DE2159861C3 - Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Formgegenständen aus Fluor enthaltenden Mischpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Formgegenständen aus Fluor enthaltenden MischpolymerisatenInfo
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Description
piezoelektrischen Eigenschaft, der frei von einer Anisotropie im Hinblick auf die piezoelektrische
Eigenschaft ist, herzustellen und außerdem einem sehr dünnen Film, einem dicken Blatt, einem Rohr, einem
kugeligen oder anderweitig geformten Gegenstand (Struktur) mit einer komplizierten Konfiguration oder
einem Überzugsnlm hohe piezoelektrische Eigenschaften zu verleihen, und auf diese Weise ist es möglich,
Elektrete auf bisher unbekannten neuen Gebieten der technischen Verwendung anzuwenden.
Hinsichtlich der gefestigten Theorie und allgemeinen Kenntnis auf diesem Gebiet, wonach die piezoelektrischen
Eigenschaften einer Substanz auf eine Verformung (Spannung) eines Kristalls auf Grund einer
Druckkraft zurückgehen, wobei beim Vergleich eines Homopolymerisate mit einem hauptsächlich aus den
gleichen integralen Einheiten bestehenden Mischpolymerisat mit dem Homopolymerisat, ersteres eine höhere
Kristallinität als letzteres aufweist, sei auf die Tatsache hingewiesen, daß ein Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat
im nichtorientierten Zustand im Vergleich zu PVDF einen hohen piezoelektrischen Modul annehmen
könnte.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, einen Elektreten mit einem piezoelektrischen Modul von
bis zu 10"e c. g. s. e. s. u. oder mehr aus einem gestreckten
PVDF-FiIm herzustellen, jedoch hat das PVDF den Nachteil, daß es schwierig ist, einen piezoelektrischen
Körper mit einem vorbestimmten piezoelektrischen Modul herzustellen, weil sein piezoelektrischer
Modul variiert, was in großem Umfange beispielsweise von den Verstreckungsbedingungen abhängt.
Im Gegensatz dazu hat das Vinylidenfluoridmischpolymerisat den Vorteil, daß die Verschiebung
des piezoelektrischen Moduls durch den Einfluß der Verstreckungsbedingungen nicht so groß ist und daß
ein gestreckter Film aus dem Mischpolymerisat leichler zu handhaben ist als ein solcher aus PVDF. Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein sehr leichtes Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen, hochpolymeren
Formgegenständen (geformten Strukturen), das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Formgegenstand
bzw. die geformte Struktur aus einem Vinylidenfluoridmischpolymerisat bei einer Temperatur
von mindestens 4O0C in einem elektrostatischen
Feld mit einem Potentialgradienten von 30 bis 1500 kV/
cm elektretisiert.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck »Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat«
sind Mischpolymerisate mit einem größeren Anteil an Vinylidenfluoridmonomeren
und einem kleineren Anteil an einem oder mehreren damit mischpolymerisierbaren Comonomeren zu verstehen,
und dieses wird nachfolgend ah PVDF-Mischpolymerisat abgekürzt. Vom Gesichtspunkt der Mischpolymerisierbarkeit
sind die bevorzugten Comonomeren, Tetrafluorethylen Trifluoräthylen, Trifluormonochlorälhyleri,
Vinylfluorid, Hexafluorpropylen u. dgl., obwohl auch andere mischpolymerisierbare
Monomere verwendet werden können. Die geformte Struktur des PVDF-Mischpolymerisats ist nicht auf
Filme beschränkt, und dazu gehören Filme, Blätter, Blöcke, Stäbe und andere Formgegenstände mit verschiedenen
Konfigurationen. Bei den Filmen, Blättern und ähnlichen Formgegenständen (geformten Strukturen)
kann es sich um solche handeln, die geformt oder anderweitig durch Abkühlen einer Schmelze eines
PVDF-Mischpolymerisats hergestellt worden sind, und sie können mono- oder biaxial gestreckt sein. Der
piezoelektrische Modul in Richtung der molekularen Orientierung in einem mono- oder biaxial gestreckten
Film ist im allgemeinen höher als derjenige eines nichtorientierten Filmes, d. h., im Falle der gestreckten
und orientierten Filme ist bei niedriger Temperatur und niedrigen Spannungsbedingnngen ein hoher
Elektretisierungseffekt erzielbar. Jedoch ist es im Falle des PVDF-Mischpolymerisats, abweichend von PVDF,
möglich, durch geeignete Wahl der Elektretisierungs-IQ
bedingungen ein nichtorientiertes Produkt mit einem hohen piezoelektrischen Modul zu erhalten, der mit
demjenigen eines orientierten Produktes in Richtung der Orientierung vergleichbar ist. Es ist überraschend,
daß ein Elektret mit einem solch hohen piezoelektrischen Modul aus einer nichtorientierten geformten
Struktur hergestellt werden kann, was bisher unbekannt war. Der aus einem nichtorientierten Film hergestellte
Elektret weist keine Anisotropie bezüglich des piezoelektrischen Moduls auf.
