一種聚偏氟乙烯壓電薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚偏氟乙烯壓電薄膜及其制備方法，屬于聚偏氟乙烯改性領域。該聚偏氟乙烯壓電薄膜配方包括以下組份：聚偏氟乙烯樹脂100份、電氣石粉10~30份以及熱穩(wěn)定劑0~3份。本發(fā)明大幅提高了聚偏氟乙烯薄膜的壓電性，同時采用的倒相法制備濕法膜操作工藝簡單、連續(xù)性強，所制備的薄膜材料性能優(yōu)越，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。本發(fā)明創(chuàng)新性的采用微米尺度的電氣石粉改性聚偏氟乙烯薄膜，較改性前相比具有較高的壓電常數(shù)和力學強度，同時削減近三分之一的成本，適于大規(guī)模工業(yè)生產及應用。
【專利說明】一種聚偏氟乙烯壓電薄膜及其制備方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及一種聚偏氟乙烯薄膜的改性及其制備方式，具體涉及一種聚偏氟乙烯 壓電薄膜及其制備方法。 【背景技術】
[0002] 聚偏氟乙烯壓電膜是本世紀70年代問世的一種新型高分子壓電材料，具有獨特 的介電、壓電和熱電效應，較傳統(tǒng)的壓電材料相比具有靈敏度高和阻尼易匹配等特點，廣泛 應用于軍事、交通和信息工程等領域。
[0003] 電氣石粉是三方晶系的一族環(huán)狀結構硅酸鹽礦物，具有獨特的壓電性，常溫下即 可釋放出4~14微米的遠紅外線。在受到壓力、震動以及撞擊時會產生電荷，施放出大量負 離子。
【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高的壓電常數(shù)及力學強度，能夠適用于對壓電 要求較高的諸如軍事、交通和信息工程等尖端【技術領域】，同時生產成本較低，適于大規(guī)模工 業(yè)生產及應用的聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0005] 本發(fā)明的聚偏氟乙烯壓電薄膜，由以下重量份的組分制成： 聚偏氟乙烯樹脂100份 電氣石粉 ΚΓ30份 熱穩(wěn)定劑 〇~3份 所述的聚偏氟乙烯樹脂分子量優(yōu)選為2(Γ100萬。
[0006] 所述的電氣石粉為無色或黑色粉末狀，粒度為300(Γ7000目，莫氏硬度疒7. 5。
[0007] 所述的熱穩(wěn)定劑優(yōu)選為有機錫類和/或金屬皂類；其中，有機錫類熱穩(wěn)定劑優(yōu)選 為二月桂酸二丁基錫、二月桂酸正辛基錫或馬來酸二正辛基錫，所述的金屬皂類熱穩(wěn)定劑 優(yōu)選為硬脂酸鋁、硬脂酸鋅或硬脂酸鋰。
[0008] 本發(fā)明還提供了該聚偏氟乙烯壓電薄膜的制備方法，其包括以下步驟： (1) 將聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)109Γ30%的溶液，加入電氣石粉或者，電氣石粉與熱 穩(wěn)定劑； (2) 將上述溶液超聲分散0. 5?2h后，在5(T80°C條件下攪拌2?6h ; (3 )在光潔的玻璃板上用0. 5 ~ 1. 5mm刮刀涂布，將涂布置于5 ~ 15 °C水浴中處理 l(T40min以除去溶劑； (4)將上述涂布置于3(T60°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0009] 所述的聚偏氟乙烯溶液采用的溶劑為丙酮、四氫呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。
[〇〇1〇] 本發(fā)明創(chuàng)新性的采用微米尺度的電氣石粉改性聚偏氟乙烯薄膜，較改性前相比具 有較高的壓電常數(shù)和力學強度，其中壓電常數(shù)最大為60pC/N，較改性前提高140%，拉伸強 度最大為80MPa，較改性前提高60%。同時成本降低約66%，成膜后無需復雜后處理，制備工 藝簡單且可控性強，適于大規(guī)模工業(yè)生產及應用。 【具體實施方式】
[〇〇11] 下面結合具體實例對本
【發(fā)明內容】
進行進一步的說明，但所述實施例并非是對本發(fā) 明實質精神的簡單限定，任何基于本發(fā)明實質精神所作出的簡單變化或等同替換均應屬于 本發(fā)明所要求保護的范圍之內。如無特別說明，實施例中所述份數(shù)均為重量份。
[0012] 制備的樣品在23°C、50%濕度下調節(jié)24小時后，分別采用GB/T 3389和ASTM D638 檢測壓電常數(shù)和拉伸強度。
[0013] 本發(fā)明的具體實施例如下： 對比實例 (1) 將100份聚偏氟乙烯樹脂配制為質量分數(shù)10%的丙酮溶液； (2) 將上述溶液在50°C條件下攪拌2h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 5mm刮刀涂布，將涂布置于5°C水浴中處理lOmin以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于30°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0014] 所制得的普通聚偏氟乙烯薄膜性能見表一。
[0015] 實例 1 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)10%的丙酮溶液，加入30份電氣石粉、1份二 月桂酸二丁基錫和1份硬脂酸鋁； (2) 將上述溶液超聲分散0. 5h后，在80°C條件下攪拌2h ; (3) 在光潔的玻璃板上用1. 5mm刮刀涂布，將涂布置于5°C水浴中處理40min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于30°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0016] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[〇〇17]實例 2 (1)將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)10%的丙酮溶液，加入28份電氣石粉、2份二 月桂酸正辛基錫和1份硬脂酸鋅； (2 )將上述溶液超聲分散0. 5h后，在75 °C條件下攪拌3. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用1. 2mm刮刀涂布，將涂布置于5°C水浴中處理35min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于30°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0018] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0019] 實例 3 (1)將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)15%的丙酮溶液，加入28份電氣石粉和3份 馬來酸二正辛基錫； (2 )將上述溶液超聲分散0. 8h后，在75 °C條件下攪拌3. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用1. 2mm刮刀涂布，將涂布置于7°C水浴中處理35min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于35°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0020] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0021] 實例 4 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)15%的丙酮溶液，加入25份電氣石粉和3份 硬脂酸鋰； (2) 將上述溶液超聲分散0. 8h后，在70°C條件下攪拌4h ; (3) 在光潔的玻璃板上用1mm刮刀涂布，將涂布置于7°C水浴中處理30min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于35°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0022] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0023] 實例 5 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)20%的四氫呋喃溶液，加入25份電氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散lh后，在70°C條件下攪拌4h ; (3) 在光潔的玻璃板上用1mm刮刀涂布，將涂布置于9°C水浴中處理30min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于40°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0024] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0025] 實例 6 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)20%的四氫呋喃溶液，加入20份電氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散lh后，在65°C條件下攪拌4. