The Effects of Post-Treatments for Wet Spun PVDF on the Piezoelectric Property

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 process. The heat stretching and annealing conditions were controlled by changing temperature between glass transition temperature and melting temperature. From these experimental data, the resulting crystal structure of the ${\beta}$-phase crystalline was confirmed by FT-IR and XRD experiments. From these analysis results, optimum stretching and annealing conditions of the wet spun PVDF fibers were founded to increase high ${\beta}$-phase crystalline. Furthermore results showed that thermal processing had a direct effect on modifying the crystalline microstructure and also confirmed that heat stretching and annealing could increase the degree of crystallinity and ${\beta}$-phase crystalline. Finally, piezoelectric constant ($d_{11}$) of the post heat treated PVDF fibers reinforced composite were measured to investigate the feasibility for the sensing materials.

습식방사 된 PVDF 섬유의 후 처리를 통한 결정구조의 변화

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.