Ein nichtorientierter, piezoelektrischer Film aus einem PVDF-Mischpolymerisat, hergestellt unter optimalen
Bedingungen, weist eine sehv hohe piezoelektrische Eigenschaft von 10"e c. g. s. e. s. u. oder mehr
auf und unterscheidet sich damit vollständig von einem Elektreten aus PVDF. Im Falle von Formgegenständen
bzw. geformten Strukturen, die beispielsweise durch Strecken orientiert worden sind, hat das PVDF-Mischpolymerisat
gegenüber PVDF den Vorteil, daß der Formgegenstand aus PVDF-Mischpolymerisat unter den gleichen Verstreckungsbedingungen leichter
verstreckbar ist als ein solcher aus PVDF, und das führt manchmal zu einem Elektreten mit einer höheren
piezoelektrischen Eigenschaft als eines solchen, der aus letzterem unter den gleichen elektretisierenden Bedingungen
hergestellt worden ist. Außerdem haben PVDF-Mischpolymerisate im Vergleich zu PVDF
niedrige Schmelzpunkte und können auf Grund der Biegsamkeit und Löslichkeit in einem Lösungsmittel
leichter verarbeitet werden unter Bildung eines biegsamen piezoelektrischen Formkörpers. Es ist auch
möglich, einen aus einer Lösungsmittellösung eines PVDF-Mischpolymerisats gegossenen dünnen Film
mit einer hohen piezoelektrischen Eigenschaft zu versehen, und dadurch ist es möglich, sehr dünne piezoelektrische
Elemente und piezoelektrische Elemente mit sehr komplizierten Konfigurationen oder sehr
kleinen Dimensionen herzustellen, was mit PVDF schwierig ist.
Bei der Elektretisierung des so erhaltenen Formkörpers bzw. der so erhaltenen geformten Struktui
aus dem PVDF-Mischpolymerisat wird der Formkörper zwischen ein Paar Elektroden gelegt, an dif
Elektroden wird eine hohe Gleichspannung angelegt der Formkörper wird eine vorherbestimmte Zeitlang
bei erhöhter Temperatur gehalten und dann auf Raum temperatur abgekühlt, während die hohe Spannunj
zwischen den Elektroden aufrechterhalten wird. Dii Elektrode kann mit einer Oberfläche des Formkörper
in Berührung stehen, wie im Falle einer auf der Ober fläche des Formkörpers beispielsweise durch eil
Vakuummetallisierungsverfahren gebildeten Elektrode oder sie kann einer Oberfläche des Formkörper
gegenüberliegen, wobei nur ein enger Spalt dazwische bleibt. Die an die Elektroden angelegte Spannung is
um so besser, je höher sie ist, solange sie ein elektrc
statisches Feld mit einem Potentialgradienten von mir destens 30 kV/cm bildet und nicht die Durchschlag:
spannung des Films übersteigt, obwohl vom pral
5 6
tischen Gesichtspunkt aus gesehen ein bevorzugter eine große Piroelektrizität in ihrer inneren Polarisatior
Potentialgradient bei 100 bis 1500 kV/cm liegt. Wäh- aufweisen, sind sie als Piroelektrizitätselemente ge
rend der Elektretisierung sollte der Formkörper bzw. eignet.
die geformte Struktur genügend lange bei erhöhter Die vorliegende Erfindung wird durch die folgender
Temperatur gehalten werden, um die gesamte geformte 5 Beispiele näher erläutert.
