專利名稱：高分子壓電材料有序取向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子壓電材料有序取向裝置。
背景技術(shù)：
高分子壓電材料在航天、電子、醫(yī)療等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，它與陶瓷壓電材料相比具有柔軟，可制成大面積傳感器和換能器的特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛重視。-1975年Naohiro Murayama；TakaoOikawa等人在美國(guó)專利US3878274上公開的題為“聚偏氟乙烯樹脂薄膜加工過程”中，描述了壓電薄膜的制備方法采用懸浮聚合得到的聚偏氟乙烯樹脂粉末，擠出成膜，進(jìn)行3.5倍的拉伸，拉伸分為兩種方式垂直于纏繞方向；平行于纏繞方向。將鋁電極沉積于薄膜表面，對(duì)薄膜進(jìn)行極化處理，其拉伸溫度100～130℃；極化溫度90℃；極化電壓50～2000KV/cm之間；極化時(shí)間30分鐘；熱處理溫度為70℃，熱處理時(shí)間1小時(shí)。該技術(shù)的拉伸倍率不能達(dá)到高的晶型轉(zhuǎn)化以及電疇的有序取向，技術(shù)不能連續(xù)化加工聚合物壓電薄膜，因而影響薄膜壓電性能，而且不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備高分子壓電材料有序取向的裝置。
本發(fā)明由同步運(yùn)轉(zhuǎn)的高分子壓電材料的拉伸儀與有序取向儀組成。高分子壓電薄膜經(jīng)加熱后，進(jìn)行拉伸，并在拉伸的同時(shí)對(duì)薄膜進(jìn)行電暈極化，使壓電薄膜實(shí)現(xiàn)晶型有序取向，拉伸控制在一定倍數(shù)，然后通過展平輥將薄膜進(jìn)行展平處理，最后收卷。


附圖1為高分子壓電材料有序取向裝置示意圖。
本發(fā)明有序取向裝置由拉伸設(shè)備和有序取向儀兩部分組成，拉伸設(shè)備1-牽引拉伸輥，2-壓緊輥，3-展平輥，4-制動(dòng)拉伸輥，5-牽引拉伸輥鏈輪，6-制動(dòng)拉伸輥鏈輪，7-兩組減速器，電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)，外置電磁調(diào)速電機(jī)控制器；有序取向儀8-有序取向儀外罩，9-溫度控制器，10-有序取向開關(guān)，11-加熱指示燈，12-加熱器，13-有序取向指示燈，14-底電極，15-多排電暈極化針電極，16-電壓表，外置的電壓控制器，17-收卷輥。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方案結(jié)合附圖描述如下如圖所示，整臺(tái)取向裝置固定在一臺(tái)金屬架底座上，取向裝置分為兩個(gè)主體部分，拉伸設(shè)備和有序取向儀，兩端牽引拉伸輥(1)和制動(dòng)拉伸輥(4)為兩對(duì)鋼輥，每一對(duì)輥都由旋鈕控制，可調(diào)節(jié)上下輥之間的壓力；壓緊輥(2)為耐高溫硅橡膠制成，可以防止薄膜拉伸時(shí)打滑，保證薄膜具有恒定的拉伸比；在薄膜成形后裝有展平輥(3)，為鼓形展平輥；(1)、(2)、(3)、(4)四對(duì)輥插入圓孔軸套內(nèi)，以螺絲固定在兩組安裝于底座的支架上，每組固定支架上各有兩個(gè)帶有滾珠軸承的圓孔，上、下一對(duì)輥的兩端鑲?cè)胍唤M固定支架的圓孔內(nèi)，支架的上端垂直于圓孔安有調(diào)節(jié)手柄，減速器與可調(diào)電機(jī)以軸套聯(lián)接；牽引拉伸輥(1)和制動(dòng)拉伸輥(4)的下輥兩端外部分別連接牽引拉伸輥鏈輪(5)和制動(dòng)拉伸輥鏈輪(6)，下輥的一端與鏈條配合，鏈條連接到電機(jī)減速器(7)的鏈輪上；電機(jī)減速器(7)安裝在金屬底座的下部，減速器鏈輪與牽引拉伸輥鏈輪(5)和制動(dòng)拉伸輥鏈輪(6)置于同一平面；牽引拉伸輥(1)的下輥另