一種壓電高分子複合材料及其製備方法與流程
2023-07-03 15:15:26
本發明涉及電子材料領域，具體涉及一種壓電高分子複合材料及其製備方法。
背景技術：
：以鈦酸鉛和鈦酸鋇為代表的鈣鈦礦材料，由於具有突出的壓電性能，目前已被廣泛應用於各類型水聲、超聲、電聲換能器和基於壓電等效電路的振蕩器、濾波器和傳感器等領域。但是這些無機壓電材料雖然具有良好的壓電性能，但硬度高，脆性大，無法滿足更為廣泛的使用需求。由此，壓電高分子複合材料應運而生，它通常是由高分子基體與無機壓電體粉末複合而成，具備有機高分子材料的柔韌性、良好的機械性能和易加工性等優點及無機壓電材料優異的壓電性能。而隨著經濟科技的不斷發展，各行各業對於壓電材料性能的要求也越來越高，因此，不斷改善壓電材料的性能，擴大其應用範圍成為了當務之急。技術實現要素：要解決的技術問題：本發明的目的是提供一種壓電高分子複合材料，拉伸性能好，介電常數高，介電損耗小，壓電性能好。技術方案：一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂30-45份、聚偏氟乙烯5-15份、聚二甲基矽氧烷3-6份、納米鈦酸鋇30-50份、硝酸鑭5-8份、硝酸釹3-6份、3-氨丙基三甲氧基矽烷6-8份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷6-8份、月桂醇聚氧乙烯醚10-18份、聚乙烯蠟1-3份、硬脂酸1-2份、氫氧化鈉1-3份、乙酸乙酯60-90份、丙酮40-70份。進一步優選的，所述的一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂35-40份、聚偏氟乙烯7-12份、聚二甲基矽氧烷4-5份、納米鈦酸鋇35-45份、硝酸鑭6-7份、硝酸釹4-5份、3-氨丙基三甲氧基矽烷6.5-7.5份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷6.5-7.5份、月桂醇聚氧乙烯醚12-16份、聚乙烯蠟1.5-2.5份、硬脂酸1.3-1.8份、氫氧化鈉1.5-2.5份、乙酸乙酯70-80份、丙酮50-60份。上述壓電高分子複合材料的製備方法包括以下步驟：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度60-65℃下攪拌反應5-6小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度90-100℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨6-10小時，加入去離子水經超聲清洗3-5次；（3）放入恆溫箱中在溫度80-85℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌10-20分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度80-90℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌10-30分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為175-190℃，螺杆轉速為50-70r/min。進一步的，所述的一種壓電高分子複合材料的製備方法，所述的步驟（1）中攪拌時間為5.5小時，烘乾溫度為95℃。進一步的，所述的一種壓電高分子複合材料的製備方法，所述的步驟（2）中研磨時間7-9小時。進一步的，所述的一種壓電高分子複合材料的製備方法，所述的步驟（4）中攪拌時間為15分鐘，攪拌溫度為85℃。進一步的，所述的一種壓電高分子複合材料的製備方法，所述的步驟（5）中攪拌時間為15-25分鐘，各區溫度為180-185℃，螺杆轉速為55-65r/min。有益效果：本發明的壓電高分子複合材料的的拉伸強度高，最高可為85.5MPa，具有很好的拉伸性能，介電常數也可高達664，25℃下損耗因子在0.66-0.73之間，介電損耗小，壓電性能好。具體實施方式實施例1一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂30份、聚偏氟乙烯5份、聚二甲基矽氧烷3份、納米鈦酸鋇30份、硝酸鑭5份、硝酸釹3份、3-氨丙基三甲氧基矽烷6份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷6份、月桂醇聚氧乙烯醚10份、聚乙烯蠟1份、硬脂酸1份、氫氧化鈉1份、乙酸乙酯60份、丙酮40份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度60℃下攪拌反應5小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度90℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨6小時，加入去離子水經超聲清洗3次；（3）放入恆溫箱中在溫度80℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌10分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度80℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌10分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為175℃，螺杆轉速為50r/min。實施例2一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂35份、聚偏氟乙烯7份、聚二甲基矽氧烷4份、納米鈦酸鋇35份、硝酸鑭6份、硝酸釹4份、3-氨丙基三甲氧基矽烷6.5份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷6.5份、月桂醇聚氧乙烯醚12份、聚乙烯蠟1.5份、硬脂酸1.3份、氫氧化鈉1.5份、乙酸乙酯70份、丙酮50份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度62℃下攪拌反應5.5小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度95℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨7小時，加入去離子水經超聲清洗3次；（3）放入恆溫箱中在溫度80℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌15分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度85℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌15分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為180℃，螺杆轉速為55r/min。