Struktur auf eine Temperatur zu bringen, welche die
dielektrische Polarisation erlaubt. Im allgemeinen Beispiel
wird unter dem praktischen Gesichtspunkt eine Elek- Eine Monomermischung der folgenden Zusammen-
trisierungszeit von 2 Stunden oder weniger ausgewählt, setzung wurde in einen 5-1-AutokIav aus rostfreiem
für eine ausreichende Polarisierung ist jedoch eine io Stahl eingeführt:
längere Zeit vorzuziehen. Die Polarisierungstemperatur
kann innerhalb des Bereiches von 40 bis 2000C liegen. Zusammensetzung:
Es ist umso besser, je höher die Temperatur ist, solange Vinylidenfluorid 1000 g
sie unterhalb des Schmelzpunktes des PDVF-Misch- Tetrafluoräthylen 280 g
Polymerisats liegt. Obgleich die Temperatur oberhalb 15 Wasser 3500 g
des Schmelzpunktes des PVDF-Mischpolymerisats Methocel 3,5 g
innerhalb des Bereiches von 130 bis 1800C liegen kann, n-Propylperoxycarbonat 12 g
werden Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes
bevorzugt, weil die Durchschlagsspannung des PVDF- Nach dem Herausspülen der Luft mit gasförmigem
Mischpolymerisats plötzlich abfällt, wenn die Tempe- 20 Stickstoff wurde die Beschickung 25 Stunden lang
ratur den Schmelzpunkt des PVDF-Mischpolymerisats unter Rühren mit 450 UpM bei 25°C gehalten. Der
übersteigt. Daher werden insbesondere Temperaturen Autoklav wurde dann geöffnet, und das so hergestellte
bevorzugt, die im Bereich von 100° C und dem Schmelz- Mischpolymerisat wurde abgezogen, mit Wasser
punkt des PVDF-Mischpolymerisats liegen. gründlich gewaschen und einen Tag lang bei 6O0C
Der auf diese Weise elektretisierte Formkörper bzw. 25 getrocknet unter Bildung von 1250 g eines weißen
die geformte Struktur weist eine ausgezeichnete piezo- Pulvers. Die Eigenviskosität des Mischpolymerisats,
elektrische Eigenschaft auf, die bei Raumtemperatur bestimmt in einer Lösung in Dimethylformamid mit
eine sehr lange Lebensdauer hat. Es wurde gefunden, einer Konzentration von 4 g/I bei 30°C, betrug 1,14.
daß dann, wenn piezoelektrische hochmolekulare Der Schmelzpunkt des Mischpolymerisats, bestimmt
Formkörper durch Elektretisierung erhalten werden, 30 mittels eines Differentialkalorimeters bei einer Geder
piezoelektrische Formkörper aus dem PVDF- schwindigkeit des Temperaturanstiegs von 4°C/Min.,
Mischpolymerisat gemäß der Erfindung seine piezo- betrug 1400C. Das gepulverte Mischpolymerisat wurde
elektrische Eigenschaft im Gegensatz zu den gewöhn- bei 2000C in einer heißen Presse zu einem Film einer
liehen Elektreten auch dann beibehält, nachdem er Dicke von etwa 0,15 mm verformt. Das Röntgenseine
Elektreteigenschaften verloren hat, wegen des 35 beugungsdiagramm ist in der F i g. 1 der Zeichnung
Zerfalls der elektrischen Oberflächenladung. Zum Bei- dargestellt. Durch Analyse des Röntgenbeugungsspiel
verliert der erfindungsgemäße Elektret seine diagramms wurde keine molekulare Orientierung festelektrische Oberflächenladung, wenn er in Wasser ein- gestellt. Der geformte Film wurde elektretisiert,
getaucht wird, er behält jedoch seine piezoelektrischen indem man ihn zwischen ein Paar Elektroden aus rost-Eigenschaften
praktisch unverändert. Dies zeigt, daß 40 freiem Stahl legte und 30 Minuten lang bei der in der
die piezoelektrische Eigenschaft des piezoelektrischen folgenden Tabelle I angegebenen Temperatur hielt und
Formkörpers der Erfindung keine Eigenschaft der anschließend auf Raumtemperatur abkühlte, wobei
Elektreten im allgemeinen, sondern ein Charakteristi- man an die Elektroden während des Erhitzens und
kum des PVDF-Mischpolymerisats ist. Die Bestim- Abkühlens die in der folgenden Tabelle I angegebene
mung des piezoelektrischen Moduls wurde nach dem 45 hohe Gleichspannung anlegte. Die piezoelektrischen
Verfahren gemäß der bekanntgemachten japanischen Moduln der so elektretisierten Filme sind in der fol-Patentanmeldung
83 711/1970 durchgeführt. Genau genden Tabelle I angegeben.
