一种复合压电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压电材料，尤其涉及一种复合压电材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚合物压电材料具有比无机压电材料更高的电压输出常数(压电g_常数)，并且具有接近于人体和水的那些声阻抗的声阻抗。聚合物压电材料应用于各种传感器、超声换能器比如超声探针和水听器、阻尼材料(阻尼器)和振动基发电。在这些应用领域中，需要具有足够压电变形常数。但是基体材料与无机压电材料复合的压电聚合物的压电常数比无机压电材料的压电常数低，并且当它们被用于上述的应用时不能提供足够的性能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供一种压电性能高、热稳定性高的复合压电材料。
[0004]本发明的技术方案是这样实现的:一种复合压电材料，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体45-80份;导电体0.5-3份;压电体15-35份;硬脂酸钙0.5_5份;马来酸酐接枝聚乙烯10-20份。其中，压电体在15-35份时在复合高分子材料呈现较好的均匀分布，过多会有团聚现象，而且复合材料难以加工成型且材料发脆，力学性能差。
[0005]改进地，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体50份；导电体I份;压电体30份;硬脂酸钙0.5份;马来酸酐接枝聚乙烯15份。
[0006]进一步地，所述压电体为压电陶瓷。
[0007]进一步地，所述导电体为导电炭黑、碳纳米管和微细硅粉的一种或几种。导电体的加入是基体成为导电高分子材料，提高了复合材料的导电率，进而是作用在PT颗粒上的场强El增大，加入导电体能提高复合材料的压电常数，但导电体加入量过大就会导致漏电及转化成热能消耗掉。本申请通过试验研究证明，加入0.5-3份的导电体既能提高复合高分子压电材料的压电常数，又不会导致漏电。
[0008]改进地，还包括增强体，所述增强体为尼龙布或玻璃纤维布。
[0009]—种复合压电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]I)热塑性弹性体在双辊混炼机，依次加入导电体、压电体(加入前需干燥)、硬脂酸钙、马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼，然后造粒或压片或薄膜，得到未极化的复合材料；
[0011]2)在未极化的复合材料上下表面镀膜或涂覆上电极，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为100-120°C，极化场强5-10kV/mm，极化时间为10-30min;注意两面电极不能接触，否则将会导致短路。极化温度升高压电常数值也增大，这是因为复合材料中温度越高，PT活性越大，越容易极化。
[0012]极化工艺是制备压电复合材料的关键工序之一，未经极化的复合材料几乎没有压电性，经过人工极化后才具有压电性。极化方式同样也有多种方式，高温油浴极化方式、真空极化、电晕极化、分步极化等多种方法。
[0013]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即制备出复合高分子压电材料。
[0014]本发明的一种复合压电材料，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体45-80份;导电体0.5-3份;压电体15-35份;硬脂酸钙0.5-5份;马来酸酐接枝聚乙烯10-20份。本发明的复合压电材料具有良好的压电稳定性和热稳定性，而且性能优于之前的复合压电材料，可以做成拨片、棒或线材及模压成所需的各种复杂形状，本发明的压电材料可以用于电声换能器，水声换能器和超声换能器等，具有非常广泛的用途。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]实施例1
[0017]—种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体45份;导电炭黑0.5份;压电陶瓷15份;硬脂酸钙0.5份;马来酸酐接枝聚乙烯15份。
[0018]I)将45kg热塑性弹性体在双辊混炼机混炼，依次加入0.5kg导电炭黑、15kg压电陶瓷、0.5kg硬脂酸钙、15kg马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼后压片，得到未极化的复合材料；
[0019]2)在未极化的复合材料的上下表面镀金属膜，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为100 0C，极化场强5kV/mm，极化时间为30min ；
[0020]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
[0021]实施例2
[0022]—种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体50份;微细硅粉3份;压电陶瓷35份;硬脂酸钙I份;马来酸酐接枝聚乙烯10份。
[0023]I)将50kg热塑性弹性体在双辊混炼机混炼，依次加入3kg导电炭黑、35kg压电陶瓷、Ikg硬脂酸钙、1kg马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼后造粒，得到未极化的复合材料；
[0024]2)在未极化的复合材料的上下表面镀金属膜，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为I10C ,极化场强5kV/mm，极化时间为20min；
