CN1314747C - 压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料 - Google Patents

压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压电陶瓷与非极性聚合物复合材料。压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其特征是：它包括压电陶瓷、聚乙烯醇缩醛，各成份所占体积比为：压电陶瓷50-90%，聚乙烯醇缩醛10-50%。所述的压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛中外加导电粒子，导电粒子占压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.5%；所述的聚乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩丁醛，所述的压电陶瓷为钛锆酸铅、钛酸铅、三元系压电陶瓷PCM、三元系压电陶瓷PMS或无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3。本发明提供了一种压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料；同时提供了一种压电性能高的压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。

Description

压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料
技术领域
本发明涉及一种压电复合材料，具体涉及一种压电陶瓷与非极性聚合物复合材料。
背景技术
压电陶瓷与聚合物复合材料中的聚合物相具有优异的粘结性和良好的加工性，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)、尼龙11和环氧树脂等。已成功地应用于各种电—机械换能器和电—声换能器。例如麦克风、扬声器、水听器、电脑键盘和无触点开关等。
合成高分子压电材料包括非极性高分子压电体和极性高分子压电体。聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、尼龙11等是极性高分子压电体。通过自身的极性促进压电复合材料的极化，以提高复合材料的压电性能。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等属于非极性高分子，按理应无压电性，但由于材料中存在不对称分布的杂质电荷或因电极的注入效应也可使这类材料具有一定的压电性，但一般来说，非极性聚合物为基体的压电陶瓷复合材料的压电性能较小，一般为10～20pC/N。
聚乙烯醇缩醛(PVB)是由聚乙烯醇和醛在酸的催化作用下，缩合反应而成的合成树脂。无毒、无嗅，常温下为白色粉末状固体，软化温度为100-150℃。具有极高的透明性，良好的绝缘性，成膜性和抗冲击性，耐紫外线，耐水、耐油、耐老化、耐低温，性能优良。与酚醛、环氧树脂、硝化纤维、天然树脂等有很好的相溶性，可以改善这些树脂的性能。PVB可用于安全玻璃的中间层。PVB自身或与其他树脂并用可做多种衬料的胶粘剂，对金属、玻璃、塑料、皮革、纸张和布等均有良好的粘结性。
发明内容
本发明的目的是提供一种压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料；本发明的另一目的提供一种压电性能高的压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其特征是：它包括压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛，各成份所占体积比为：压电陶瓷50-90％，聚乙烯醇缩醛10-50％。
所述的压电陶瓷为目前应用最广泛的钛锆酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)，或性能更为优良的三元系压电陶瓷PCM(PZT中加入Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)、PMS(PZT加入Pb(Mn1/3Sb2/3)O3)，以及无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3等。所述的聚乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩丁醛。
其制备方法：按体积比将10-50％的聚乙烯醇缩醛和50-90％压电陶瓷粉末(各组份之和为100％)，在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到40-50pC/N。
所述的压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛中外加导电粒子，导电粒子占压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.5％。
所述的导电粒子为炭黑、稀土合金粉或金属粒子。
其制备方法：按体积比将10-50％的聚乙烯醇缩醛和50-90％压电陶瓷粉末，按导电粒子占压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.5％，选取聚乙烯醇缩醛、压电陶瓷粉末和导电粒子在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到60-75pC/N。
本发明以聚乙烯醇缩醛为基体，与压电陶瓷进行复合，通过聚乙烯醇缩醛良好的成膜性与粘结性可以制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。
由于聚乙烯醇缩醛作为非极性聚合物，均匀包裹在陶瓷表面时，影响压电陶瓷的极化，因此压电性能较低。为改善其被极化的性能，本发明通过添加促进极化的导电粒子，提高压电陶瓷的极化程度，从而提高复合材料的压电性能，其压电性能可以达到60-75pC/N，本发明具有压电性能高的特点。
本发明提供了一种压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料；同时提供了一种压电性能高的压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。
附图说明
图1为本发明实施例1的SEM照片图
图2为本发明实施例2加入炭黑前后的压电性能与聚乙烯醇缩醛体积分数的关系曲线图
具体实施方式
实施例1：
按体积比将10-50％的聚乙烯醇缩醛和90-50％钛锆酸铅(PZT)粉末，在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。复合材料的压电性能可以达到47pC/N，复合材料的SEM照片见图1，PZT/PVB复合材料的SEM上可以清晰地看到PZT粒子表面有一层透明的胶状物PVB，这是由于PVB优异的粘结性和成膜性致使PVB对PZT紧密包覆。
实施例2：
