專利名稱:壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種壓電復合材料,具體涉及一種壓電陶瓷與非極性聚合物復合材料。
背景技術:
壓電陶瓷與聚合物復合材料中的聚合物相具有優(yōu)異的粘結(jié)性和良好的加工性,目前常用的聚合物相主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物P(VDF-TeFE)、尼龍11和環(huán)氧樹脂等。已成功地應用于各種電—機械換能器和電—聲換能器。例如麥克風、揚聲器、水聽器、電腦鍵盤和無觸點開關等。
合成高分子壓電材料包括非極性高分子壓電體和極性高分子壓電體。聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、尼龍11等是極性高分子壓電體。通過自身的極性促進壓電復合材料的極化,以提高復合材料的壓電性能。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等屬于非極性高分子,按理應無壓電性,但由于材料中存在不對稱分布的雜質(zhì)電荷或因電極的注入效應也可使這類材料具有一定的壓電性,但一般來說,非極性聚合物為基體的壓電陶瓷復合材料的壓電性能較小,一般為10~20pC/N。
聚乙烯醇縮醛(PVB)是由聚乙烯醇和醛在酸的催化作用下,縮合反應而成的合成樹脂。無毒、無嗅,常溫下為白色粉末狀固體,軟化溫度為100-150℃。具有極高的透明性,良好的絕緣性,成膜性和抗沖擊性,耐紫外線,耐水、耐油、耐老化、耐低溫,性能優(yōu)良。與酚醛、環(huán)氧樹脂、硝化纖維、天然樹脂等有很好的相溶性,可以改善這些樹脂的性能。PVB可用于安全玻璃的中間層。PVB自身或與其他樹脂并用可做多種襯料的膠粘劑,對金屬、玻璃、塑料、皮革、紙張和布等均有良好的粘結(jié)性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料;本發(fā)明的另一目的提供一種壓電性能高的壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術方案是壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其特征是它包括壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛,各成份所占體積比為壓電陶瓷50-90%,聚乙烯醇縮醛10-50%。
所述的壓電陶瓷為目前應用最廣泛的鈦鋯酸鉛(PZT)、鈦酸鉛(PT),或性能更為優(yōu)良的三元系壓電陶瓷PCM(PZT中加入Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)、PMS(PZT加入Pb(Mn1/3Sb2/3)O3),以及無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3等。
其制備方法按體積比將10-50%的聚乙烯醇縮醛和50-90%壓電陶瓷粉末(各組份之和為100%),在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到40-50pC/N。
所述的壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛中外加導電粒子,導電粒子占壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛體積的0.01-0.5%。
所述的導電粒子為炭黑、稀土合金粉或金屬粒子。
其制備方法按體積比將10-50%的聚乙烯醇縮醛和50-90%壓電陶瓷粉末,按導電粒子占壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛體積的0.01-0.5%,選取聚乙烯醇縮醛、壓電陶瓷粉末和導電粒子在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到60-75pC/N。
本發(fā)明以聚乙烯醇縮醛為基體,與壓電陶瓷進行復合,通過聚乙烯醇縮醛良好的成膜性與粘結(jié)性可以制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。
由于聚乙烯醇縮醛作為非極性聚合物,均勻包裹在陶瓷表面時,影響壓電陶瓷的極化,因此壓電性能較低。為改善其被極化的性能,本發(fā)明通過添加促進極化的導電粒子,提高壓電陶瓷的極化程度,從而提高復合材料的壓電性能,其壓電性能可以達到60-75pC/N,本發(fā)明具有壓電性能高的特點。
本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料;同時提供了一種壓電性能高的壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。
圖1為本發(fā)明實施例1的SEM照片2為本發(fā)明實施例2加入炭黑前后的壓電性能與聚乙烯醇縮醛體積分數(shù)的關系曲線圖具體實施方式
實施例1
按體積比將10-50%的聚乙烯醇縮醛和90-50%鈦鋯酸鉛(PZT)粉末,在混合機中充分混合均勻,在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。復合材料的壓電性能可以達到47pC/N,復合材料的SEM照片見圖1,PZT/PVB復合材料的SEM上可以清晰地看到PZT粒子表面有一層透明的膠狀物PVB,這是由于PVB優(yōu)異的粘結(jié)性和成膜性致使PVB對PZT緊密包覆。
實施例2按體積比壓電陶瓷50-90%、聚乙烯醇縮醛10-50%,按壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛體積的0.01-0.3%炭黑,選取壓電陶瓷、聚乙烯醇縮醛和炭黑在混合機中充分混合均勻,在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。加入炭黑前后復合材料的壓電性能與聚乙烯醇縮醛體積分數(shù)的關系曲線見圖2,加入炭黑前后PZT/聚乙烯醇縮醛復合材料壓電性能與聚乙烯醇縮醛體積分數(shù)的對比曲線。可以看出,炭黑的加入提高了復合材料的壓電性能,其壓電常數(shù)可達65pC/N。
實施例3壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由三元系壓電陶瓷PCM和聚乙烯醇縮醛組成,各成份所占體積比為三元系壓電陶瓷PCM 50%,聚乙烯醇縮醛50%。
其制備方法按體積比將50%的聚乙烯醇縮醛和50%三元系壓電陶瓷PCM,在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到45pC/N。