bestimmt werden kann dzl oder d^ oder d, obwohl es Jeder dieser piezoelektrischen Filme wies anfänglich
nicht unerwartet ist, wenn ein Produkt mit einem sehr ein Oberflächenpotential einer Homoladung im Bereich
hohen Wert von <£, außer demjenigen von (I31 oder d^ 50 von 300 bis 600 V auf, jedoch nahm diese ab, und
erhalten wird. Der so erhaltene piezoelektrische Form- schließlich verloren die Filme ihre Oberflächenladung
körper kann für die Elektro-Schall-Umwandlung und innerhalb mehrerer Stunden. Danach behielten sie
die elektromecnanische Umwandlung als druck- lediglich ihren piezoelektrischen Modul im wesent-
empfindKches Element auf den verschiedensten in- liehen bei. Der Fflm, von welchem das Oberflächen-
dustriellen Gebieten der Anwendung von piezoelek- 55 wasser nach Eintauchen des Fumes von Versuch Nr. 1
der Erfindung hat den Vorteil, daß er irgendeine be- piezoelektrischen Eigenschaften im wesentlichen bei.
liebige Konfiguration außer einem FUm und einem
ohne jede Schwierigkeit in bezug auf den Aufbau auf
einen Elektro-Schall-Umwandler anwendbar ist, wegen Versuch Elektretisie- Feldstärke piezoelektrischer
seiner Isotropie hinsichtlich der piezoelektrischen rungstejnperatnr Modul da '
die Herstellung von druckempfindlichen Elementen 65
einer komplizierten Konfiguration und von sehr 1 130 154 2,6 · 10~7
kleinen oder dünnen piezoelektrischen Elementen. Da 2 135 230 4,2 -10~7
die piezoelektrischen Elemente, gemäß der Erfindung 3 135 459 g 3 . \q-i
Die oben angegebene hohe piezoelektrische Eigenschaft wurde erhalten ohne Orientierung durch
Streckung.
Versuch
Nr.
Eine Mischpolymerisatfolie einer Dicke von 0,5 mm, hergestellt auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1, wurde Tabelle IV
bei Raumtemperatur auf das 3fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt, und der gestreckte Film wurde
auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 elektretisiert unter Bildung von Elektreten mit den in der folgenden
Tabelle II angegebenen piezoelektrischen Moduln.
Jeder dieser piezoelektrischen Filme wies anfänglich
ein Oberflächenpotential einer Homoladung im Bereich von 300 bis 600 V auf, jedoch nahm diese ab, und
schließlich verloren die Filme ihre Oberflächenladung innerhalb mehrerer Stunden. Danach behielten sie
lediglich ihren piezoelektrischen Modul im wesentlichen bei.
200 kV/cm elektretisiert, und es wurde der piezoelektrische
Modul d3l unter Spannung in Richtung der
Verstreckung bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengefaßt.
Comonomeres
Piezoelektrischer Modul dsl
(c. g. s. e. s. u.)
Vinylfluorid 1,2 · 10-'
Trifluormonochlor- 3,6 · 10~8
äthylen
Tetrafluoräthylen 8,2 · 10-'
Tabelle II | Elektretisie- rungstemperatur (0C) |
Beis |
Feldstärke
(kV/cm) |
Piezoelektrischer Modul </31 (c. g. s. e. s. u.) |
Versuch Nr. |
135 | 150 | 4,8 · 10-' | |
1 | 135 | 230 | 8,5 · 10-' | |
2 | 135 | 450 | 6,2 · 10-' | |
3 | 120 | 400 | 8,5 · 10-' | |
4 | 90 | 300 | 9,0 · 10-8 | |
5 | piel 3 | |||
30
35
Das gleiche Mischpolymerisat wie in dem vorhergehenden Beispiel wurde zu einer 0,2 mm dicken Folie
verformt, und die Folie wurde 30 Minuten lang bei der in der folgenden Tabelle III angegebenen Temperatur
in einem elektrischen Gleichstromfeld gehalten und dann in dem elektrischen Feld auf Raumtemperatur
abgekühlt unter Bildung von Elektreten mit piezoelektrischen[Moduln,
wie sie in der folgenden Tabelle III angegeben sind.
Auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 1, wobei diesmal jedoch das Gewichtsverhältnis von eingesetztem
Vinylidenfluorid zu Tetrafluoräthylen 95: 5 betrug, wurde ein Mischpolymerisat mit einer Ausbeute
von 95 % oder mehr erhalten.
