压电层叠体的制作方法_3

文档序号:8435948阅读:来源:国知局
述姪基的表面活性剂之外,可列举出作为具有碳原 子的物质的具有全氣烷基、且具有优异的浸润性、渗透性等的氣类表面活性剂,具体而言, 可列举出例如全氣烷基横酸(CF3(CF2)"S〇3H、n:重复单元)(PF0S)、全氣烷基駿酸(CF3(CF2) nC00H、n:重复单元)(PF0A)、全氣辛酸(F(CF2)nC馬邸2〇山11:重复单元)等。
[0068] 作为所述非离子类表面活性剂,可优选使用例如日油株式会社制的"非离子 ID-206"的非离子类表面活性剂(常压下的热分解开始温度;15(TC)。作为所述氣类表面 活性剂,可优选使用AGC清美化学株式会社制的含氣类表面活性剂(Surflon) "S-241"(常 压下的热分解开始温度;220°C)、肥0S株式会社制的"FTERGENT251"(常压下的热分解开 始温度;22(TC)等非离子性氣类表面活性剂或阴离子性氣类表面活性剂(例如NE0S株式 会社制的市售品等)。
[0069] 相对于中空粒子重量lOOwt%,表面活性剂的附着量为0. 1~5wt%左右,但在利 用中空粒子表面的热处理来形成电荷感应性中空粒子的情况下,该电荷感应性中空粒子有 效地呈现出电荷感应效果,从该一点来看是优选的。
[0070](基体树脂。 所述基体树脂2并没有特别的限定,但可列举出热分解开始温度为150~450°C的 树脂。例如四氣己締和全氣烷基己締基離的共聚物〔PFA)(例如表观密度;1.0~1.2g/ ml(ASTMD2116标准))、四氣己締和六氣丙締的共聚物〔阳PK例如表观密度;1. 0~1. 2g/ ml)、聚S氣氯己締〔PCT阳)(例如表观密度;0.9~1.2g/ml)、四氣己締和己締的共聚物 化T阳)(例如表观密度;1.0~1.2g/ml)、聚偏二氣己締〔PVdFK聚氣己締〔PVFK四氣己 締、六氣己締、偏氣己締的共聚物〔THV)等含氣类树脂;聚丙締、聚己締等聚締姪类树脂;聚 苯己締、聚甲基丙締酸甲醋、聚(甲基)丙締酸醋、聚氯己締、聚偏氯己締等己締类共聚物; 聚对苯二甲酸己二醇醋、聚对苯二甲酸了二醇醋、聚蒙二甲酸己二醇醋、聚乳酸、聚哲基脂 肪酸醋、聚了二酸了二醇醋、聚己締班巧酸醋(Polybu切lenesuccinate)、聚己締班巧酸醋 己二酸醋等聚醋类共聚物;6-巧龙、6, 6-巧龙、11-巧龙、12-巧龙等聚酷胺类树脂;聚酷亚 胺、聚酷胺酷亚胺、聚離酷亚胺、双马来酷亚胺等酷亚胺类树脂;聚碳酸醋、环締姪树脂类等 工程塑料类等热塑性树脂;或者,不饱和聚醋类、己締醋树脂、邻苯二甲酸二締丙醋、环氧树 月旨、聚氨醋树脂、娃类树脂、醇酸树脂、快喃树脂、环戊二締树脂、丙締树脂、締丙基碳酸醋树 脂等热固性树脂等。
[0071] 在上述基体树脂2中,从使不含导电性物质粒子3和/或电荷感应性中空粒子5 均匀地分散的作业容易度的观点来看,优选使用热塑性树脂。
[0072] 并且,从带电特性的观点来看,所述基体树脂2优选为是带电倾向与容易带电成 正的中空粒子不同、且在带电序列中远离该带电成正的中空粒子的材料,例如优选为含氣 类树脂、酷亚胺树脂。另外,在使用玻璃制的中空粒子作为不含导电性物质粒子3的情况 下,本说明书中所使用的"在带电序列中远离的材料"可列举出下述含氣类树脂等材料等, 基于纤维学会编制、"纤维导览(原材料篇)",丸善(1968)W及上田英俊、犧原巧、高分子、 16, 347(1967)所公开的带电序列,该含氣类树脂等材料等的带电序列位于比玻璃制的中空 粒子更靠负极侧的位置。
[0073] 从耐热特性的观点来看,所述基体树脂2优选为烙融温度较高、热分解开始温度 较高的树脂,例如优选为是含氣类树脂、酷亚胺树脂。
[0074] 在使用表面处理粒子,通过对该粒子进行热处理,从而形成电荷感应性中空粒子 W作为与基体树脂2混合的中空粒子的情况下,优选使用具有比下述温度要高的热分解开 始温度的基体树脂2,即;具有碳原子的物质经热处理后成为具有所希望的导电性的物质 (可能碳化)所需的最低温度、即具有碳原子的物质的热分解开始温度(使得空气中热原料 测定减量5 %时的温度)。
