CN1657554A - 磁－力－电耦合效应中传递相聚合物的结晶改性方法 - Google Patents

磁－力－电耦合效应中传递相聚合物的结晶改性方法 Download PDF

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Abstract

一种提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料和压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能的方法，其特征是对复合材料中的聚合物结晶改性，其方法是：先用溶剂配制非结晶性聚合物的成核剂溶液，用该溶液对非结晶聚合物粉进行喷液干燥，在0.85Tm±20℃热处理2～6h，得到的结晶聚合物微粉通过气流磨粉碎成粉末；用所得到的聚合物粉末或者聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或尼龙结晶聚合物与压电陶瓷粉末、铁磁材料按体积比为聚合物在15～30％，铁磁材料在0～50％，其余为压电陶瓷粉末进行混合、冷压成型，然后在所用聚合物的Tf±5～10℃热压成型，将热压成型的复合材料在保压下，于0.85Tm±15℃退火，即得到压电性能和磁电性能高的复合材料。

Description

磁-力-电耦合效应中传递相聚合物的结晶改性方法
技术领域：
本发明涉及一种通过改变磁-力-电耦合效应中传递相聚合物的结构，减少磁-力-电耦合效应中应力损耗，从而提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能、解决传递相作为惰性相影响复合材料功能性问题的方法。
背景技术：
铁电与铁磁及聚合物复合材料不仅具备铁电材料的压电效应、铁磁材料的磁质伸缩效应，而且通过铁电相与铁磁相的磁-力-电耦合具有磁电性能。由于铁电材料与铁磁材料很难复合在一起，因此需要通过聚合物的粘结进行复合实现磁-力-电耦合而具有磁电性能。但是作为传递相的聚合物由于模量的影响在磁-力-电耦合中会产生较大的应力损耗，因此会大大降低铁电与铁磁复合材料的压电性能和磁电性能。因此改变聚合物的强度与刚度，使聚合物相结构化，可以减少磁-力-电耦合效应中的应力损耗，提高复合材料的功能性。
在聚合物与压电陶瓷复合材料中，压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、钛酸钡(BT)、铌镁钛酸铅、各种PZT掺杂改性陶瓷和三元陶瓷具有较高的压电性能，如PZT的压电常数d33可达400～500pC/N，PT可达100pC/N，但由于自身脆性较大，常与聚合物复合，利用聚合物的柔韧性制备压电复合材料改善压电陶瓷的加工性能。从已有的文献可以看出，制备压电复合材料，可选择的聚合物有：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯与三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))以及尼龙等，但聚合物的引入，复合材料的压电性能大幅度降低。如较为理想、可以使用的PZT与PVDF复合材料的压电常数d33最大可达60pC/N，大大低于复合材料中的压电陶瓷的压电常数，这主要是由于PVDF的应力损耗影响了复合材料中的力-电传递。在铁电与铁磁及聚合物复合材料中，同样存在这样的问题，聚合物的应力损耗影响了复合材料的压电性能，继而也影响了复合材料的磁电性能。
结晶、取向与交联是提高聚合物强度、刚度的主要方法。聚合物的结晶结构、晶体类型、结晶度可以大幅度改变聚合物的刚度与强度。在不同的外界条件下，聚合物可以形成片晶、球晶、伸直链晶体、串晶、纤维晶体等；结晶结构随着外界条件的不同可以发生晶型的相互转换；结晶度大大影响着聚合物的性能。
发明内容：
本发明主要解决现有压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料由于聚合物的应力损耗造成的压电性能和磁电性能较低的问题，提供一种通过聚合物的结晶改性来提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能。
实现本发明的技术方案为：
一种提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能的方法，聚合物为非结晶聚合物或结晶聚合物，非结晶聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；结晶聚合物是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)或尼龙，采用对复合材料中聚合物进行结晶改性，其方法步骤为：
第1、用溶剂配制非结晶性聚合物的成核剂溶液，用该溶液对非结晶聚合物粉进行喷液干燥，在0.85Tm±20℃热处理2～6h，得到结晶聚合物微粉；
第2、通过气流磨对步骤1所得到的结晶聚合物微粉进行粉碎，获得纳米晶聚合物粉末；
第3、用步骤2所得到的纳米晶聚合物粉末或者聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或尼龙结晶聚合物与压电陶瓷粉末、铁磁材料按体积百分比为聚合物在15～30％，铁磁材料在0～50％，其余为压电陶瓷粉末进行混合、室温5～10MPa冷压成型；
第4、将步骤3所得到的冷压成型物在所用聚合物的粘流温度Tf±5～10℃，压力为10～20MPa下热压成型，成型时间15～30min；
第5、将步骤4热压成型的复合材料进行热处理，方法是在保压10～20MPa情况下，在0.85Tm±15℃温度范围进行退火，即得到压电性能和磁电性能高的复合材料；
其中所述的非结晶性聚合物的成核剂溶液为聚氯乙烯的环己酮溶液，聚乙烯醇缩丁醛的丙酮溶液，聚甲基丙烯酸甲酯的丙酮溶液；所述的压电陶瓷为锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、钛酸钡(BT)、铌镁钛酸铅、锆钛酸铅掺杂改性陶瓷和三元陶瓷，所述的铁磁材料为铽镝铁(Terfenol-D)。
附图说明：
图1是结晶PVC与PZT复合材料与普通PVC与PZT复合材料压电常数d33与聚合物体积分数的关系曲线；
图2是不同热处理条件下PZT/PVDF复合材料的DSC曲线；
从图1曲线上可以看出结晶聚氯乙烯与锆钛酸铅(PVC与PZT)复合材料的压电性能远高于普通PVC与PZT复合材料的压电性能。
从图2曲线可以看出不同的热处理条件下，复合材料中PVDF的结晶度不同，分别为21％和27％。
具体实施方式
实施例1：
用环己酮溶剂将等规PVC溶解，用该溶液对普通PVC粉进行喷液干燥，在100℃热处理4h，得到结晶PVC微粉。通过气流磨对结晶PVC进行粉碎，制得5～20μm的纳米晶PVC微粉，其中纳米晶PVC微粉中的晶粒小于100nm，将结晶PVC与PZT按体积比15∶85混合均匀后，在130℃热压成型，热压成型时间为25min，压力为10MPa。结晶PVC与PZT复合材料和普通PVC与PZT复合材料的压电常数d33与聚合物体积分数的关系曲线见图1。由图可见结晶PVC与PZT复合材料的压电性能高于普通PVC与PZT复合材料。
实施例2：
用环己酮溶剂将等规PVC溶解，用该溶液对普通PVC粉进行喷液干燥，在120℃热处理2h，得到结晶PVC微粉。通过气流磨对结晶PVC进行粉碎，制得5～20μm的纳米晶PVC微粉，其中纳米晶PVC微粉中的晶粒小于100nm，得到结晶度在15～30％的结晶PVC。将结晶PVC与PZT和铽镝铁(Terfenol-D)按30∶64∶6体积比在155℃热压成型，成型时间为10min，压力为20MPa，复合材料的磁电转换系数αE33为60mV/cm Oe，普通PVC与PZT和Terfenol-D复合的复合材料测试不到磁电性能。
实施例3：将PVDF与PZT按30∶70体积比在170℃热压成型，时间30min，压力10MPa，成型后分为两份，一份复合材料进行淬火，PZT与PVDF复合材料中PVDF的结晶度为21％，见图2，复合材料的压电常数d33为40pC/N；另一份复合材料在120℃保压10MPa退火6小时，所得PZT与PVDF复合材料中PVDF的结晶度为27％，见图2，复合材料的压电常数d33为75pC/N。
实施例4：将PP与PZT按30∶70体积比称取，在160℃下，一份在密炼机中混炼，在平板硫化机上模压成型，所得复合材料中聚合物为球晶结构，复合材料的压电常数d33为45pC/N；另一份在开炼机上190℃成型，转速范围为10～30r/min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，所得复合材料中聚合物为纤维晶，复合材料的压电常数d33为57pC/N。
实施例5：选用两种不同结晶度的共聚尼龙，共聚尼龙1的熔点为120℃，共聚尼龙1的熔点为160℃，与PZT、Terfenol-D按30∶65∶5体积比在120℃热压成型，时间20min，压力15MPa，共聚尼龙1复合材料的磁电转换系数αE33为60mV/cm Oe，共聚尼龙2复合材料的磁电转换系数αE33为72mV/cm Oe。

