专利名称：一种可伸缩性压电驻极体功能膜的制备方法
技术领域：
本发明属于压电功能材料技术领域，具体涉及ー种可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体功能膜的制备方法。
背景技术：
压电驻极体piezoelectrets (也称为铁电驻极体ferroelectrets)是一类新型的人工微结构压电功能材料。压电驻极体与传统无机压电材料(压电单晶或压电陶瓷等)和有机压电聚合物薄膜(聚偏氟こ烯或其共聚物)的重要区别在于，压电驻极体中没有本征的电偶极子，即压电驻极体的基体材料为非极性的聚合物。压电驻极体的压电效应是基体材料 的驻极体特性和特殊的微孔洞机械结构巧妙结合的产物。自1990年前后芬兰的科学家在线性聚丙烯孔洞材料中发现强压电效应以来，压电驻极体功能材料受到了国内外科学界和传感器技术领域的广泛关注，并开发出了多种基体材料的压电驻极体功能膜。例如聚四氟こ烯(PTFE)压电驻极体薄膜、氟化こ丙烯共聚物(FEP)压电驻极体薄膜、FEP/PTFE复合膜压电驻极体、环烯烃聚合物(COC)压电驻极体薄膜、聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)压电驻极体薄膜等等。压电驻极体兼具压电陶瓷的强压电效应和压电聚合物的柔韧性，并且可大面积成膜，廉价环保，声阻抗与人体和水相匹配，因此在智能控制、传感器和执行器等方面有非常广阔的应用前景。在压电驻极体功能膜的ー些应用领域，例如智能服装和机器人肌肤，不仅需要功能转换材料具有柔韧性，而且需要材料具有可伸縮的特性。但是迄今所报道的压电驻极体功能膜均不具备可伸縮特性。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种可伸縮性压电驻极体功能膜的制备方法。用该方法不仅能够使压电驻极体功能膜具有较强的压电系数d如而且具有可伸縮性。本发明提出的可伸縮性压电驻极体功能膜的制备方法，可以采用下述之中任ー种方法制备得到
(A)将孔洞结构交联聚丙烯板材或薄膜先在压机上进行热压处理，然后在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，得到具有可伸縮特性的孔洞结构膜，最后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需产品；
(B)将孔洞交联聚丙烯板材或薄膜先在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，然后在压机上进行热压处理，得到具有可伸縮性的孔洞结构膜，最后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需产品；
(C)将孔洞结构交联聚丙烯板材或薄膜仅在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，得到具有可伸縮性的孔洞结构膜，然后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需
女ロ
)PR o本发明中，所述压机的温度范围为室温至120°C，压机压强为0. IMPa至15MPa，热压时间为2s至2h。本发明中，所述单向拉伸机或双向拉伸机的温度为50°C至200°C。图2和图3分别是经过单轴拉伸处理的交联聚丙烯薄膜的应カ应变曲线。本发明中，所述电极化处理可以采用电晕充电エ艺或接触法充电エ艺。本发明中，所述电晕充电エ艺可以采用栅控电压法电晕充电或无栅控电压法电晕充电。电晕电压为±2kV ±100kV，栅电压为±500V ±10kV，充电温度小于180°C，充电时间5ms 2h,电极与膜的间距为2cm 15cm。电晕电极的形状可以是针状、丝状、刀ロ状或上述形状电极组成的阵列，电晕充电后获得具有可伸縮特性交联聚丙烯压电驻极体膜。本发明中，采用接触法充电エ艺吋，首先在交联聚丙烯薄膜两面覆上导电电极，然后将直流偏压直接加载到两导电电极上，直流偏压的大小为±100V ±10kV，充电温度小 于180°C，充电时间5ms 2h，得到具有可伸縮特性的交联聚丙烯压电驻极体膜。图4是可伸縮性交联聚丙烯压电极体薄膜在各种伸缩状态下的形貌图。本发明的优点是
I、与现有压电驻极体功能膜相比，本发明获得的交联聚丙烯压电驻极体薄膜具有可伸缩的特性。2、本发明所用エ艺简单易行。3、本发明可以将廉价的包装材料或装饰材料转变成高附加值的压电功能材料。4、利用本发明制备的压电驻极体功能膜，可以应用在智能服装、能量采集器、声电传感器、机器人肌肤、人工肌肉、智能结构等领域。
图I为多孔结构交联聚丙烯板材的断面扫描电镜图片。图2为经单轴拉伸后多孔结构交联聚丙烯薄膜沿拉伸方向的应カ应变曲线。图3经单轴拉伸后多孔结构交联聚丙烯薄膜垂直于拉伸方向的应カ应变曲线。图4为可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体薄膜的伸縮特性照片。其中(a)为无伸缩时的形貌，(b)为拉伸时的形貌，(c)为恢复后的形貌。图5为可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体膜的压电系数J33的频率特性曲线。图中标号1为交联聚丙烯固体介质,2为气体孔洞。
具体实施例方式下面通过实施例进ー步说明本发明。实施例I依据以下步骤可以获得具有可伸縮特性的交联聚丙烯压电驻极体I。I、首先将市售I. 5mm厚的电子束交联聚丙烯多孔结构板材(即泡沫塑料板材)剪裁成8cm*6cm的长方形样品,然后将其固定在单向拉伸机上进行拉伸，受拉伸区域为6cm*6cm的正方形区域，拉伸温度设定在100°C，最终拉伸区域的长度为8cm时停止拉伸步骤，冷却样
品至室温。2、将拉伸好的样品放置在热压机上进行热压处理。设定压机的温度为70°C，热压时间设定为lOmin，热压机压强为0. 7MPa。