實施例4壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由三元系壓電陶瓷PCM和聚乙烯醇縮醛組成,各成份所占體積比為三元系壓電陶瓷PCM 90%,聚乙烯醇縮醛10%。
其制備方法按體積比將10%的聚乙烯醇縮醛和90%三元系壓電陶瓷PCM,在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到55pC/N。
實施例5壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和金屬粒子組成,金屬粒子為鐵粉,鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛所占體積比為鈦酸鉛(PT)50%、聚乙烯醇縮醛50%;鐵粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.01%。
其制備方法按體積比將鈦酸鉛(PT)50%、聚乙烯醇縮醛50%,按鐵粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.01%,選取鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和鐵粉在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到30pC/N。
實施例6壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和金屬粒子組成,金屬粒子為鐵粉,鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛所占體積比為鈦酸鉛(PT)90%、聚乙烯醇縮醛10%;鐵粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.01%。
其制備方法按體積比將鈦酸鉛(PT)90%、聚乙烯醇縮醛10%,按鐵粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.01%,選取鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和鐵粉在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到49pC/N。
實施例7壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和稀土合金粉組成,稀土合金粉為鋱鏑鐵合金粉,鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛所占體積比為鈦酸鉛(PT)90%、聚乙烯醇縮醛10%;鋱鏑鐵合金粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.5%。
其制備方法按體積比將鈦酸鉛(PT)90%、聚乙烯醇縮醛10%,按鋱鏑鐵合金粉占鈦酸鉛(PT)和聚乙烯醇縮醛體積的0.5%,選取鈦酸鉛(PT)、聚乙烯醇縮醛和鋱鏑鐵合金粉在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到55pC/N。
實施例8壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,它由無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇縮醛和金屬粒子組成,金屬粒子為銅粒子,無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇縮醛所占體積比為無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO370%、聚乙烯醇縮醛30%;銅粒子占無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3和聚乙烯醇縮醛體積的0.1%。
其制備方法按體積比將無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO370%、聚乙烯醇縮醛30%,按銅粒子占無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3和聚乙烯醇縮醛體積的0.1%,選取無鉛壓電陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇縮醛和銅粒子在混合機中充分混合均勻;在平板硫化機上,120-160℃、10-25MPa下模壓15-30min,再保壓冷卻即制備出壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其壓電性能可以達到30pC/N。
權(quán)利要求
1.壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其特征是它包括壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛,各成份所占體積比為壓電陶瓷50-90%,聚乙烯醇縮醛10-50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其特征是所述的壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛中外加導電粒子,導電粒子占壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛體積的0.01-0.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其特征是所述的導電粒子為炭黑、稀土合金粉或金屬粒子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷與非極性聚合物復合材料。壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料,其特征是它包括壓電陶瓷、聚乙烯醇縮醛,各成分所占體積比為壓電陶瓷50-90%,聚乙烯醇縮醛10-50%。所述的壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛中外加導電粒子,導電粒子占壓電陶瓷和聚乙烯醇縮醛體積的0.01-0.5%。本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料;同時提供了一種壓電性能高的壓電陶瓷與聚乙烯醇縮醛復合材料。
文檔編號C08K3/00GK1654532SQ200510018208
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者董麗杰, 熊傳溪, 權(quán)紅英, 張慧玲 申請人:武漢理工大學