JPS5810878A - 圧電材料 - Google Patents

圧電材料

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Publication number
JPS5810878A
JPS5810878A JP56108014A JP10801481A JPS5810878A JP S5810878 A JPS5810878 A JP S5810878A JP 56108014 A JP56108014 A JP 56108014A JP 10801481 A JP10801481 A JP 10801481A JP S5810878 A JPS5810878 A JP S5810878A
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JP
Japan
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composite material
piezoelectric
coupling agent
carbonblack
electret
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Pending
Application number
JP56108014A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Yamamoto
和彦 山本
Tetsuo Katsuta
哲男 勝田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JSR Corp
Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Japan Synthetic Rubber Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd, Japan Synthetic Rubber Co Ltd filed Critical Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
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Publication of JPS5810878A publication Critical patent/JPS5810878A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高分子材料と強誘電体微粒子を含む高い圧電
率を備えた圧電材料に関する。
圧電材料社一般にオーディオ用トランスジューサ(ヘッ
ドホーン、マイクロホーン)、医療用トランスジューサ
、超音波用トランスジューサ、物理計測用トランスジュ
ーサ、感圧素子などの圧電性を応用した工業分野に広く
利用されている。そして上記の圧電性は対称中心のない
結晶体のもつ性質として知られておシ、現在実用化され
ている圧電体は水晶、ロッシェル塩。
PZT (ジルコン酸鉛系セラミックス)などの無機材
料が主であシ、これらの材料は硬くてしかも脆いので成
形加工に限度がある。それゆえ、薄い大面積の圧電材料
を製造することは非常に困難であシ、まして柔軟性のあ
る材料の製造は不可能である。
これに対して特定の高分子材料をエレクトレット化する
ことKよシ、薄くて柔軟性のある大面積の圧電材料を製
造することができる。例えばコラーゲン、セルローズな
どの天然高分子およびポリーγ−メチルーL−グルタ−
)K代表される合成高分子の延伸フィルムは圧電性を示
す。また、これらとは別のポリフッ化ビニリデン、ポリ
フッ化ビニル、ポリアクリルニトリル。
ポリカーボネートなどの合成高分子の延伸フィルムを高
温下で電界を印加した状態で冷却することkより圧電性
を示すことが明らかにされている。
しかし、これらの方法によって得た高分子圧電材料は延
伸処理のため圧電率に異方性があること、およびその圧
電率も温縦や湿度の影響を受け、不安定で耐久性に問題
がある。そのうえ圧電率も高いとは云えない。例えば、
最も圧電率の高いポリフッ化ビニリデンの延伸方向の圧
電率(ds+)さえ、約4 X 10−’ CGSes
uにすぎない。またこれらの高分子圧電フィルムは射出
成形、押出成形、カレンダリング、プレス成形等の溶融
成形法を用いることが不可能なため、任意の形状に成形
できないという製造上の問題がある。
上記無機および有機圧電材料の欠点を改良するため、高
分子物質単独および複合系に強誘電体微粒子を混合し、
成形したのち、分極処理を施した圧電材料で成形性、加
工性および可撓性のあるものが多く開発されているが、
これらの圧電材料の圧電率は充分に高いと云えない現状
である。
本発明者らは、大きな圧電効果を備えた圧電材料を開発
することを目的として鋭意研究の結果、本発明を完成す
るに至った。
すなわち、本発明は高分子物質とカップリンク剤又はカ
ーボンブラックと強誘電体微粒子とを混合して成形した
複合物をエレクトレット化してなる圧電材料を提供する
ものである。
本発明に用いられる高分子物質は、一般に、樹脂、ゴム
等と呼ばれているもので、熱可塑で電熱硬化型でもどち
らでもよい。具体例としてはポリフッ化ビニリデン、フ
ッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体、ポリフッ
化ビニル。
ナイロン、ポリオレフィンビニールアルコール。
挙げられ、これらは単独又は混合物として用いられる。
