專利名稱：磁－力－電耦合效應(yīng)中聚合物相的交聯(lián)改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)改變磁-力-電耦合效應(yīng)中聚合物相的結(jié)構(gòu)，減少磁-力-電耦合效應(yīng)中應(yīng)力損耗，從而提高壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料和壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能、解決傳遞相作為惰性相影響復(fù)合材料功能性的問(wèn)題的方法。
背景技術(shù)：
鐵電與鐵磁及聚合物復(fù)合材料不僅具備鐵電材料的壓電效應(yīng)、鐵磁材料的磁質(zhì)伸縮效應(yīng)，而且通過(guò)鐵電相與鐵磁相的磁-力-電耦合具有磁電性能。由于鐵電材料與鐵磁材料很難復(fù)合在一起，因此需要通過(guò)聚合物的粘結(jié)進(jìn)行復(fù)合實(shí)現(xiàn)磁-力-電耦合而具有磁電性能。但是作為傳遞相的聚合物由于模量等結(jié)構(gòu)因素的影響，使復(fù)合材料在磁-力-電耦合中產(chǎn)生較大的應(yīng)力損耗，因此大大降低鐵電/鐵磁復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能。因此改變聚合物的強(qiáng)度與剛度，使聚合物相結(jié)構(gòu)化，可以減少磁-力-電耦合效應(yīng)中的應(yīng)力損耗，提高復(fù)合材料的功能性。
在聚合物與壓電陶瓷復(fù)合材料中，壓電陶瓷相為功能相，使復(fù)合材料具有較高的壓電性能。鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛(PT)、鈦酸鋇(BT)、鈮鎂鈦酸鉛、各種PZT摻雜改性陶瓷和三元陶瓷具有較高的壓電性能，如PZT的壓電常數(shù)d33可達(dá)400～500pC/N，PT可達(dá)100pC/N，但由于自身脆性較大，常利用聚合物的柔韌性制備壓電復(fù)合材料改善壓電陶瓷的加工性能。從已有的文獻(xiàn)可以看出，制備壓電復(fù)合材料，可選擇的聚合物有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)氧樹脂、橡膠、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯與三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))以及尼龍等。但聚合物的引入，復(fù)合材料的壓電性能大幅度降低，以PZT/PVDF為例，較為理想、可以使用的PZT與PVDF復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33最大可達(dá)60pC/N，這主要是由于PVDF的應(yīng)力損耗影響了復(fù)合材料中的力-電傳遞。在鐵電與鐵磁及聚合物復(fù)合材料中，由于力-電傳遞影響了鐵電與鐵磁及聚合物復(fù)合材料的壓電性能，繼而也影響了復(fù)合材料的磁電性能。
交聯(lián)是提高聚合物強(qiáng)度、剛度的主要方法。線性聚合物可以通過(guò)化學(xué)方法或輻照方法進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)程度影響著聚合物的模量等因素；多相聚合物通過(guò)共混形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)也可以提高聚合物的強(qiáng)度與剛度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決現(xiàn)有可以交聯(lián)的聚合物的壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料，壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料由于聚合物的應(yīng)力損耗造成的壓電性能、磁電性能較低的問(wèn)題，提供一種聚合物的結(jié)構(gòu)改性方法，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料中的聚合物進(jìn)行交聯(lián)改性，提高復(fù)合材料中聚合物的剛度與強(qiáng)度，從而減少?gòu)?fù)合材料中聚合物的應(yīng)力損耗，來(lái)提高壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料，壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為一種提高可交聯(lián)聚合物的壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料或壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能的方法，復(fù)合材料中可以交聯(lián)的聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、橡膠、尼龍，其特征是使線性聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。采用化學(xué)交聯(lián)或輻射交聯(lián)的方法使線性聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
所述的化學(xué)交聯(lián)方法是在壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物中加入交聯(lián)劑或引發(fā)劑，按體積比為聚合物15～30％，鐵磁材料0～50％，其余為壓電陶瓷，外加引發(fā)劑為聚合物體積的0.1～5％，交聯(lián)劑為聚合物體積的10～30％進(jìn)行混合、然后在所用聚合物的粘流溫度Tf±5～10℃，壓力為10～20MPa下熱壓成型，成型時(shí)間15～30min，使復(fù)合材料中聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；其中所述的壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鉛(PT)、鈦酸鋇(BT)、鈮鎂鈦酸鉛、PZT摻雜改性陶瓷和三元陶瓷，所述的鐵磁材料為鋱鏑鐵(Terfenol-D)；所述的交聯(lián)劑為硫磺、金屬氧化物、有機(jī)過(guò)氧化物；所述的引發(fā)劑為過(guò)氧化二異丙苯、過(guò)氧化苯甲酰。
