590-594. 

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  2. Porter, S., "Development in Crystalline Polymers -1," London Applied Science, 1982, Vol. 20, 1982, pp. 279. 

  3. Toda, A., "Three-dimensional Morphology of PVDF Single Crystals Forming Banded Spherulites," Polymer Science, Vol. 42, 2001, pp. 2223-2233. 

  4. Davis, G.T., McKinney, J.E., Broadhurst, M.G., and Roth, S.C., "Electric-field-induced Phase Changes in Poly(vinylidene fluoride)," Journal of Applied Physics, Vol. 49. 1978, pp. 4998. 

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  6. Gregorio, R., "Determination of the ${\alpha}$ , ${\beta}$ , and ${\gamma}$ Crystalline Phases of Poly(vinylidene fluoride) Films Prepared at Different Conditions," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 100, 2006, pp. 3272-3279. 

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  7. Yun, Y., Yadong, J., Wu, Z., Zeng, H., Yang, Y., and Li, W., "Characterization and Ferroelectric Properties of Electric Poled PVDF Films," International Symposium on Electrets, ISE-12, 2005. pp. 132-135. 

  8. Yee, W.A., Kotaki, M., Liu, Y., and Lu, X., "Morphology, Polymorphism Behavior and Molecular Orientation of Electrospun Poly(vinylidene fluoride) Fibers," Polymer Science, Vol. 48, 2007, pp. 512-521. 

  9. Nakagawa, K., and Ishida, Y., "Piezoelectricity and Pyroelectricity in Polyvinylidene Fluoride-a Model," Journal of Applied Physics, Vol. 49, 1978, pp. 2153-1973. 

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  10. Vyshatko, N., Brioso, F., Erez, J., Vilarinho, P., and Kholkin, A., "Measurements of Piezoelectric Properties of Ferroelectric Thick Films by Fotonic Sensor," Journal of Applied Physics, Vol. 320, 2005, pp. 639-646. 

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