Investigation of the Possibility of Generating Electric Current from PVDF/PU Polymer Alloy Layer under Cyclic Tensile Loading

Document Type : Original Article

Authors
Behrang Adeli
Ali Akbar Gharehaghaji
Ali Asghar Asgharian Jeddi
Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology, Postal Code 1591634311, Tehran, Iran
10.48302/jtp.2023.159252
Abstract
Polyvinylidenefluoride (PVDF) as a piezoelectric material, is widely used due to its desirable mechanical
properties. The combination of PVDF with polyurethane (PU) creates a polymer alloy with high elastic
properties that allows the tensile force to be applied to the polymer alloy and its reversibility after
force removal. This study aimed to generate the electric current from PVDF/PU polymer alloy without
direct pressure or impact, with the new method under cyclic tensile loading. The results showed that the
polymer alloy layer, under cyclic tensile loading, generates an electric current and the electric voltage
between 3 mV to 8 mV. The applied tensile force created a compressive force on the body of the layer.
PVDF created an electric current due to this compressive force. The fibers were aligned in the polymer
layers to improve energy harvesting. The electric current from the layers was measured and compared
before and after the fiber alignment. Fiber alignment was performed by increasing the rotation speed of
the collecting drum. The results showed that increasing the speed of the collecting roller by 10 times,
lead to an increase in the electric current generation by 27%.
Keywords
piezoelectric property
electrospinning
PVDF/PU elastic polymer alloy
energy harvesting
tensile cyclic loading

Article Title Persian

بررسی امکان تولید جریان الکتریکی از لایه آلیاژ پلیمری PVDF-PU تحت بارهای کششی چرخه ای

Authors Persian

بهرنگ عادلی
علی اکبری قره آقاجی
علی اصغر اصغریان جدی
تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، کد پستی 1591634311
Abstract Persian

   پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) به عنوان یک ماده پیزوالکتریک، به دلیل خواص مکانیکی مطلوبی مانند انعطاف‌پذیری بالا، وزن کم، و پایداری در میدان الکتریکی، کاربرد بسیار دارد. ترکیب PVDF با پلی‌اورتان ترموپلاستیک(PU)، یک آلیاژ پلیمری با خواص الاستیسیته بالا ایجاد می نماید که امکان اعمال نیروی کششی به آلیاژ پلیمری و برگشت پذیری آن بعد از حذف نیرو را میسر می سازد. هدف از این تحقیق امکان تولید جریان الکتریکی از آلیاژ پلیمری PVDF/PU  در روشی نوین، از یک پیزوالکتریک، بدون اعمال فشار مستقیم و یا ضربه و فقط با اعمال نیروی کششی تکرارشونده بود. نتایج نشان داد آلیاژ پلیمری می تواند تحت نیروی کششی تکرار شونده، ایجاد جریان الکتریکی و ولتاژ 3 تا 8 میلی ولت نماید. PVDF  موجود در آلیاژپلیمری، تحت تاثیر نیروی فشاری ناشی از کشش، جریان الکتریکی و ولتاژ الکتریکی تولید نمود. نیروی کششی اعمال شده با تغییر ابعاد لایه، سبب ایجاد نیروی فشاری بر بدنه لایه شده و در اثر این نیروی فشاری، رفتار پیزوالکتریک آلیاژ پلیمری نمایان شد. برای بهبود تولید جریان الکتریکی، نانو الیاف لایه های پلیمری، هم راستا شدند. جریان الکتریکی حاصل از لایه ها، قبل و بعد ازهم راستا سازی اندازه‌گیری و مقایسه گردید. با 10 برابر شدن سرعت برداشت نانو الیاف آلیاژ پلیمری هم راستا شدند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که جریان الکتریکی تولیدی از نانو الیاف هم راستا تحت نیروی کششی تکرارشونده 27درصد نسبت به نمونه اولیه افزایش یافت.
 

Keywords Persian

خاصیت پیزوالکتریک
الکتروریسی
آلیاژ پلیمری کشسان PVDF-PU
تولید جریان الکتریکی
بارهای کششی چرخه ای