一端與展平輥(3)的下輥的端部鏈輪平行以橫鏈條聯(lián)接，制動(dòng)拉伸輥(4)的下輥另一端與壓緊輥(2)的下輥的端部鏈輪平行以橫鏈條聯(lián)接；設(shè)備中間部分是電暈極化裝置，加熱器(12)為外套金屬管的電熱絲，固定在取向儀的底部，利用底板傳熱；多排電暈極化針電極(15)材料為紫銅，橫向固定在取向儀的中央，與底電極(14)之間距離可調(diào)，加工時(shí)經(jīng)過鍛打，材料組織較密，有利于減少電極損耗，電極穩(wěn)定性好；底電極(14)為光滑鋁板，固定在有序取向儀的底板上，位置對(duì)應(yīng)于多排電暈極化針電極，同時(shí)能夠傳遞熱，能確保薄膜在兩電極中間開始拉伸；電壓表(16)安置在有序取向儀外罩的側(cè)面，和外置的電壓控制器相連，可以隨時(shí)閱讀電極之間電壓，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)控電壓；有序取向儀外罩(8)采用高絕緣的聚四氟乙烯板制成，防止高壓電外泄；加熱指示燈(11)和有序取向指示燈(13)裝在有序取向儀外罩側(cè)面，加熱指示燈(11)與加熱開關(guān)相連，有序取向指示燈(13)與有序取向開關(guān)(10)連接；收卷輥(17)用鋼架和螺絲固定在底座支架右側(cè)。
由于高分子壓電薄膜需要拉伸一定倍數(shù)才能夠得到最佳的效果，因此牽引拉伸輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是制動(dòng)拉伸輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的一定倍數(shù)，通過兩組減速器(7)的轉(zhuǎn)速、牽引拉伸輥鏈輪(5)和制動(dòng)拉伸輥鏈輪(6)齒數(shù)比共同作用來達(dá)到這一倍數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，可調(diào)節(jié)拉伸倍數(shù)。
將需制備的原始薄膜沿制動(dòng)拉伸輥(4)、壓緊輥(2)，穿過有序取向儀的電極中間，再經(jīng)牽引拉伸輥(1)、展平輥(3)，纏繞在收卷輥(17)上。開啟溫度控制器(9)，當(dāng)薄膜在有序取向儀兩電極中間加熱達(dá)到拉伸實(shí)驗(yàn)要求溫度時(shí)，開啟裝置拉伸開關(guān)(外置)，由牽引拉伸輥(1)與制動(dòng)拉伸輥(4)共同作用，對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸，其中牽引拉伸輥(1)的速度較快，制動(dòng)拉伸輥(4)速度較慢；同時(shí)開啟有序取向儀開關(guān)(10)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)節(jié)電壓表(16)，多排電暈極化針電極(15)開始輝光放電，電極之間形成高壓電場(chǎng)，對(duì)薄膜進(jìn)行有序取向；拉伸極化后的薄膜經(jīng)過熱處理區(qū)，熱處理有兩個(gè)作用，一是使極化后的薄膜不至于驟冷變形，形成粗糙的表面，影響蒸鍍電極，二是熱處理能夠使薄膜的壓電性能更加穩(wěn)定。熱處理后的薄膜經(jīng)過展平輥(3)進(jìn)行展平，然后收卷在收卷輥(17)上。
采用拉伸與晶型有序取向同步進(jìn)行，有效的縮短了加工高分子壓電薄膜的時(shí)間，同時(shí)降低了有序取向的溫度，提高了壓電薄膜的壓電常數(shù)；采用齒數(shù)比和轉(zhuǎn)速比的不同控制拉伸倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分子壓電材料連續(xù)化制備；利用該設(shè)備制備的高分子壓電薄膜壓電常數(shù)d33為17.7～39.5pC/N。