實施例3一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂37.5份、聚偏氟乙烯10份、聚二甲基矽氧烷4.5份、納米鈦酸鋇40份、硝酸鑭6.5份、硝酸釹4.5份、3-氨丙基三甲氧基矽烷7份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷7份、月桂醇聚氧乙烯醚14份、聚乙烯蠟2份、硬脂酸1.5份、氫氧化鈉2份、乙酸乙酯75份、丙酮55份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度62℃下攪拌反應5.5小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度95℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨6-10小時，加入去離子水經超聲清洗4次；（3）放入恆溫箱中在溫度82℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌15分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度85℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌20分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為183℃，螺杆轉速為60r/min。實施例4一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂40份、聚偏氟乙烯12份、聚二甲基矽氧烷5份、納米鈦酸鋇45份、硝酸鑭7份、硝酸釹5份、3-氨丙基三甲氧基矽烷7.5份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷7.5份、月桂醇聚氧乙烯醚16份、聚乙烯蠟2.5份、硬脂酸1.8份、氫氧化鈉2.5份、乙酸乙酯80份、丙酮60份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度64℃下攪拌反應5.5小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度95℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨9小時，加入去離子水經超聲清洗4次；（3）放入恆溫箱中在溫度85℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌15分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度85℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌25分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為185℃，螺杆轉速為65r/min。實施例5一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂45份、聚偏氟乙烯15份、聚二甲基矽氧烷6份、納米鈦酸鋇50份、硝酸鑭8份、硝酸釹6份、3-氨丙基三甲氧基矽烷8份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷8份、月桂醇聚氧乙烯醚18份、聚乙烯蠟3份、硬脂酸2份、氫氧化鈉3份、乙酸乙酯90份、丙酮70份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度65℃下攪拌反應6小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度100℃下烘乾；（2）冷卻後和硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚、氫氧化鈉混合，置於瑪瑙研缽中，研磨10小時，加入去離子水經超聲清洗5次；（3）放入恆溫箱中在溫度85℃下烘乾；（4）取出後加入丙酮攪拌20分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度90℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（5）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌30分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為190℃，螺杆轉速為70r/min。對比例1本實施例與實施例1的區別在於不含有硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚和氫氧化鈉。具體地說是：一種壓電高分子複合材料，由以下成分以重量份製備而成：海因環氧樹脂30份、聚偏氟乙烯5份、聚二甲基矽氧烷3份、納米鈦酸鋇30份、硝酸鑭5份、硝酸釹3份、3-氨丙基三甲氧基矽烷6份、γ-氨丙基三甲氧基矽烷6份、月桂醇聚氧乙烯醚10份、聚乙烯蠟1份、硬脂酸1份、氫氧化鈉1份、乙酸乙酯60份、丙酮40份。上述壓電高分子複合材料的製備方法為：（1）將納米鈦酸鋇、3-氨丙基三甲氧基矽烷、γ-氨丙基三甲氧基矽烷和乙酸乙酯混合，在溫度60℃下攪拌反應5小時，過濾後清洗，放入烘箱中在溫度90℃下烘乾；（2）取出後加入丙酮攪拌10分鐘，加入海因環氧樹脂和聚偏氟乙烯在溫度80℃下繼續攪拌至丙酮揮發完全；（3）加入聚二甲基矽氧烷、聚乙烯蠟和硬脂酸攪拌10分鐘，置入雙螺杆擠出機中擠出成型即得，各區溫度為175℃，螺杆轉速為50r/min。本發明的壓電高分子複合材料的拉伸強度高，最高可為85.5MPa，具有很好的拉伸性能，介電常數也可高達664，25℃損耗因子在0.66-0.73之間，介電損耗小，壓電性能好。對比例1中不含有硝酸鑭、硝酸釹、月桂醇聚氧乙烯醚和氫氧化鈉後，製得的材料的介電常數明顯降低。表1壓電高分子複合材料的部分性能指標產品名稱拉伸強度（MPa）介電常數25℃損耗因子實施例183.76310.072實施例284.36470.068實施例384.86520.070實施例485.56640.073實施例585.16580.066對比例183.46030.076當前第1頁1 2 3