[0025]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
[0026]实施例3
[0027]—种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体66份;导电炭黑0.5份;碳纳米管I份;压电陶瓷30份;硬脂酸钙I份;马来酸酐接枝聚乙烯15份。
[0028]I)将66kg热塑性弹性体在双棍混炼机混炼，然后加入0.5kg导电炭黑、I kg碳纳米管、25kg压电陶瓷、5kg硬脂酸钙、15kg马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼后压制成薄膜，薄膜的厚度可以根据需要进行调整，得到未极化的复合材料；
[0029]2)在未极化的复合材料的上下表面覆上铝膜做电极，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为I10C ,极化场强1kV/mm，极化时间为30min；
[0030]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
[0031 ] 实施例4
[0032]—种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体80份;导电炭黑3份;压电陶瓷25份;硬脂酸钙5份;马来酸酐接枝聚乙烯15份。
[0033]I)将80kg热塑性弹性体在双辊混炼机混炼，依次加入3kg导电炭黑、25kg压电陶瓷、5kg硬脂酸钙、15kg马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼后压制成薄膜，薄膜的厚度可以根据需要进行调整，得到未极化的复合材料；
[0034]2)在未极化的复合材料的上下表面涂覆金属电极，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为I10C ,极化场强5kV/mm，极化时间为20min；
[0035]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
[0036]实施例54
[0037]—种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体80份;导电炭黑3份;压电陶瓷35份;硬脂酸钙5份;马来酸酐接枝聚乙烯20份。
[0038]I)将80kg热塑性弹性体在双辊混炼机混炼，依次加入3kg导电炭黑、35kg压电陶瓷、5kg硬脂酸钙、20kg马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼后压制成薄膜，薄膜的厚度可以根据需要进行调整，得到未极化的复合材料；
[0039]2)在未极化的复合材料的上下表面涂覆金、银、铝等金属电极金属电极，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为120°C，极化场强10kV/mm，极化时间为1min;
[0040]3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
[0041 ]本发明的复合压电材料成本低、加工相对容易、且产品柔软、有弹性、自由弯曲不变形，可以做成片、薄膜、棒或线材及模压成所需的各种形状。本发明的复合压电材料具有良好的压电稳定性和热稳定性，能够实现振动能-电能的转换，而且性能优于之前的复合压电材料，可以用于电声换能器、水声换能器和超声换能器等领域，也可以代替金属制备压电开关产品，具有非常广泛的用途。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体45-80份;导电体0.5-3份;压电体15-35份;硬脂酸钙0.5-5份;马来酸酐接枝聚乙烯10-20份。2.根据权利要求1所述的复合压电材料，其特征在于，包括以下重量份的原料:热塑性弹性体50份;导电体I份;压电体30份;硬脂酸钙0.5份;马来酸酐接枝聚乙烯15份。3.根据权利要求1或2所述的复合压电材料，其特征在于，所述压电体为压电陶瓷。4.根据权利要求1或2所述的复合压电材料，其特征在于，所述导电体为导电炭黑、碳纳米管和微细硅粉的一种或几种。5.—种根据权利要求1所述的复合压电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)热塑性弹性体在双辊混炼机混炼，依次加入导电体、压电体、硬脂酸钙、马来酸酐接枝聚乙烯，经过充分的混炼，然后造粒或压片或薄膜，得到未极化的复合材料； 2)在未极化的复合材料的上下表面镀膜或涂覆上电极，然后加直流高压进行极化处理，极化温度为100-120 °C，极化场强5-10kV/mm，极化时间为10_30min ； 3)将复合材料冷却至室温后去除电压取出即可。
【专利摘要】本发明公布了一种复合压电材料，包括以下重量份的原料：热塑性弹性体45-80份；导电体0.5-3份；压电体15-35份；硬脂酸钙0.5-5份；马来酸酐接枝聚乙烯10-20份。本发明还公布了该复合压电材料的制备方法。本发明的复合压电材料具有良好的压电稳定性和热稳定性，而且性能优于之前的复合压电材料，可以做成拨片、棒或线材及模压成所需的各种形状，本发明的压电材料可以用于电声换能器，水声换能器和超声换能器等，具有非常广泛的用途。
【IPC分类】C08K7/24, C08K5/098, C08K3/04, C08K3/00, C08L51/06, C08K13/04, C08L101/00
【公开号】CN105602274
【申请号】CN201511033900
【发明人】王柏耀
【申请人】广东顺德鲁华光电新材料实业有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月31日