CN103321881A - 一种采用多轴向纤维增强树脂垫片的压电泵振子 - Google Patents

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王素贞
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Abstract

一种压电泵振子，包括下压电体（1）、上压电体（2）、中间的垫片（3），下压电体（1）与上压电体（2）尺寸相同，三者粘接组成的双压电晶片型压电驱动振子；或只包括垫片（3）、一片下压电体（1）或上压电体（2），二者粘接组成单压电晶片型压电驱动振子，其特征在于：垫片（3）由多轴向玻璃纤维或碳纤维纤维增强树脂片，其中每层多轴向纤维都是按照多角度无变型定向排列。采用本发明的压电振子构造方法，可以有效解决压电振子垫片反复疲劳寿命不足的问题，提高压电泵的可靠性及寿命。

Description

一种采用多轴向纤维增强树脂垫片的压电泵振子
技术领域
   本发明属于压电泵技术领域，特别涉及一种采用多轴向纤维增强垫片的压电泵振子。
背景技术
现有压电泵均是采用压电体的两侧施加周期性电压，导致压电体本身由于逆压电效应收缩或膨胀的同时，也会导致与压电体粘接在一起的垫片被动性弯曲。目前普遍采用的垫片材质主要是铜片、不锈钢片、橡胶片及各类塑料片：当采用刚性比较好的垫片时，压电泵振子力量大，位移小，压力大，泵体吸程大；但采用橡胶、PET塑料、非增强环氧树脂等材料时，压电振子的位移量大，但是力量小，泵吸程小。在反复疲劳性弯曲过程中上述材料的疲劳寿命无法达到1010次循环以上，在高电压下尤其如此，有的甚至出现断裂与击穿现象，造成压电泵振子失效。
发明内容
本发明的目的就是为克服上述背景技术的不足，提供一种压电泵振子的构造，有效解决压电振子反复疲劳寿命不足的问题。
为此，本发明的目的提供这样一种压电振子，包括下压电体1、上压电体2、中间的垫片3，下压电体1与上压电体2尺寸相同，三者粘接组成的双压电晶片型压电驱动振子；或只包括垫片3、一片下压电体1或上压电体2，二者粘接组成单压电晶片型压电驱动振子，其特征在于：垫片3由多轴向玻璃纤维或碳纤维纤维增强树脂片制造的，其中每层多轴向纤维都是按照多角度无变型定向排列。
本发明所涉及的压电泵振子的垫片具有反复疲劳寿命长，强度高弹性好，性能衰减慢，工作可靠等优点。
附图说明
图1为压电泵示意图
图2为双压电晶片型压电振子示意图
图3为多层对称单向排布纤维的断面层堆积分布示意图
图4为三轴向纤维的单层取向示意图
图5 为三轴向纤维复合堆积后的俯视纤维分布示意图
图6为四轴向纤维的单层取向示意图
图7 为四轴向纤维复合堆积后的俯视纤维分布示意图
图8为六轴向纤维的单层取向示意图
图9 为六轴向纤维复合堆积后的俯视纤维分布示意图
图10为两轴向纤维单层取向及复合堆积后的纤维分布示意图
图11为单压电晶片型压电振子示意图
上述图中：1.下压电体；2.上压电体；3.垫片；4.泵下盖；5.泵上盖；6.下绝缘密封圈；7.上绝缘密封圈；8.排出阀；9.进入阀；10.泵腔体；3a三层多轴向纤维层增强树脂基片；3b. 四层多轴向纤维层增强树脂基片；3c.六层多轴向纤维层增强树脂基片。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
实施例1采用三层多轴向玻璃纤维增强环氧树脂圆形垫片制备的双压电晶片振子，如图1、图2、图3a、图4、图5所示：本实施例的泵体由泵下盖4、泵上盖5组成，在泵上盖5与泵下盖4之间的空腔中安装压电泵振子，泵腔体10及压电泵振子的形状本例采用圆形，在泵上盖5的流体进口和流体出口处分别装有进入阀9和排出阀8，其中进入阀9与压电振子弯曲幅度最大位置处中心相对应；压电泵振子四周与泵下盖4之间装有下绝缘密封圈6，压电振子与泵上盖之间亦装有上绝缘密封圈7。这样压电振子、泵上盖6、上绝缘密封圈7、进入阀9、排出阀8形成一个密封的泵腔体10。