Das Mischpolymerisat und ein PVDF wurden getrennt zu 0,2 mm dicken Filmen verformt. Je ier
der Filme wurde bei 150° C um etwa das 3fache seiner
ursprünglichen Länge verstreckt unter Bildung eines etwa 65 Mikron dicken Filmes, der dann unter den
Bedingungen 1200C und 300kV/cm elektretisiert
wurde und wobei der piezoelektrische Modul jeweils unter einer Spannung in Richtung der Verstreckung
bestimmt wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V zusammengefaßt.
Versuch Elektretisie- Feldstärke Piezoelektrischer
Nr. rungstemperatur Modul dn
(° Q (kV/cm) (c g. s. e. s. u0
150
180
180
40
35
1,0 · 10-'
5 -ΙΟ-8
5 -ΙΟ-8
55
Vinylidenfluorid und ein Comonomeres wurden in einem Gewichtsverhältnis von 95: 5 in einer ähnlichen
Zusammensetzung wie im Beispiel 1 mischpolymerisiert unter Bildung eines Mischpolymerisats in einer
Ausbeute von 95% oder mehr. Als Comonomeres wurde Vinylfluorid, Trifluormethylchloräthylen oder
Tetrafluoräthylen verwendet
• Das Mischpolymerisat wurde zu einem 0,2 mm dicken Film warm verpreßt, der dann bei Raumtemperatur
mittels einer Walze um etwa das 2,4fache seiner ursprünglichen Länge gestreckt wurde. Der so gestreckte
Film wurde unter den Bedingungen 150° C,
Versuch Nr.
Probe
Piezoelektrischer Modul d31
(c. g. s. e. s. u.)
1 PVDF-Mischpoly- 2,5 · 10-' merisat
2 PVDF 7,0 · 10-8 (Kontrolle)
Ein Vinylidenfluorid-Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisat,
das in einem Beschickungsverhältnis von 50/5G in einer Ausbeute von 95 % oder mehr erhalten wurde,
wurde zu einem Film einer Dicke von 100 Mikror warm verpreßt, der dann unter den Bedingungen 150° C
und 300 kV/cm elektretisiert wurde. Der bei dei Probe bestimmte piezoelektrische Modul betruj
d = 1,0 · IO-7 c. g. s. e. s. u.
Ein in einem Beschickungsgewichtsverhältnis voi 90/10 in einer Ausbeute von 95% oder mehr herge
stelltes Vinyüdenfluorid-Tetrafluoräthylen-Mischpoly
merisat wurde zu einem Film einer Dicke von 100 Mi krön wann verpreßL Der Mischpolymerisatfilm un
ein PVDF-FiIm der gleichen Dicke als KontroU wurden unter den Bedingungen 1500C und 300 kV/ci
elektretisiert, wobei die folgenden Ergebnisse erhalte wurden:
«»IM8/21
Piezoelektrischer
Modul d
(c. g. s. e. s. u.)
Mischpolymerisat
PVDF (Kontrolle)
PVDF (Kontrolle)
1,5
2,2·
2,2·
10-'
ΙΟ-8
ΙΟ-8
Ein in einem Beschickungsgewichtsverhältnis von 70/30 und einer Ausbeute von 57 % hergestelltes Vinylidenfluorid
-Trifluormonochloräthylen -Mischpolymerisat wurde zu einem Film einer Dicke von 200 Mikron
warm verpreßt. Der so erhaltene Film war gummiähnlich biegsam und hatte eine sehr geringe KristalH-nität,
wie das Röntgenbeugungsdiagramm zeigte. Der Film wurde um etwa das 3fache seiner Länge gestreckt
und unter den Bedingungen 15O0C und 100 kV/cm elektretisiert unter Bildung eines Elektreten mit einem
piezoelektrischen Modul d3l unter Spannung in Richtung
der Streckung von 2,7 · 10~8 c. g. s. e. s. u.
Ein auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 1 hergestelltes Vinylidenfluorid-Tetrafluoräthylen-Mischpolymerisat,
bei dem jedoch das Beschickungsgewichtsverhältnis der Monomeren 70/30 betrug, wurde
zu einem 0,15 mm dicken Film verformt, der dann unter den Bedingungen 1300C und 300 kV/cm elektretisiert
wurde.