通過機(jī)械力作用使高分子薄膜發(fā)生形變，減速器和齒數(shù)比控制兩組輥的不同轉(zhuǎn)速，控制薄膜的拉伸比、拉伸速度，從而提高薄膜的晶型轉(zhuǎn)換，同步進(jìn)行薄膜的有序取向，達(dá)到薄膜壓電功能化的目的。整套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條件易于控制，操作簡(jiǎn)便。
權(quán)利要求
1.一種高分子壓電材料有序取向裝置，由拉伸設(shè)備和有序取向儀兩部分組成，拉伸設(shè)備兩端牽引拉伸輥(1)和制動(dòng)拉伸輥(4)為兩對(duì)鋼輥，壓緊輥(2)為耐高溫硅橡膠制成，在薄膜成形后裝有展平輥(3)，(1)、(2)、(3)、(4)四對(duì)輥插入圓孔軸套內(nèi)，以螺絲固定在兩組安裝于底座的支架上，每組固定支架上各有兩個(gè)帶有滾珠軸承的圓孔，上、下一對(duì)輥的兩端鑲?cè)胍唤M固定支架的圓孔內(nèi)，支架的上端垂直于圓孔安有調(diào)節(jié)手柄，減速器與可調(diào)電機(jī)以軸套聯(lián)接；牽引拉伸輥(1)和制動(dòng)拉伸輥(4)的下輥兩端外部分別連接牽引拉伸輥鏈輪(5)和制動(dòng)拉伸輥鏈輪(6)，下輥的一端與鏈條配合，鏈條連接到電機(jī)減速器(7)的鏈輪上；電機(jī)減速器(7)安裝在金屬底座的下部，減速器鏈輪與牽引拉伸輥鏈輪(5)和制動(dòng)拉伸輥鏈輪(6)置于同一平面；牽引拉伸輥(1)的下輥另一端與展平輥(3)的下輥的端部鏈輪平行以橫鏈條聯(lián)接，制動(dòng)拉伸輥(4)的下輥另一端與壓緊輥(2)的下輥的端部鏈輪平行以橫鏈條聯(lián)接；設(shè)備中間部分是電暈極化裝置，加熱器(12)為外套金屬管的電熱絲，固定在取向儀的底部，利用底板傳熱；多排電暈極化針電極(15)材料為紫銅，橫向固定在取向儀的中央，與底電極(14)之間距離可調(diào)，加工時(shí)經(jīng)過鍛打，材料組織較密，有利于減少電極損耗，電極穩(wěn)定性好；底電極(14)為光滑鋁板，固定在有序取向儀的底板上，位置對(duì)應(yīng)于多排電暈極化針電極，同時(shí)能夠傳遞熱，能確保薄膜在兩電極中間開始拉伸；電壓表(16)安置在有序取向儀外罩的側(cè)面，和外置的電壓控制器相連，可以隨時(shí)閱讀電極之間電壓，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)控電壓；有序取向儀外罩(8)采用高絕緣的聚四氟乙烯板制成，防止高壓電外泄；加熱指示燈(11)和有序取向指示燈(13)裝在有序取向儀外罩側(cè)面，加熱指示燈(11)與加熱開關(guān)相連，有序取向指示燈(13)與有序取向開關(guān)(10)連接；收卷輥(17)用鋼架和螺絲固定在底座支架右側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子壓電材料有序取向裝置。由同步運(yùn)轉(zhuǎn)的高分子壓電材料的拉伸儀與有序取向儀組成。高分子壓電薄膜經(jīng)加熱后，進(jìn)行拉伸，并在拉伸的同時(shí)對(duì)薄膜進(jìn)行電暈極化，使壓電薄膜實(shí)現(xiàn)晶型有序取向，拉伸控制在一定倍數(shù)，然后通過展平輥將薄膜進(jìn)行展平處理，最后收卷。本發(fā)明通過機(jī)械力作用使高分子薄膜發(fā)生形變，減速器和齒數(shù)比控制兩組輥的不同轉(zhuǎn)速，控制薄膜的拉伸比、拉伸速度，從而提高薄膜的晶型轉(zhuǎn)換，同步進(jìn)行薄膜的有序取向，達(dá)到薄膜壓電功能化的目的。整套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條件易于控制，操作簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)H01L41/22GK1545149SQ20031011005
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者劉雅言, 張風(fēng)濤, 郝先, 李瑩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所