一种聚偏氟乙烯压电薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚偏氟乙烯压电薄膜及其制备方法，属于聚偏氟乙烯改性领域。该聚偏氟乙烯压电薄膜配方包括以下组份：聚偏氟乙烯树脂100份、电气石粉10~30份以及热稳定剂0~3份。本发明大幅提高了聚偏氟乙烯薄膜的压电性，同时采用的倒相法制备湿法膜操作工艺简单、连续性强，所制备的薄膜材料性能优越，适于大规模工业化生产。本发明创新性的采用微米尺度的电气石粉改性聚偏氟乙烯薄膜，较改性前相比具有较高的压电常数和力学强度，同时削减近三分之一的成本，适于大规模工业生产及应用。
【专利说明】一种聚偏氟乙烯压电薄膜及其制备方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种聚偏氟乙烯薄膜的改性及其制备方式，具体涉及一种聚偏氟乙烯 压电薄膜及其制备方法。 【背景技术】
[0002] 聚偏氟乙烯压电膜是本世纪70年代问世的一种新型高分子压电材料，具有独特 的介电、压电和热电效应，较传统的压电材料相比具有灵敏度高和阻尼易匹配等特点，广泛 应用于军事、交通和信息工程等领域。
[0003] 电气石粉是三方晶系的一族环状结构硅酸盐矿物，具有独特的压电性，常温下即 可释放出4~14微米的远红外线。在受到压力、震动以及撞击时会产生电荷，施放出大量负 离子。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种具有较高的压电常数及力学强度，能够适用于对压电 要求较高的诸如军事、交通和信息工程等尖端【技术领域】，同时生产成本较低，适于大规模工 业生产及应用的聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0005] 本发明的聚偏氟乙烯压电薄膜，由以下重量份的组分制成： 聚偏氟乙烯树脂100份 电气石粉 ΚΓ30份 热稳定剂 〇~3份 所述的聚偏氟乙烯树脂分子量优选为2(Γ100万。
[0006] 所述的电气石粉为无色或黑色粉末状，粒度为300(Γ7000目，莫氏硬度疒7. 5。
[0007] 所述的热稳定剂优选为有机锡类和/或金属皂类；其中，有机锡类热稳定剂优选 为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸正辛基锡或马来酸二正辛基锡，所述的金属皂类热稳定剂 优选为硬脂酸铝、硬脂酸锌或硬脂酸锂。
[0008] 本发明还提供了该聚偏氟乙烯压电薄膜的制备方法，其包括以下步骤： (1) 将聚偏氟乙烯配制为质量分数109Γ30%的溶液，加入电气石粉或者，电气石粉与热 稳定剂； (2) 将上述溶液超声分散0. 5?2h后，在5(T80°C条件下搅拌2?6h ; (3 )在光洁的玻璃板上用0. 5 ~ 1. 5mm刮刀涂布，将涂布置于5 ~ 15 °C水浴中处理 l(T40min以除去溶剂； (4)将上述涂布置于3(T60°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0009] 所述的聚偏氟乙烯溶液采用的溶剂为丙酮、四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。
[〇〇1〇] 本发明创新性的采用微米尺度的电气石粉改性聚偏氟乙烯薄膜，较改性前相比具 有较高的压电常数和力学强度，其中压电常数最大为60pC/N，较改性前提高140%，拉伸强 度最大为80MPa，较改性前提高60%。同时成本降低约66%，成膜后无需复杂后处理，制备工 艺简单且可控性强，适于大规模工业生产及应用。 【具体实施方式】
[〇〇11] 下面结合具体实例对本
【发明内容】
进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发 明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于 本发明所要求保护的范围之内。如无特别说明，实施例中所述份数均为重量份。
[0012] 制备的样品在23°C、50%湿度下调节24小时后，分别采用GB/T 3389和ASTM D638 检测压电常数和拉伸强度。
[0013] 本发明的具体实施例如下： 对比实例 (1) 将100份聚偏氟乙烯树脂配制为质量分数10%的丙酮溶液； (2) 将上述溶液在50°C条件下搅拌2h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 5mm刮刀涂布，将涂布置于5°C水浴中处理lOmin以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于30°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0014] 所制得的普通聚偏氟乙烯薄膜性能见表一。
[0015] 实例 1 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数10%的丙酮溶液，加入30份电气石粉、1份二 月桂酸二丁基锡和1份硬脂酸铝； (2) 将上述溶液超声分散0. 5h后，在80°C条件下搅拌2h ; (3) 在光洁的玻璃板上用1. 5mm刮刀涂布，将涂布置于5°C水浴中处理40min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于30°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0016] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[〇〇17]实例 2 (1)将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数10%的丙酮溶液，加入28份电气石粉、2份二 月桂酸正辛基锡和1份硬脂酸锌； (2 )将上述溶液超声分散0. 5h后，在75 °C条件下搅拌3. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用1. 2mm刮刀涂布，将涂布置于5°C水浴中处理35min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于30°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0018] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0019] 实例 3 (1)将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数15%的丙酮溶液，加入28份电气石粉和3份 马来酸二正辛基锡； (2 )将上述溶液超声分散0. 8h后，在75 °C条件下搅拌3. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用1. 2mm刮刀涂布，将涂布置于7°C水浴中处理35min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于35°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0020] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0021] 实例 4 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数15%的丙酮溶液，加入25份电气石粉和3份 硬脂酸锂； (2) 将上述溶液超声分散0. 8h后，在70°C条件下搅拌4h ; (3) 在光洁的玻璃板上用1mm刮刀涂布，将涂布置于7°C水浴中处理30min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于35°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0022] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0023] 实例 5 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数20%的四氢呋喃溶液，加入25份电气石粉； (2) 将上述溶液超声分散lh后，在70°C条件下搅拌4h ; (3) 在光洁的玻璃板上用1mm刮刀涂布，将涂布置于9°C水浴中处理30min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于40°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0024] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0025] 实例 6 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数20%的四氢呋喃溶液，加入20份电气石粉； (2) 将上述溶液超声分散lh后，在65°C条件下搅拌4. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 8mm刮刀涂布，将涂布置于9°C水浴中处理25min以除去溶 剂； (4) 将上述涂布置于40°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0026] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0027] 实例 7 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数25%的四氢呋喃溶液，加入20份电气石粉； (2) 将上述溶液超声分散1. 5h后，在65°C条件下搅拌4. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 8mm刮刀涂布，将涂布置于11°C水浴中处理25min以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于45°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0028] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0029] 实例 8 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数25%的四氢呋喃溶液，加入15份电气石粉； (2) 将上述溶液超声分散1. 5h后，在60°C条件下搅拌5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 7mm刮刀涂布，将涂布置于11°C水浴中处理20min以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于45°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0030] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0031] 实例 9 (1)将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数28%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入15份电 气石粉； (2) 将上述溶液超声分散1. 8h后，在60°C条件下搅拌5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 7mm刮刀涂布，将涂布置于13°C水浴中处理20min以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于50°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0032] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0033] 实例 10 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数28%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入13份电 气石粉； (2) 将上述溶液超声分散1. 8h后，在55°C条件下搅拌5. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 6mm刮刀涂布，将涂布置于13°C水浴中处理15min以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于50°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[〇〇34] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0035] 实例 11 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数30%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入13份电 气石粉； (2) 将上述溶液超声分散2h后，在55°C条件下搅拌5. 5h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 6mm刮刀涂布，将涂布置于15°C水浴中处理15min以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于60°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0036] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0037] 实例 12 (1) 将100份聚偏氟乙烯配制为质量分数30%的N，N-二甲基甲酰胺溶液，加入10份电 气石粉； (2) 将上述溶液超声分散2h后，在50°C条件下搅拌6h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 5mm刮刀涂布，将涂布置于15°C水浴中处理lOmin以除去 溶剂； (4) 将上述涂布置于60°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
[0038] 所制得的聚偏氟乙烯改性压电薄膜性能见表一。
[0039] 表一：各实例所得聚偏氟乙烯改性压电薄膜的性能测试
【权利要求】
1. 一种聚偏氟乙烯压电薄膜，其特征在于，由以下重量份的组分制成： 聚偏氟乙烯树脂100份 电气石粉ΚΓ30份 热稳定剂〇~3份。
2. 根据权利要求1所述的一种聚偏氟乙烯压电薄膜，其特征在于，所述的聚偏氟乙烯 树脂分子量为20~100万。
3. 根据权利要求1所述的一种聚偏氟乙烯压电薄膜，其特征在于，所述的电气石粉为 无色或黑色粉末状，粒度为300(Γ7000目，莫氏硬度疒7. 5。
4. 根据权利要求1所述的一种聚偏氟乙烯压电薄膜，其特征在于，所述的热稳定剂为 有机锡类和/或金属皂类。
5. 根据权利要求1所述的一种聚偏氟乙烯压电薄膜，其特征在于，所述的有机锡类热 稳定剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸正辛基锡或马来酸二正辛基锡。
6. 根据权利要求1所述的一种聚偏氟乙烯压电薄膜及其制备方法，其特征在于，所述 的金属皂类热稳定剂为硬脂酸铝、硬脂酸锌或硬脂酸锂。
7. 权利要求1-6任一项所述聚偏氟乙烯压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 将聚偏氟乙烯配制为质量分数1〇%~30%的溶液，加入电气石粉或者，电气石粉与热 稳定剂； (2) 将上述溶液超声分散0. 5?2h后，在5(T80°C条件下搅拌2?6h ; (3) 在光洁的玻璃板上用0. 5~1.5mm刮刀涂布，将涂布置于5~15°C水浴中处理 l(T40min以除去溶剂； (4) 将上述涂布置于3(T60°C烘箱中处理24h，即制得一种聚偏氟乙烯压电薄膜。
8. 根据权利要求7所述的聚偏氟乙烯压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的聚偏 氟乙烯溶液采用的溶剂为丙酮、四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺。
【文档编号】C08K5/098GK104098859SQ201310120612
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2013年4月9日
【发明者】杨桂生, 李袅 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司