其双压电晶片型压电振子由下压电体1、上压电体2、垫片3组成，本例垫片3采用多轴向制造工艺制造的玻璃纤维布浸入树脂压合固化而成的三层多轴向玻璃纤维层增强树脂基片3a。微观角度看，整个玻璃纤维层包括0度角层、60度角层、120度角层，见图3a。每层的玻璃纤维全部按照设计的角度单向排列，且各角度排列的玻璃纤维没有弯曲变形或打结，见图4；宏观角度看，整个垫片各个方向布满没有变形的单向排列玻璃纤维，见图5，在工作状态下每个方向的变形都有单向玻璃纤维组织支撑，因此抗弯曲疲劳能力强，疲劳弯曲可以达到1010次以上。目前的生产设备可以按照设计的角度排列生产制造出这类多轴向玻璃纤维板。采用该材料制备的压电泵垫片3抗弯曲疲劳能力远远高于金属片、非增强树脂片、橡胶片等；也远远高于现在采用现有编织工艺的玻璃纤维增强片材。
实施例2
实施例2采用四层多轴向玻璃纤维增强环氧树脂方形垫片制备的双压电晶片振子，如图2、图3b、图6、图7、图10所示：其双压电晶片型压电泵振子由下压电体1、上压电体2、垫片3组成，而垫片3采用多轴向制造工艺制造的玻璃纤维布浸入树脂压合固化而成的多轴向玻璃纤维增强的树脂基片3b。微观角度看，整个玻璃纤维层包括0度角层、45度角层、90度角层、135度角层，见图3b，每层的玻璃纤维按照设计的角度单向排列，且玻璃纤维没有弯曲变形或打结，见图6；宏观角度看，整个垫片各个方向布满没有变形的单向排列玻璃纤维，见图7。现有设备工艺不能生产4轴向玻璃纤维，但是可以制造两层两轴向玻璃纤维，见图10。按照相互错位45度角排列，然后整体浸入树脂压合固化而成。两轴向单向玻璃纤维布的生产工艺简单，设备造价成本低，采用二次错位层叠后的四轴向纤维在纤维各向均匀分布上优于实施例1的玻璃纤维各向均匀分布，同时工艺成本低于实施例1。由此制造的压电泵结构等同实施例1。
实施例3
实施例3采用六层多轴向碳纤维增强环氧树脂圆片垫片制备的双压电晶片振子，如图2、图3c、图8、图9所示：其双压电晶片型压电振子由下压电体1、上压电体2、多轴向碳纤维增强的树脂基片3c组成，而垫片3采用多轴向制造工艺制造碳纤维布浸入树脂压合固化而成。微观角度看，图3c所示的整个碳纤维层包括0度角层、30度角层、60度角层、90度角层、120度角层、150度角层。每层的碳纤维按照设计的角度单向排列，且碳纤维没有弯曲变形或打结，见图8；宏观角度看，整个垫片各个方向布满没有变形的单向排列碳纤维，见图9。现有设备工艺不能生产6轴向碳纤维，但是可以采用实施例1中的两层三轴向碳纤维按照相互错位30度角排列，然后才整体浸入树脂压合固化而成，只是在生产过程中为了保证相同的多轴向板厚度而采用的碳纤维束大小进行排列而已。这种结构在碳纤维各向均匀分布上优于实施例1和实施例2中的纤维各向均匀分布。由此制造的压电泵结构等同实施例1。
实施例4
实施例4采用三层多轴向碳纤维增强环氧树脂圆片垫片制备的单压电晶片振子，如图11所示：其单压电晶片型压电振子由下压电体1、多轴向碳纤维增强的树脂基片组成，见图11。三层多轴向碳纤维层增强树脂片的设计制造方法同实施例1。
采用本发明的压电振子构造方法，可以有效解决压电振子垫片反复疲劳寿命不足的问题，提高压电泵的可靠性及寿命。

Claims (1)

1.一种压电泵振子，包括下压电体（1）、上压电体（2）、中间的垫片（3），下压电体（1）与上压电体（2）尺寸相同，三者粘接组成的双压电晶片型压电驱动振子；或只包括垫片（3）、一片下压电体（1）或上压电体（2），二者粘接组成单压电晶片型压电驱动振子，其特征在于：垫片（3）由多轴向玻璃纤维或碳纤维纤维增强树脂片制造的，其中每层多轴向纤维都是按照多角度无变型定向排列。
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