Claims (1)

1、一种提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料和压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能的方法，聚合物为非结晶聚合物或结晶聚合物，非结晶聚合物为聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯；结晶聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或尼龙，其特征是对聚合物结晶改性，其方法步骤为：
第1、用溶剂配制非结晶性聚合物的成核剂溶液，用该溶液对非结晶聚合物粉进行喷液干燥，在0.85Tm±20℃热处理2～6h，得到结晶聚合物微粉；
第2、通过气流磨对步骤1所得到的结晶聚合物微粉进行粉碎，获得纳米晶聚合物粉末；
第3、用步骤2所得到的纳米晶聚合物粉末或者聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或尼龙结晶聚合物与压电陶瓷粉末、铁磁材料按体积百分比为聚合物在15～30％，铁磁材料在0～50％，其余为压电陶瓷粉末进行混合、室温5～10MPa冷压成型；
第4、将步骤3所得到的冷压成型物在所用聚合物的粘流温度Tf±5～10℃，压力为10～20MPa下热压成型，成型时间15～30min；
第5、将步骤4热压成型的复合材料进行热处理，方法是在保压10～20MPa情况下，在0.85Tm±15℃温度范围进行退火，即得到压电性能和磁电性能高的复合材料；
其中所述的非结晶性聚合物的成核剂溶液为聚氯乙烯的环己酮溶液，聚乙烯醇缩丁醛的丙酮溶液，聚甲基丙烯酸甲酯的丙酮溶液；所述的压电陶瓷为锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡、铌镁钛酸铅、各种锆钛酸铅掺杂改性陶瓷和三元陶瓷，所述的铁磁材料为铽镝铁。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102061091A (zh) * 2010-12-16 2011-05-18 郑州大学 尼龙纳米纤维/聚烯烃杂化串晶的制备方法
CN103146101A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 华中科技大学 一种高结晶度聚偏氟乙烯的制备方法
CN104927254A (zh) * 2015-07-07 2015-09-23 北京工业大学 一种铁钛铌/聚偏氟乙烯高介电复合材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1181132C (zh) * 2003-05-30 2004-12-22 武汉理工大学 建筑用纳米晶pvc材料及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102061091A (zh) * 2010-12-16 2011-05-18 郑州大学 尼龙纳米纤维/聚烯烃杂化串晶的制备方法
CN102061091B (zh) * 2010-12-16 2012-02-08 郑州大学 尼龙纳米纤维/聚烯烃杂化串晶的制备方法
CN103146101A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 华中科技大学 一种高结晶度聚偏氟乙烯的制备方法
CN103146101B (zh) * 2013-02-26 2014-12-17 华中科技大学 一种高结晶度聚偏氟乙烯的制备方法
CN104927254A (zh) * 2015-07-07 2015-09-23 北京工业大学 一种铁钛铌/聚偏氟乙烯高介电复合材料及其制备方法
CN104927254B (zh) * 2015-07-07 2017-09-22 北京工业大学 一种铁钛铌/聚偏氟乙烯高介电复合材料及其制备方法

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