10
Der so erhaltene piezoelektrische Film 1 wurde zwischen ein Paar Elektroden 2 einer Größe von 1 χ 1 cm
gelegt, wie es in der F i g. 2 der Zeichnung dargestellt ist, und die augenblicklich größte Spannung, die
erzeugt wurde, wenn ein Gewicht 3 von 1 kg auf die Elektroden gelegt oder davon weggenommen wurde,
wurde mit Hilfe eines Oszillographen 5 durch einen Stromkreis 4 mit einem FET (Feldeffekttransistor)
gemessen, wobei ein Wert von 25 mV erhalten wurde.
ίο Dies zeigt, daß der Film als druckempfindliches
Element funktionierte. Der Grad der dielektrischen Polarisierung in dem Film variierte je nach der angelegten
Spannung (Belastung), und deshalb kann der Film zu einem druckempfindlichen Element zur Erzielung
eines einer Spannung (Belastung) entsprechenden Signals verformt werden.
Das im Beispiel 1 hergestellte Mischpolymerisat ao wurde in Aceton gelöst, und die Lösung wurde auf
eine Aluminiumplatte gegossen unter Bildung eines Überzugsfilmes einer Dicke von 10 Mikron. Nach dem
Trocknen des gegossenen Filmes wurde durch ein Vakuummetallisierungsverfahren Gold darauf aufgea5
dampft. Dieser Film wurde unter den gleichen Bedingen, wie im Beispiel 9 angegeben, polarisiert. Wenn
die Aluminiumplatte mit der Hand angefaßt oder gebogen wurde, wurde die Entstehung einer beträchtlichen
hohen Spannung mit Hilfe des gleichen Stromkreises wie im Beispiel 1 festgestellt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1 Potentialgradienten von etwa 300 kV/cm bei 80 bis
Patentanspruch: 90^e bisher bekannten hochpolymeren Elektrete mit
u hn niezoelektrischen Moduln beruhten immer auf
Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen J^J. eines monoaxial gesteckten Filmes, und
0SSn bzw. geformten Strukturen mit guten 5 gj*» aus einem „ichtonenüerten Film oder
ithyleKungesättigten Monomeren hergestellten ^ochmoie a^ckpiezoelektrische Eigenschaft
FoSper bzw. geformten Struktur der Behänd- erne ZUS lektric property) auf, und in d.esem
lunTbei dner Temperatur zwischen 40 und 200 C itensue ρ dektrische Elgenschaft durch einen
π einem elektrischen Gleichstromfeld einer Feld- ™*™ώΧ Modul dangezeigt, der «»****-
stärke von 30 bis 1500 kV/cm aussetzt. 1S pi«°e p^^on in Richtung senkrecht zur Ober
fläche Ses Filmes unter einer Zugspannung zuruckzu-
fÜHrfnsichtlich der piezoelektrischen hochpolymeren
TTWr!" CPi bemerkt daß dann, wenn man die Richtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung M gto^J^ Streckung ah ^Achse, die Richtung
von Formgegenständen (geformten Strukturen) mit der mono und d ^ h der
einer hohen piezoelektrischen Eigenschaft aus einem gJ^Sbe des Filmes als yAchse und die Richtung
Vhiylidenfluorid-Mischpolymerisat. . ^Scht zur Oberfläche des Filmes als z-Achse n.mmt
Bisher sind Quarz, Rochelle-Salz, Banumtitanat- sefB r^mmung der x-, y- und z-Achsen und wenn man
Keramikmaterialien und andere anorganische piezo- >5 zur ™fektrfschen Modul, der eine Polansation in
elektrische Materialien bekannt, und seit kurzem den pie Mchse unter einer Zugspannung m
2nd auch bestimmte biologische Materialien und Rk* ung ^ ^ ^ d de t
synthetische hochmolekulare Verbindungen bekannt, Achtung■ Jn Richtung der Mchse als «/„
dfcebenfalls piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. era« £ug,P und ^ jn den meisten Fallen
Bei den biologischen Geweben, bei denen eine piezo- 30 bezeichr v ^n sind>
d im Falle ernes
elektrische Eigenschaft festgestellt wurde, handelt es vonam treckten PVDF-F.lmes erreicht der
sich z. B. um Knochen, Haut, Blut, Gefäße, Tracheen, monoaxi g ^ ^^ des Weftes rf def
Muskeln, Haare, Elfenbein, Seide, BambuJ «°J«^ S. Hinsichtlich eines monoaxial verstreckten Fümes
und es wird nun angenommen, daß die meisten men h j lutamat) iSt es auch bekannt daß
Ceine piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. 35 au WV^* Modul in Richtung der z-Achse
Piezoelektrische Eigenschaften sind auch bei mono- der^p, -^ annimmt, wenn der Film m einer
axial gestreckten Filmen aus PoWaJphf-benqJ- ™ gespannt bzw. gestreckt wird, die mit den
Slutamat), Poly-(y-methylglutamat) und ähnlichen J 3^/chs P en unter Winkeln von 45° ubere.nst.mmt.