所述的輻射交聯(lián)方法是將壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物按體積比為聚合物15～30％，鐵磁材料0～50％，其余為壓電陶瓷進(jìn)行混合，然后于室溫5～10MPa壓力下冷壓成型，最后在輻射源的照射下，使復(fù)合材料中聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；其中所述的壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈮鎂鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛摻雜改性陶瓷和三元陶瓷；所述的鐵磁材料為鋱鏑鐵；所述的輻射強(qiáng)度為200～2000kGy。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將PZT、Terfenol-D、環(huán)氧樹脂和順丁烯二酸酐按體積比為81∶6∶10∶3進(jìn)行混合、于室溫5MPa壓力下冷壓成型，在110℃恒溫2h，進(jìn)行固化，固化后得到復(fù)合材料，復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33可以達(dá)到55pC/N，磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)αE33為60mV/cm Oe。
實(shí)施例2將PVDF與PZT按30∶70體積比在170℃熱壓成型，時(shí)間30min，壓力10MPa，復(fù)合材料厚度為0.2～0.5mm，樣品取吸收劑量200kGy輻照，復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33可以達(dá)到70pC/N。
實(shí)施例3將PT、PE、Terfenol-D按75∶20∶5體積比在160℃混煉成型，時(shí)間15min，復(fù)合材料厚度為0.2～0.5mm，樣品取吸收劑量2000kGy輻照。復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33可以達(dá)到48pC/N。
實(shí)施例4將PZT、Terfenol-D、酚醛樹脂和六次甲基四胺按體積比為76∶6∶15∶3進(jìn)行混合、于室溫10MPa壓力下冷壓成型，在80℃壓力10MPa進(jìn)行熱壓，熱壓時(shí)間20min，然后在130℃進(jìn)行恒溫15min，固化后得到復(fù)合材料，復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33可以達(dá)到45～62pC/N，磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)αE33為48～60mV/cm Oe。
實(shí)施例5將PZT、乙丙橡膠和過(guò)氧化異丙苯在按體積比為76∶21∶3，在150℃塑煉成型，在25MPa下保壓固化后得到復(fù)合材料，復(fù)合材料的壓電常數(shù)d33可以達(dá)到56～64pC/N。
權(quán)利要求
1.一種提高可交聯(lián)聚合物的壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料或壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能的方法，復(fù)合材料中可交聯(lián)聚合物為聚偏氟乙烯、聚乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、橡膠、尼龍，其特征是使線性聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是采用化學(xué)交聯(lián)方法，其方法是在壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物中加入交聯(lián)劑或引發(fā)劑，按體積比為聚合物15～30％，鐵磁材料0～50％，其余為壓電陶瓷，外加引發(fā)劑為聚合物體積的0.1～5％，交聯(lián)劑為聚合物體積的10～30％進(jìn)行混合、然后在所用聚合物的粘流溫度Tf±5～10℃，壓力為10～20MPa下熱壓成型，成型時(shí)間15～30min，使復(fù)合材料中聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；其中所述的壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈮鎂鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛摻雜改性陶瓷和三元陶瓷；所述的鐵磁材料為鋱鏑鐵；所述的交聯(lián)劑為硫磺、金屬氧化物、有機(jī)過(guò)氧化物；所述的引發(fā)劑為過(guò)氧化二異苯、過(guò)氧化苯甲酰。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是采用輻射交聯(lián)的方法，其方法是將壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物按體積比為聚合物15～30％，鐵磁材料0～50％，其余為壓電陶瓷進(jìn)行混合，然后于室溫5～10MPa壓力下冷壓成型，最后在輻射源的照射下，使復(fù)合材料中聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；其中所述的壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈮鎂鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛摻雜改性陶瓷和三元陶瓷；所述的鐵磁材料為鋱鏑鐵；所述的輻射強(qiáng)度200～2000kGy。
全文摘要
一種提高可交聯(lián)聚合物的壓電陶瓷與聚合物及鐵磁材料復(fù)合材料或壓電陶瓷與聚合物復(fù)合材料的壓電性能和磁電性能的方法，復(fù)合材料中可交聯(lián)聚合物為聚偏氟乙烯、聚乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、橡膠、尼龍，其特征是采用化學(xué)交聯(lián)或輻射交聯(lián)的方法使線性聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，化學(xué)交聯(lián)方法是在壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物中加入交聯(lián)劑或引發(fā)劑，進(jìn)行混合、熱壓成型；輻射交聯(lián)方法是，將壓電陶瓷、鐵磁材料和聚合物進(jìn)行混合、室溫冷壓成型，在輻射源的照射下，使復(fù)合材料中聚合物交聯(lián)。
文檔編號(hào)C08L61/06GK1654511SQ20051001820
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者董麗杰, 熊傳溪, 權(quán)紅英 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)