好ましい本のとしては、アクリロニトリル−ブタジェン
共重合体、ポリフッ化ビニリf7およヒアクリロニトリ
ルーブタジエン共重合体とポリフッ化ビニリデンとの混
合物あるいはこれらを主成分とするものである。
本発明に用いられ□るカップリング剤としてはチタンカ
ップリング剤およびシランカップリング剤等があり、こ
れらの具体例は表1および表2に挙げたとおりである。
好ましいものとしては、イソプロピルトリイソステアロ
イルチタネート、テトラインプロビルジ(ジオクチルホ
スファイト)チタネート、テトラオクチルジ(ジトリデ
シルホスファイト)チタネート、イソプロピルトリドデ
シルベンゼンスルホニルチタネート、ビニルトリクロロ
シラン、ビニルト1)β−メトキシエトキシ)シランが
ある。
表2 シ 化学名 ビニルトリクロロシラン ビニルトリエトキシシラン ビニルメトキシシラン シラン ランカップリング剤 化学構造 CHy=CH8i CL。
C1t(1=CH8i (QC!H$)sC迅=CH8
i (QC逸)。
Cル=CH8i (OCxH40CHs)nCHs=C
CHsCOOCsHsS i (OCRs)nbC2H
4S i (OCL )s H8CtHa8 i (OCtHs)mNLCsHsS
 1(OC!H!1)sNH*CzHaNHCjルS五
(QC几)。
カップリング剤の量としては高分子物質100重量部に
対して好ましくは0.1重量部以上である。カップリン
グ剤の上限量は4i1C制限はないが1複金物の弾性率
が低下しない範囲に止めるべきで、好ましくは9重量部
である。
本発明に用いられるカーボンブラックは、アセチレンブ
ラック、7フーネスブラツク、サーマルブラック、チャ
ンネルブラック、タッチエンブラックなどである。複合
物中のカーボンブラックの含有量の最大は複合物の体積
固有抵抗値が10”Ω・百以上になるように規定される
。この値に相当するカーボンブラック含有量は、カーボ
ンブラックの種類によって異なるが、例えばケッチェン
ブラックでは5重量僑以下、ファーネスブラック、サー
マルブラック、チャンネルブラックでは19重量嘔以下
、アセチレンブラックではゐ重量係以下である。
上記含有量を超えた場合、複合物の体積固有抵抗値が1
0’Ω・個未満となり、直流高電界による分極処理が不
可能となる。
本発明に用いられる強誘電体微粒子としては、圧電セラ
ミックとして知られているP b Z r 0s−Pb
TIOs系の固溶体を主成分とするPZTとして略称さ
れるセラミックの微粉末、ロッシェル塩々どが挙げられ
る。成形性からこれらの微粒子の粒径は0.2〜100
#であるが、これに限定されるものではない。これらは
複合物全体に占める割合が(9)〜匍容量嘔、好ましく
は40〜8o容量嘔、IvIK好ましくは40〜70容
量憾である。美容量−未満では、圧電効果は充分ではな
く、頒容量嘔を超えると、成形加工が困難であると同時
に成形物の力学的物性の低下が大きい。
高分子物質とカーボンブラック又はカップリング剤およ
び強誘電体微粒子とからなる複合物に樹脂又はゴムに添
加される加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、顔
料光安定剤などを配合して龜よい。
高分子物質とカーボンブラック又はカップリング剤およ
び強誘電体微粒子との混合方法としては溶融法、溶解法
、ラテックス状態で混合する方法等があシ、好ましくは
溶融法、溶解法である。溶解法とは高分子物質とカーボ
ンブラック又はカップリング剤訃よび強誘電体微粒子を
高分子物質の軟化点以上の温度で、ニーダ−又はバンバ
リー等で混練りすb方法である。またカップリング剤を
使用する場合、強誘電体微粒子の表面をカップリング剤
であらかじめ処理した後に高分子物質と混練してもよい
溶解法とは極性基をもつ溶媒に適当な温度のもとに高分
子物質を溶解させた状態で強誘電体微粒子とカーボンブ
ラック又社カップリング剤を配合して、充分攪拌機で混
合したのち、溶媒を蒸発させる方法である。
上記の方法で得られた高分子物質とカーボンブラック又
はカップリング剤および強誘電体微粒子からなる複合物
を、例えば押出機、プレスなどの成形機によって所定サ
イズのフィルムに成形する。このフィルムに圧電性を賦
与するために、成形フィルムの表裏両面に金属膜を密着
させて電極を作シ、恒温槽中でこのフィルムな所定の温
度まで加熱し、フィルムの電極間に直流電界を一定時間
印加する。その後、電界を印加した状態で冷却し、室温
以下になった時点で電界を取り除くことによりフィルム
をエレクトレットにする。エレクトレット化の最適温度
社結晶性高分子の場合は融点付近の温度、非結晶性高分
子の場合はガラス転移点以上の温度が好ましいが一般的
には40〜120℃が好ましい。
な訃複合物を加硫して使用する場合は、120℃〜18
0℃の温度で加硫と同時にエレクトレット化することが
好ましい。
フィルム両面の電極形成は真空蒸着、化学メッキ、金属
塗膜、導電ペースト、金属箔、金属板の接着などの種々
の方法によって表される。
印、加電圧は通常10〜1000 /、であシ、印加時
間にはqlK制限はないが(資)分間以上が好ましい。
かくして得られた本発明の圧電材料は高い圧電率を備え
ている。
次に本発明の詳細な説明する。
実施例1.比較例1 ポリフッ化ビニリデン(商品名: Kynar 820
゜Penwalt社製)50重量優とアクリロニトリル
−ブタジェン共重合体(アクリロニトリル含有量−モル
嘔)50重量慢を3インチロフルを用いて、180℃で
混練した高分子物質とカーボンブラック(ケッチェンブ