Synthetischen Polymerisaten von einzelnen Amino- x " sind die meisten dieser gestreckten
säuren festzustellen. Außer in diesen Fallen, s es sot 40 Aut n Filme hinsichtlich ihrer p.ezoelek-
langem bekannt, daß dann, wenn em hochpolymerer nocnp^ y anisotrop. Insbesondere im
Film der Wirkung eines elektrostatischen Feldes nut taschen £ gestreckten PVDF-F.lmen ist es
einem hohen Potentialgradienten bei einer verhältnis- FaUe vo ^^ mit einem pieMelektnschen
mäßig hohen Temperatur ausgesetzt und dann in ™χΛ von biszu lO-'c. g. s.e. s. u. oder mehr zu
dem elektrostatischen Feld auf Raumtemperatur abge- 45 Moüm an ^^ iA γοη großem Wertj
kühlt wird, um ihn in einen Zustand zovejjjm £uKVuch Nachteile, z. B. den, daß der Elektret
dem er in Richtung senkrecht zu seinen beiden Ober- na je Verwendung als Diaphragma in einem Lautflächen
dielektrisch polarisiert wird, ein sogenannter oei aer verschiedenen Amplituden in
Sektret gebildet wird und daß der Elektret p.ezoelek- Sprecher nut^ ^^ und ^ ^^ ^^
irische Eigenschaften aufweist. 5° j B ^^ def obenerwähnten hohen Anisotro-Kürzlich
wurden im Zusammenhang mit der unt- u-■* eleichmäßig vibrieren kann, und solange es
wiSung eines hochpolymeren Elektreten d^e piezo- P^ nicht g^J^ gestreckten RIm handelt,
elektrischen Eigenschaften von verschiedenen E ek- ^^ίηε Grenze hinsichtlich seiner Dicke und Form,
treten bestimmt, und es wurde gefunden daß Filme besteht^ι nichtorientierte PVDF-Fi me
aus Polyvinylidenfluorid (nachfolgend abgekürzt als 55 And p e^p.Formiinge hinsichtlich der p.ezoelek-PVDF),
Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid und ahn- una e Anisotropie auf, und es
liehen polaren hochpolymeren Molekülen ^besondere tmchen W» Bmet und Rohre>
Kugeln und immerwährende piezoelektrische Eigenschaften auf- Könne ^^ fa telu werdeil) es ist
weisen. Besonders bei PVDF wurden hohe piezo- andere Deue g ejnen E,ektreten mit einem
Elektrische Eigenschaften beobachtet und em piezo- 60 ^^SJModulV0n^1 .IsIO-Cg..^^u.
elektrischer PVDF-FiIm, der, wenn man die Richtung pi""
der monoaxialen Streckung des Films als x-Achse her™rde·nungefunden, daß nichtorientierte Vinylinimmt,
einen piezoelektrischen Modul rf31 inaer uoridmischpolymerisate im Vergleich zu dem
Größenordnung von 10-' c g.s.e.s.u. hatte, wurde »^^pvDF (Vinylidenfluond-Homopolyerhalten
duich monoaxiales Verstrecken eines PVDF 65 mcni überraschend hohe piezOelektnsche E.gen-Filmes
um das Mehrfache seiner ursPrün8llc^n re L c a"^ ™"aften aufweisen. Auf diese Weise ist es ernndungs-
^20 ir0 SSSSSSS^Ä SÄ S-B möglich, einen Film mit einer sehr hohen
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP45106022A JPS5029159B1 (de) | 1970-12-02 | 1970-12-02 | |
JP10602270 | 1970-12-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2159861A1 DE2159861A1 (de) | 1972-06-08 |
DE2159861B2 DE2159861B2 (de) | 1976-04-08 |
DE2159861C3 true DE2159861C3 (de) | 1976-11-25 |
Family
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