[00巧]作为该种基体树脂2,优选热分解开始温度在150~450°C的范围内的树脂,更优 选热分解开始温度在300~450°C的范围内的树脂,例如优选使用PFA(热分解开始温度: 约410°C)、阳P(热分解开始温度;约400°C)、ET阳(热分解开始温度;约360°C)、PCT阳(热 分解开始温度:约340°C)等的含氣类树脂、聚酷亚胺(热分解开始温度;约400°C)、双马 来酷亚胺(热分解开始温度;约400°C)等酷亚胺类树脂。 在使用该种含氣类树脂、酷亚胺类树脂的情况下,由于所得到的树脂片材1的耐热性 和耐候性优异,尤其是在80°CW上的高温时压电特性的随时间变化的稳定性优异,因此更 为优选。
[0076](多孔质树脂片材1的制造方法) 本发明中所使用的树脂片材1的制造方法没有特别的限制,例如可采用图4所示那样 的"前碳化法"、"后碳化法"W及"蒸锻法"中的任一种。 作为在树脂片材1中形成所述海岛结构的一个示例,可列举出在前碳化法和蒸锻法的 工序(2)W及后碳化法的工序(2')中应用下述"两阶段分散法"的方法。
[0077] <前碳化法〉 前碳化法包括下述工序: 工序(la):对表面处理粒子进行热处理,通过对该粒子的附着物质进行热分解,使其 一部分或全部产生导电性(可能被碳化),从而得到在中空粒子的表面的至少一部分附着 有导电性物质的电荷感应性中空粒子的工序; 工序(2);将工序(la)中得到的电荷感应性中空粒子、与基体树脂W及根据需要而加 入的不含导电性物质粒子进行烙融混炼,然后将其成形成片状的工序;W及 工序(3);通过对工序(2)中得到的片材实施分极处理,来将电荷注入该片材的工序。
[0078] 该前碳化法在工序(la)中形成电荷感应性中空粒子。 在具有碳原子的物质是包含有姪基的表面活性剂的情况下,所述表面处理粒子可通过 下述方法等得到,即;例如利用适当的溶剂(例如甲醇)对包含有姪基的表面活性剂进行 稀释,然后使中空粒子浸溃在所得到的表面活性剂溶液中的方法。在该情况下,表面活性剂 的使用量根据其表面活性剂的种类的不同而不同,但相对于中空粒子的重量,优选为小于 5 %,更优选为0. 1~1. 0 %左右。若表面活性剂相对于中空粒子重量的量超过5 %,则有可 能导致电荷易于从多孔质树脂片材逃逸。若小于0. 1 %,则有时难W在中空粒子表面形成导 电性物质。
[0079] 作为所述工序(la)中的热处理,可W列举出例如隔断氧气,在250~400°C进行的 10~120分钟时间的处理等。通过该种热处理,可得到电荷感应性中空粒子,其理由是因为 考虑到具有碳原子的物质的含碳官能团部分的至少一部分(优选为全部)有可能碳化,并 且考虑到中空粒子的表面的至少一部分(优选为全部)形成导电性物质。
[0080] 接着,作为工序(2),可将工序(la)中得到的电荷感应性中空粒子与基体树脂W 及根据需要而加入的不含导电性物质粒子进行混炼,然后通过成形而得到多孔质树脂片 材。该多孔质树脂片材可利用现有公知的方法进行制造,例如在基体树脂为热塑性树脂的 情况下,利用单螺杆?双螺杆挤压机等成形机,对电荷感应性中空粒子、基体树脂、W及根据 需要加入的不含导电性物质粒子进行烙融混炼之后,通过例如加压成形机、T型模等将其成 形为片状。
[0081] 烙融温度优选为比基体树脂的烙点要高10~50°C的温度。烙融时间优选为1~ 30分钟之间。 成形时的加热温度优选为比所述烙融混炼温度要高10~50°C的温度,且优选为小于 基体树脂的热分解开始温度的温度。加热时间优选为10~120分钟之间。
[0082] 通过在片材制造前的混炼阶段添加弹性孔质辅助剂(例如;有机娃树脂微粒子、 苯己締树脂微粒子、丙締酸树脂微粒子等),能够改变基体树脂的弹性,从而能够对所得到 的多孔质树脂片材对于外部应力的敏感性(=压电特性)进行最优化。
