CN105789431A - 一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电陶瓷聚合物复合材料,特指一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法。将一层导电聚合物层夹在两层压电材料层中间,然后通过热压形成一体化结构的压电陶瓷聚合物复合材料。所述的导电聚合物层的材料为导电颗粒聚合物复合材料,所述的压电材料层的材料为0‑3型压电陶瓷聚合物复合材料,引入导电聚合物层可以在不影响0‑3型复合材料压电性能的同时改善其柔韧性。本发明压电陶瓷聚合物复合材料制备工艺简单,成本低廉,可制备出综合性能优异的压电陶瓷聚合物复合压电材料,可制备大尺寸压电复合薄膜,有望应用于压电触控板,实现产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷聚合物复合材料,特指一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法。
背景技术
压电陶瓷聚合物复合材料是一种由压电陶瓷相(如PZT)和高分子聚合物(如PVDF)通过复合工艺而构成的新型材料。压电陶瓷材料具有压电性能优良、介电损耗低和机电耦合系数大等优点,但其成硬而脆,不易成型加工,耐冲击性能差。而压电聚合物虽然具有密度低、柔韧性好,可制备成大而均匀的薄膜,但其压电性能差。在目前的压电复合材料体系中,0-3型压电复合材料中压电颗粒之间被有机聚合物相充满,陶瓷颗粒连通性较差,且介电常数相差较大,导致其陶瓷相极化困难;同时两相间力学性能的差异导致其两相间力的传导较为困难;最终导致复合材料压电性能较差。目前文献中报道的提高复合材料压电性能的方式主要是两种:(1)提高陶瓷相的体积分数,当陶瓷相体积分数超过80%时,压电性能有大幅提高,压电应变常数d33可超过90pC/N,但是陶瓷相体积分数过高会导致复合材料韧性较差。(2)加入第三相导电/半导化材料,目的是提高陶瓷相的极化性能,但往往提高有限,同时第三相导电材料加入过多会导致如损耗过大等一些负面影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术存在的缺点,提供一种压电陶瓷聚合物复合压电材料制备方法,利用两层压电材料层将导电聚合物层夹在中间通过热压形成一体化结构,解决陶瓷相高体积分数下压电陶瓷聚合物复合压电材料韧性差的问题。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:将导电颗粒聚合物材料夹在两层0-3型压电陶瓷聚合物材料之间,通过热压成型形成一体化结构的压电陶瓷聚合物复合材料。
其制备过程包括:
(1)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺混合,待混合均匀之后再加入导电镍酸镧颗粒,充分混合搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得薄膜,薄膜在平板硫化机上热压成型制成导电颗粒聚合物材料。
所述有机聚合物PVDF与有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:10。
所述导电镍酸镧颗粒的大小为2~5um;导电镍酸镧颗粒占PVDF与导电镍酸镧颗粒质量之和的50~70%。
所述薄膜的厚度为0.1~0.5mm。
所述热压成型的温度为150~170℃,时间为24小时。
(2)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺混合,待混合均匀之后加入锆钛酸铅镧陶瓷粉,电动搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得薄膜,薄膜在平板硫化机上热压成型制备成0-3型压电陶瓷聚合物压电材料。
所述有机聚合物PVDF与有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:10。
所述锆钛酸铅镧陶瓷粉为200~500目,锆钛酸铅镧陶瓷粉占PVDF与锆钛酸铅镧陶瓷粉质量之和的50~70%。
所述薄膜的厚度为0.1~0.9mm。
所述热压成型的温度为150~170℃,时间为24小时。
(3)将一层导电颗粒聚合材料夹入两层0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料中,在平板硫化机上170~180℃热压成型12小时制备成最终的压电陶瓷聚合物复合材料。
相比现有技术,本发明利用两层压电材料层将导电聚合物层夹在中间通过热压形成一体化结构,可获得的有益效果是:陶瓷相高体积分数下的0-3型压电陶瓷聚合物复合压电材料有较好的压电性能但其柔韧性较差,引入导电聚合物层可以在不影响0-3型复合材料压电性能的同时改善其柔韧性。本发明压电陶瓷聚合物复合材料制备工艺简单,成本低廉,可制备出综合性能优异的压电陶瓷聚合物复合压电材料,可制备大尺寸压电复合薄膜,有望应用于压电触控板,实现产业化生产。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的目的,下面将结合实施例对本发明作进一步详述,所有实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1:
(1)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后再加入2~3um的质量比60%导电镍酸镧颗粒,充分混合搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.1~0.2mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经160℃热压成型24小时制备成导电颗粒聚合物复合材料。