ラック)との重量比を表1のごとく変量混合し、その後
PZT黴粒子粒子テツク21.400メツシュバス品、
東北金属■社製)をポリマーブレンドに対して60/4
0(PZT/ポリマー)賽量嘔になるように少量ずつ添
加して均一に混合し大。次に該混合物を加熱プレス(温
度200℃、圧力15G ’/、I )を用いて厚さ1
00μのフィルムに成形した。このフィルムに金を蒸着
して電極とし、110℃で、15G  /、の直流電界
を1時i印加し、エレクトレット化した。
該試料の体積固有抵抗値と圧電率(東洋精機■社製の圧
電率測定装置を使用)を測定した。結果を表IK示す。
なお、上記アクリロニトリル−ブタジェン共重合体はブ
タジェンδ部、アクリロニトリル75部、t−ドデシル
メルカプタン0.90部、ロジン酸石ケン4.0部およ
び水200部を加り反応器に仕込み、p−メンテン/S
イドロノぐ−オキサイドー硫酸第1鉄を開始剤として3
0Cで重合を行い得られたエマルジョンを塩化カルシウ
ム水溶液中に徐々に添加攪拌し力から製造したものであ
る。
・表  1 実施例2.比較例2 実施例IK用いた高分子物質とカーボンブラック(商品
名:ダイヤブラックH9三菱化成■社製)との重量比を
表2のごとく変量混合し、以後実施例1と同様な条件お
よび方法で圧電材料を作製し、体積固有抵抗値および圧
電率を測定した。その結果を表2に示す。
表      2 表1.2より体積固有抵抗値が10”Ω・個以上の力〜
ボン含有量であると圧電率が大きいことがわかる。
*1(商品名:プレンアク)TTS味の素−社製)表3
より本発明の圧電材料の圧電率は大きいことがわかる。
実施例4.比較例3 実施例1に用いえ高分子物質4重量−とケッチェンブラ
ック3重量嗟を3インチロールを用いて180℃で混練
りし、よく混合したところにPZT微粒子をポリマーブ
レンド九対して表4に示す割合(容量噛)になるように
少量ずつ添加して均一に混合する。以下実施例IK同様
な条件および方法で圧電材料を作製し、圧電率を測定し
た。その結果を表4に示す。
表      4 実施例5.比較例4 実施例1に用いた高分子物質97重量憾とイソプロピル
トリイソステアロイルチタネート3重量優を3インチロ
ールを用いて180℃で混練りし、よく混合したとζろ
[PZT微粒子をポリマーブレンドに対して表5に示す
割合(容量−)Kなるように少量ずつ添加して均一に混
合する以下実施例1と同様な条件および方法で圧電材料
を作製し、圧電率を測定した。その結果を表5に示す。
表      5 実施例6 テトライソプロビルビス(ジオクチルホスファイト)チ
タネート(商品名:ブレンアクト41B、味の素■社製
)をイソプロパツールに1イ。
(容量嘔)K稀釈し、この液の中KPZT微粒子(商品
名:ネテツク21.400メツシュパス品)を添加し、
鉄液を充分攪拌したのち、イソプロパツールを蒸発させ
、PZTtyi子の表面ヲテトライノプロピルビス(ジ
オクチルホスファイト)チタネートでおおった。このよ
うKして作製したカップリング剤の付着したPZT微粒
子と実施例1に用いた高分子物質とを混練した。
なおPZT微粒子はポリマー混合物に対して%0容量1
(PZT/ポリマー)K1カップリング剤はポリマー混
合物100重量部に対して5重量部になるように添加し
た。以後実施例1と同様な条件および方法で圧電材料を
作製し、圧電率を測定した。その結果dn+=IZ7×
10−’(CGSesu)であった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高分子物質とカップリング剤又はその添加量の上限が複
    合物の体積固有抵抗値が1(1”Ω・1以上になるよう
    に規定されるカーボン・ブラックとの混合物に全体で占
    める割合が30〜901sIcなるよう強誘電体微粒子
    を混合して成形した複合物をエレクトレット化してなる
    ことを特徴とする圧電材料。
JP56108014A 1981-07-10 1981-07-10 圧電材料 Pending JPS5810878A (ja)

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JP56108014A JPS5810878A (ja) 1981-07-10 1981-07-10 圧電材料

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JPS5810878A true JPS5810878A (ja) 1983-01-21

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ID=14473795

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0415586A2 (en) * 1989-08-30 1991-03-06 THE PLESSEY COMPANY plc Improved electro-active composite poling efficiency

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0415586A2 (en) * 1989-08-30 1991-03-06 THE PLESSEY COMPANY plc Improved electro-active composite poling efficiency

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