3、对上述处理好的样品进行电晕极化处理。电晕电极到样品表面的距离为4cm，电晕电压为_25kV，环境温度为25°C，充电时间为60s。充电结束后即获得具有可伸缩特性的交联聚丙烯压电驻极体薄膜I。4、在上述薄膜I的两面用真空蒸镀的方法附着IOOnm厚的铝电极，測量得到的可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体膜I伸长率为0时在2Hz正弦力激励下的压电系数J33为158pC/N。5、图5为上述可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体膜I的压电系数J33的频率特性曲线。实施例2依据以下步骤可以获得具有可伸縮特性的交联聚丙烯压电驻极体2。I、首先将市售I. 5mm厚的电子束交联聚丙烯多孔结构板材(即泡沫塑料板材)剪裁成8cm*6cm的长方形样品,然后将其固定在单向拉伸机上进行拉伸，受拉伸区域为6cm*6cm 的正方形区域，拉伸温度设定在100°C，最终拉伸区域的长度为12cm时停止拉伸步骤，冷却
样品至室温。2、将拉伸好的样品放置在热压机上进行热压处理。设定压机的温度为80°C，热压时间设定为lOmin，热压机压强为0. 7MPa。3、对上述处理好的样品进行电晕极化处理。电晕电极到样品表面的距离为4cm，电晕电压为_25kV，环境温度为25°C，充电时间为60s。充电结束后即获得具有可伸缩特性的交联聚丙烯压电驻极体薄膜2。4、在上述薄膜的两面用真空蒸镀的方法附着IOOnm厚的铝电极，得到的可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体膜2在伸长率为O状态下的准静态压电系数J33为191pC/N，在伸长率为7%状态下的准静态压电系数J33为206pC/N。实施例3依据以下步骤可以获得具有可伸縮特性的交联聚丙烯压电驻极体3。I、首先将市售I. 5mm厚的电子束交联聚丙烯多孔结构板材(即泡沫塑料板材)剪裁成8cm*6cm的长方形样品，然后将其样品放置在热压机上进行热压处理。设定压机的温度为70°C，热压时间设定为5min，热压机压强为0. 7MPa。2、将拉伸好的样品固定在单向拉伸机上进行拉伸，受拉伸区域为6cm*6cm的正方形区域，拉伸温度设定在100°c，最终拉伸区域的长度为9cm时停止拉伸步骤，冷却样品至室温。3、对上述处理好的样品进行电晕极化处理。电晕电极到样品表面的距离为4cm，电晕电压为_25kV，环境温度为25°C，充电时间为60s。充电结束后即获得具有可伸缩特性的交联聚丙烯压电驻极体薄膜3。4、在上述薄膜3的两面用真空蒸镀的方法附着IOOnm厚的铝电极，得到的可伸縮性交联聚丙烯压电驻极体膜3在伸长率为7%状态下的准静态压电系数J33为253pC/N，在伸长率为14%状态下的准静态压电系数J33为285pC/N。
权利要求
1.ー种可伸縮性压电驻极体功能膜的制备方法，其特征在于采用下述之中任ー种方法制备得到具体步骤如下 (A)将孔洞结构交联聚丙烯板材或薄膜先在压机上进行热压处理，然后在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，得到具有可伸縮特性的孔洞结构膜，最后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需产品； (B)将孔洞交联聚丙烯板材或薄膜先在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，然后在压机上进行热压处理，得到具有可伸縮性的孔洞结构膜，最后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需产品； (C)将孔洞结构交联聚丙烯板材或薄膜仅在单轴或双轴拉伸机上进行单轴或/和双轴拉伸处理，得到具有可伸縮性的孔洞结构膜，然后对孔洞结构膜进行电极化处理，即得所需女ロ)PR ο
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述压机的温度范围为室温至120°C，压机压强为O. IMPa至15MPa，热压时间为2s至2h。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述单向拉伸机或双向拉伸机的温度为 50°C 至 200°Co
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述电极化处理采用电晕充电エ艺或接触法充电エ艺。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述电晕充电エ艺采用栅控电压法电晕充电或无栅控电压法电晕充电；电晕电压为±2kV ±100kV，栅电压为±500V ±10kV，充电温度小于180°C，充电时间5ms 2h，电极与膜的间距为2cm 15cm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于采用接触法充电エ艺时，首先在交联聚丙烯薄膜两面覆上导电电极，然后将直流偏压直接加载到两导电电极上，直流偏压的大小为±100V ±10kV，充电温度小于180°C，充电时间5ms 2h，得到具有可伸缩特性的交联聚丙烯压电驻极体膜。
全文摘要
本发明属于压电功能材料技术领域，具体为一种可伸缩性交联聚丙烯压电驻极体功能膜的制备方法。具体步骤为交联聚丙烯多孔材料，利用热拉或/和热压工艺调节薄膜微结构和力学性能，然后采用电晕充电或接触法充电工艺对薄膜进行极化处理，即得所需的压电驻极体功能膜。本发明获得的压电驻极体不但具有较强的压电效应，而且具有可伸缩特性。该压电驻极体功能膜可以应用在机器人肌肤、人工肌肉、智能服装、智能结构、能量采集器、声电传感器等领域。
文档编号H01L41/45GK102856487SQ20121030367
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者张晓青, 张欣梧, 游琼 申请人:同济大学