(2)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后加入质量比60%300目的锆钛酸铅镧陶瓷粉,电动搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.2~0.4mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经160℃热压成型24小时制备成0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料。
(3)将一层导电颗粒聚合材料夹入两层0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料中,在平板硫化机上经175℃热压成型24小时制备成最终的压电陶瓷聚合物复合材料。
实施例2
(1)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后再加入质量比70%3~4um导电镍酸镧颗粒,充分混合搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.2~0.3mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经170℃热压成型24小时制备成导电颗粒聚合物材料。
(2)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后加入质量比70%200目的锆钛酸铅镧陶瓷粉,电动搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.1~0.3mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经170℃热压成型24小时制备成0-3型压电陶瓷聚合物压电材料。
(3)将一层导电颗粒聚合材料夹入两层0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料中,在平板硫化机上经180℃热压成型24小时制备成最终的压电陶瓷聚合物复合材料。
实施例3
(1)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后再加入质量比50%4~5um的导电镍酸镧颗粒,充分混合搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.4~0.5mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经150℃热压成型24小时制备成导电颗粒聚合物材料。
(2)将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺质量比1:10混合,待混合均匀之后加入质量比50%500目的锆钛酸铅镧陶瓷粉,电动搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得厚度为0.6~0.9mm的薄膜,薄膜在平板硫化机上经150℃热压成型24小时制备成0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料。
(3)将一层导电颗粒聚合材料夹入两层0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料中,在平板硫化机上经170℃热压成型12小时制备成最终的压电陶瓷聚合物复合材料。
Claims (5)
1.一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:将一层导电颗粒聚合材料夹入两层0-3型压电陶瓷聚合物压电复合材料中,在平板硫化机上170~180℃热压成型12小时制备成最终的压电陶瓷聚合物复合材料。
2.如权利要求1所述的一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法,其特征在于所述导电颗粒聚合物材料的制备方法如下:将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺混合,待混合均匀之后再加入导电镍酸镧颗粒,充分混合搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得薄膜,薄膜在平板硫化机上热压成型制成导电颗粒聚合物材料。
3.如权利要求2所述的一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:所述有机聚合物PVDF与有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:10;所述导电镍酸镧颗粒的大小为2~5um;导电镍酸镧颗粒占PVDF与导电镍酸镧颗粒质量之和的50~70%;所述薄膜的厚度为0.1~0.5mm;所述热压成型的温度为150~170℃,时间为24小时。
4.如权利要求1所述的一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法,其特征在于所述0-3型压电陶瓷聚合物压电材料的制备方法如下:将有机聚合物PVDF和有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺混合,待混合均匀之后加入锆钛酸铅镧陶瓷粉,电动搅拌后倒入流延装置中,刮平烘干制得薄膜,薄膜在平板硫化机上热压成型制备成0-3型压电陶瓷聚合物压电材料。
5.如权利要求4所述的一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:所述有机聚合物PVDF与有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:10;所述锆钛酸铅镧陶瓷粉为200~500目,锆钛酸铅镧陶瓷粉占PVDF与锆钛酸铅镧陶瓷粉质量之和的50~70%;所述薄膜的厚度为0.1~0.9mm;所述热压成型的温度为150~170℃,时间为24小时。
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