按体积比压电陶瓷50-90％、聚乙烯醇缩醛10-50％，按压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.3％炭黑，选取压电陶瓷、聚乙烯醇缩醛和炭黑在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料。加入炭黑前后复合材料的压电性能与聚乙烯醇缩醛体积分数的关系曲线见图2，加入炭黑前后PZT/聚乙烯醇缩醛复合材料压电性能与聚乙烯醇缩醛体积分数的对比曲线。可以看出，炭黑的加入提高了复合材料的压电性能，其压电常数可达65pC/N。
实施例3：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由三元系压电陶瓷PCM和聚乙烯醇缩醛组成，各成份所占体积比为：三元系压电陶瓷PCM 50％，聚乙烯醇缩醛50％。
其制备方法：按体积比将50％的聚乙烯醇缩醛和50％三元系压电陶瓷PCM，在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到45pC/N。
实施例4：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由三元系压电陶瓷PCM和聚乙烯醇缩醛组成，各成份所占体积比为：三元系压电陶瓷PCM 90％，聚乙烯醇缩醛10％。
其制备方法：按体积比将10％的聚乙烯醇缩醛和90％三元系压电陶瓷PCM，在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到55pC/N。
实施例5：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和金属粒子组成，金属粒子为铁粉，钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛所占体积比为：钛酸铅(PT)50％、聚乙烯醇缩醛50％；铁粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.01％。
其制备方法：按体积比将钛酸铅(PT)50％、聚乙烯醇缩醛50％，按铁粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.01％，选取钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和铁粉在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到30pC/N。
实施例6：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和金属粒子组成，金属粒子为铁粉，钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛所占体积比为：钛酸铅(PT)90％、聚乙烯醇缩醛10％；铁粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.01％。
其制备方法：按体积比将钛酸铅(PT)90％、聚乙烯醇缩醛10％，按铁粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.01％，选取钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和铁粉在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到49pC/N。
实施例7：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和稀土合金粉组成，稀土合金粉为铽镝铁合金粉，钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛所占体积比为：钛酸铅(PT)90％、聚乙烯醇缩醛10％；铽镝铁合金粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.5％。
其制备方法：按体积比将钛酸铅(PT)90％、聚乙烯醇缩醛10％，按铽镝铁合金粉占钛酸铅(PT)和聚乙烯醇缩醛体积的0.5％，选取钛酸铅(PT)、聚乙烯醇缩醛和铽镝铁合金粉在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到55pC/N。
实施例8：
压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，它由无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇缩醛和金属粒子组成，金属粒子为铜粒子，无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇缩醛所占体积比为：无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3 70％、聚乙烯醇缩醛30％；铜粒子占无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3和聚乙烯醇缩醛体积的0.1％。
其制备方法：按体积比将无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3 70％、聚乙烯醇缩醛30％，按铜粒子占无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3和聚乙烯醇缩醛体积的0.1％，选取无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3、聚乙烯醇缩醛和铜粒子在混合机中充分混合均匀；在平板硫化机上，120-160℃、10-25MPa下模压15-30min，再保压冷却即制备出压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其压电性能可以达到30pC/N。

Claims (3)

1.压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其特征是：它包括压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛，各成份所占体积比为：压电陶瓷50-90％，聚乙烯醇缩醛10-50％；所述的聚乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩丁醛，所述的压电陶瓷为钛锆酸铅、钛酸铅、三元系压电陶瓷PCM、三元系压电陶瓷PMS或无铅压电陶瓷K1-xNaxNbO3。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其特征是：所述的压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛中外加导电粒子，导电粒子占压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.5％。
3.根据权利要求2所述的压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料，其特征是：所述的导电粒子为炭黑、稀土合金粉或金属粒子。
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