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 8mm刮刀涂布，將涂布置于9°C水浴中處理25min以除去溶 劑； (4) 將上述涂布置于40°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0026] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0027] 實例 7 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)25%的四氫呋喃溶液，加入20份電氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散1. 5h后，在65°C條件下攪拌4. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 8mm刮刀涂布，將涂布置于11°C水浴中處理25min以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于45°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0028] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0029] 實例 8 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)25%的四氫呋喃溶液，加入15份電氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散1. 5h后，在60°C條件下攪拌5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 7mm刮刀涂布，將涂布置于11°C水浴中處理20min以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于45°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0030] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0031] 實例 9 (1)將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)28%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入15份電 氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散1. 8h后，在60°C條件下攪拌5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 7mm刮刀涂布，將涂布置于13°C水浴中處理20min以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于50°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0032] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0033] 實例 10 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)28%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入13份電 氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散1. 8h后，在55°C條件下攪拌5. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 6mm刮刀涂布，將涂布置于13°C水浴中處理15min以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于50°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[〇〇34] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0035] 實例 11 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)30%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入13份電 氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散2h后，在55°C條件下攪拌5. 5h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 6mm刮刀涂布，將涂布置于15°C水浴中處理15min以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于60°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0036] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0037] 實例 12 (1) 將100份聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)30%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入10份電 氣石粉； (2) 將上述溶液超聲分散2h后，在50°C條件下攪拌6h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 5mm刮刀涂布，將涂布置于15°C水浴中處理lOmin以除去 溶劑； (4) 將上述涂布置于60°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
[0038] 所制得的聚偏氟乙烯改性壓電薄膜性能見表一。
[0039] 表一：各實例所得聚偏氟乙烯改性壓電薄膜的性能測試
【權利要求】
1. 一種聚偏氟乙烯壓電薄膜，其特征在于，由以下重量份的組分制成： 聚偏氟乙烯樹脂100份 電氣石粉ΚΓ30份 熱穩(wěn)定劑〇~3份。
2. 根據權利要求1所述的一種聚偏氟乙烯壓電薄膜，其特征在于，所述的聚偏氟乙烯 樹脂分子量為20~100萬。
3. 根據權利要求1所述的一種聚偏氟乙烯壓電薄膜，其特征在于，所述的電氣石粉為 無色或黑色粉末狀，粒度為300(Γ7000目，莫氏硬度疒7. 5。
4. 根據權利要求1所述的一種聚偏氟乙烯壓電薄膜，其特征在于，所述的熱穩(wěn)定劑為 有機錫類和/或金屬皂類。
5. 根據權利要求1所述的一種聚偏氟乙烯壓電薄膜，其特征在于，所述的有機錫類熱 穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫、二月桂酸正辛基錫或馬來酸二正辛基錫。
6. 根據權利要求1所述的一種聚偏氟乙烯壓電薄膜及其制備方法，其特征在于，所述 的金屬皂類熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鋁、硬脂酸鋅或硬脂酸鋰。
7. 權利要求1-6任一項所述聚偏氟乙烯壓電薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： (1) 將聚偏氟乙烯配制為質量分數(shù)1〇%~30%的溶液，加入電氣石粉或者，電氣石粉與熱 穩(wěn)定劑； (2) 將上述溶液超聲分散0. 5?2h后，在5(T80°C條件下攪拌2?6h ; (3) 在光潔的玻璃板上用0. 5~1.5mm刮刀涂布，將涂布置于5~15°C水浴中處理 l(T40min以除去溶劑； (4) 將上述涂布置于3(T60°C烘箱中處理24h，即制得一種聚偏氟乙烯壓電薄膜。
8. 根據權利要求7所述的聚偏氟乙烯壓電薄膜的制備方法，其特征在于，所述的聚偏 氟乙烯溶液采用的溶劑為丙酮、四氫呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。
【文檔編號】C08K5/098GK104098859SQ201310120612
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權日:2013年4月9日
【發(fā)明者】楊桂生, 李裊 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司