Efeito piezoelétrico em têxteis inteligentes utilizando malhas por trama

Abstract

Materiais têxteis inteligentes se diferenciam dos artefatos têxteis convencionais pois possuem a capacidade de alterar suas características a partir de um estímulo externo. A exemplo disto, pode-se mencionar os têxteis com propriedades piezoelétricas. O efeito piezoelétrico se dá pela resposta elétrica a partir de um estímulo mecânico, e vice-versa. A tecnologia de malharia apresenta materiais promissores neste contexto de desenvolvimento, por oferecer características interessantes de leveza, flexibilidade, versatilidade e conforto ao produto, decorrentes da sua geometria de formação. Estudos comparativos analisando a resposta elétrica entre tecidos de malhas e tecidos planos já foram realizados. No entanto, há uma lacuna em termos de pesquisa científica no que se refere a comparação do efeito piezoelétrico em um material contendo diferentes estruturas de malha, analisando sobre a influência do ponto utilizado no desenvolvimento do raporte. Com isso, o objetivo deste trabalho é desenvolver e analisar um dispositivo têxtil comparando seu desempenho piezoelétrico a partir da utilização de duas diferentes estruturas de malha por trama, nomeadamente jersey e piqué. O dispositivo é composto por cinco camadas: uma central de nãotecido de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) obtido pela técnica de eletrofiação, envolto entre duas camadas isolantes, neste caso malhas por trama de poliéster (jersey ou piqué); e duas camadas externas condutoras, também de malha por trama de poliéster revestidas com polipirrol a partir da polimerização oxidativa in situ, a fim de torná-las malhas condutoras. As camadas foram unidas pelo auxílio de uma máquina de costura. A morfologia analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) apresentou um nãotecido de PVDF com característica porosa e filamentos de diâmetro médio em torno de 561 nanômetros, e sua característica de fase ß do polímero foi confirmada com auxílio da técnica de FTIR. O dispositivo têxtil desenvolvido foi analisado via MEV, onde pode-se observar as camadas que o constitui, sem estarem conectadas entre si. Esta técnica também permitiu a visualização comparativa das malhas com e sem a adição do polipirrol, destacando a presença de polipirrol incorporado como revestimento nas malhas e por entre e os filamentos de poliéster que as compõem. A partir dos resultados obtidos, observou-se que os dispositivos construídos a partir de malhas jersey obtiveram melhor desempenho piezoelétrico quando submetidos à força aplicada no sentido das carreiras das malhas e à pressão aplicada, apresentando comportamento correlato de curvas de força e tensão, caracterizando a presença do efeito piezoelétrico. Ainda, estas são mais leves e menos espessas do que as amostras contendo a estrutura piqué. Os dispositivos contendo a estrutura piqué apresentaram melhor desempenho piezoelétrico nos ensaios de força aplicada na direção das colunas, devido à presença de laçadas carregadas em sua estrutura de formação, além de serem mais espessas e de maior gramatura. O presente estudo contribuiu positivamente para o avanço de novos desenvolvimentos acerca de materiais têxteis com propriedades piezoelétricas, e confirma a influência dos pontos de malha no raporte no seu desempenho e em sua resposta elétrica.

Abstract: Smart textile materials differ from conventional textile products as they can change their characteristics from an external stimulus. As an example of this, it can be mentioned textiles with piezoelectric properties. The piezoelectric effect occurs through the electrical response from a mechanical stimulus, and vice versa. Knitting technology presents promising materials in this development context, as it offers interesting characteristics of lightness, flexibility, versatility, and comfort to the product, resulting from its forming geometry. Comparative studies analyzing the electrical response between knitted fabrics and woven fabrics have already been carried out. However, there is a gap in terms of scientific research regarding the comparison of the piezoelectric effect in a material containing different knitted fabric structures, analyzing the influence of the point used in the development of the rapporteur. With that, the aim of this work is to develop and analyze a textile device comparing its piezoelectric performance from the use of two different weft knitted fabrics structures, namely jersey and pique. The device is made up of five layers: a core of poly (vinylidene fluoride) (PVDF) nonwoven fabric obtained by the electrospinning technique, wrapped between two insulating layers, in this case knitted with polyester weft (jersey or pique); and two conductive outer layers, also made of polyester weft knitted fabric coated with polypyrrole from in situ oxidative polymerization, to make them conductive knitted fabrics. The layers were joined using a sewing machine. The morphology analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) showed a PVDF nonwoven with porous characteristic and filaments with an average diameter of around 561 nanometers, and its ß-phase characteristic of the polymer was confirmed with the aid of the FTIR technique. The textile device developed was analyzed via SEM, where the layers that constitute it can be observed, without being connected to each other. This technique also allowed the comparative visualization of the knitted fabrics with and without the addition of polypyrrole, highlighting the presence of polypyrrole incorporated as a coating in the knitted fabrics and between and the polyester filaments that make up the knitted fabrics by plot. From the results obtained, it was observed that the devices constructed from jersey knitted fabrics obtained better piezoelectric performance when subjected to the applied force in the direction of the knitting courses and to the applied pressure, presenting a correlated behavior of force and tension curves, characterizing the presence of the piezoelectric effect. Furthermore, these are lighter and thinner than samples containing the pique structure. The devices containing the pique structure presented better piezoelectric performance in the tests of applied force in the direction of the wales, due to the presence of loaded loops in its formation structure, besides being thicker and of greater weight. The present study has contributed positively to the advancement of new developments about textile materials with piezoelectric properties and confirms the influence of knitted fabric points in rapport on its performance and on its electrical response.