[0083]作为工序(3),通过对工序(2)中得到的片材实施分极处理,从而能够将电荷注入 该片材。更具体而言,通过对工序(2)中成形得到的片材表面进行例如电晕放电等分极处 理来注入电荷。 认为所注入的电荷会集中到电荷感应性中空粒子的外壳部分(导电性物质部分),从 而在中空结构中诱发两极化。认为被诱发的电荷的一部分会保持于电荷感应性中空粒子与 基体树脂的界面。
[0084] 通过沿片材厚度方向对工序(3)中所得到的片材施加压缩荷重,从而能够通过片 材的表面背面取出电荷。即,能够相对于外部负载(电路)发生电荷移动,从而得到电动势。 [00财 < 后碳化法〉 后碳化法包括下述工序: 工序(lb):在室温~100°C左右、10分~2小时左右、常压下(若需要则也可W设为减 压或加压下)的条件下,利用具有碳原子的物质覆盖中空粒子的表面的一部分或全部,从 而得到表面处理粒子的工序; 工序(2'):将工序(化)中得到的表面处理粒子与基体树脂、W及根据需要加入的不含 导电性物质粒子进行烙融混炼,然后根据需要在基体树脂的烙点W上、小于分解温度的温 度下,即在与所述烙融混炼温度同等或高于所述烙融混炼温度的温度(例如:高10~60°C 的温度)下将其成形成片状(通过对具有碳原子的物质进行热分解),使具有碳原子的物质 产生导电性,从而得到包含有在中空粒子的表面的至少一部分附着有导电性物质的电荷感 应性中空粒子的片材的工序;W及 工序(3):通过对工序(2')中得到的片材实施分极处理,来将电荷注入该片材的工序。
[0086] 对于工序(化),可列举出例如与上述工序(la)中得到表面处理粒子的方法相同 的方法。
[0087] 工序(2')的烙融混炼温度优选为比基体树脂的烙点高10~100°C的温度,更优 选为比基体树脂的烙点高10~50°C的温度。烙融时间优选为1~30分钟之间。 成形时的加热温度优选为比所述烙融混炼温度要高10~50°C的温度,且优选为小于 基体树脂的热分解开始温度的温度。加热时间优选为10~120分钟之间。
[0088] 从所得到的片材的性能(例如:压电系数的初始值较高、且压电系数的随时间的 下降也较小等)该一点来看,在使具有所述碳原子的物质产生导电性时,具体而言,在w比 基体树脂的热分解开始温度要低的100~350°c的温度,10分钟~6小时左右、减压~加压 下(例如;〇. 1化~lOMPa)该样的条件下进行加热是优选的。
[008引在工序(2')中,W下列举例如阳P(烙点260。热分解开始温度;400°C)作为基 体树脂为示例进行说明。通过例如单螺杆?双螺杆挤压机等成形机,对表面处理粒子与FEP 进行烙融混炼(通常W 300~310°C的温度实施30分钟左右)。在通过例如加压成形机、T 型模等将所得到的混炼物压缩成形成片状时,例如W比所述烙融混炼温度要高的温度(例 如:高10~50°C左右的温度)下,且小于基体树脂的热分解开始温度的温度即350°C进行 10~120分钟的加热,然后在空冷条件(例如;常温)或加热下,W 40~15化奸/cm2的压 力将其加压成所希望的形状。
[0090] 在进行烙融混炼(W及根据需要而实施的压缩成形)时,认为若W300~350°C的 温度加热规定时间,则覆盖中空粒子的表面的具有碳原子的物质的含碳官能团部分中的至 少一部分(优选为全部)会在未供给氧的气氛下被热分解,从而发生碳化,从而得到在中空 粒子的表面附着有导电性物质的电荷感应性中空粒子。
[0091] 关于工序(3)如上所述。
[0092] <蒸锻法〉 蒸锻法包括下述工序: 工序(Ic):通过在中空粒子的表面的至少一部分蒸锻导电材料,从而得到在中空粒子 的表面的至少一部分附着有导电性物质的电荷感应性中空粒子的工序; 工序(2);将工序(Ic)中得到的电荷感应性中空粒子、与基体树脂W及根据需要而加 入的不含导电性物质粒子进行烙融混炼,然后将其成形成片状的工序;W及 工序(3);通过对工序(2)中得到的片材实施分极处理,来将电荷注入该片材的工序。
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