Способ получения композиционных пьезоматериалов

(54) СПОСОБ ОННЫХ ПЬЕ (57) Использо техника. Су прессованн поэтапно до полимера и и термическую ем 50-60 МП ниже темпер 1 з,.п. ф-лы, 4 ключается в том, что термопрессованный расплав смесей полимера с сегнетокерамическими наполнителями охлаждаются поэтапно; термопрессованный при давлениях 15-20 МПа расплав охлаждается до температуры кристаллизации полимеров и процесс кристаллизации осуществля ют изотермически под давлением 50-60 МПа в течение времени 10-20 мин,Температурный режим кристаллизации выбирается из величинц температуры прессования для конкретной композиции. Значения Тпд и Ткр композиций зависят от процентного содержания наполнителя и поэтому определяются экспериментально,Существенные отличительные признаки связаны с достигаемыми положительными эффектами следующим образом, Проведение процесса кристаллизации при высоких давлениях в области температур начала кристаллизации позволяет получать образцы с одной стороны хорошо развитой и менее дефектной структурой. на границак ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(71) Сектор радиационных исследований ААзербайджана(73) Сектор радиационных исследований ААзербайджанской республики.Ап), Сегав. Яос. 65, 207, 1982.Шахтинский М,Г. и др. Влияние термобработки и способа поляризации на пьезоэлектрические свойства композиции, ДААЗССР, М 6, 1987, с,21-24,Изобретение относится к пьее и может быть использовано для д чувствительных пьезоэлементов.Целью изобретения является повышение пьезомодуля и пьезочувствительности.Это достигается тем, что в способе получения композиционных пьезоматериалов, включающих смешение порошков компонентов (полимера и пьезокерамики), горячее прессование смеси компонентов с последующим охлаждением под давлением 15 - 20 МПа до комнатной температуры и электротермополя риза цию, термопрессова нные образцы охлаждаются до температуры кристаллизации полимера и при этой температуре давление поднимается до 50-60 МПа, осуществляется процесс изотермической кристаллизации при температуре ниже температуры прессования Тпр на 35-50 градусов под высоким давлением в течение времени 10 - 20 мин, а затем композиция охлаждается до комнатной температуры. Таким образом, сущность изобретения заПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИЗО МАТЕ РИАЛ О Ввание: пьезотехника, электрощность изобретения: термоый расплав охлаждают температуры кристаллизации роводят дополнительную изокристаллизацию под давлениа при температуре на 35-50 турц прессования композита, табл.полимер-наполнитель, а с другой стороны кристаллизация под высоким давлением может привести к изменению надмолекулярной структуры полимера (например, увели ение степени кристалличности, росту кристаллитов с выпрямленных структур и т,п.), которые приводят к повышению сплошности и к увеличению пьезохарактеристик композита.В процессе термопрессования к образцам припрессовывают алюминиевые электроды. Термополяризацию осуществляли при напряженности электрического поля Еп = (0,1-0,5) Епр, где Епр - напряженность электрического поля пробоя, выбранного образца, Бремя поляризации 1 п составляло 1 ч. Обьемное содержание компонентов смеси составляло 50:50 об, о, каждого, Размеры частиц наполнителя (дисперсность) составили 160 - 200 мкм,Пьезокоэффициент 033 измерялся в статическом режиме, Для этого образцы помещались между пуансонами пресса и изолировались от них фольгированными диэлектрическими прокладками. Параллельно к образцу присоединялся измерительный конденсатор емкостью Со = 1 мкф. Со Ск, где Ск - емкость образца. Разность потенциала Ок на обкладках конденсатора Со измерялась с помощью электрометрического усилителя У 5-9 с записью на быстродействующий самописец Н, По формулеСо3 кс 133 =, определялся пьезокоэффициент, где Я - площадь электродов, ЬР - изменение давления. Погрешность измереНИя 033.СОСтаВЛяЛа бе/Ь. ГЬЕЗОЧуВСтВИ- тельность 933 определяли по формуле033933 = в . . . где ео - диэлектрическаякЕопостоянная, ек - диэлектрическая проницаемость образца. я, определялась при частоте 1 кГц.П р и м е р 1, Из смеси порошков сополимера поливинилиденфторида с тетрафторэтиленом (Ф 2 МЗ) и пьезокерамики ПКРМ (РЬТоз - РЬКгоз - РЬйЬг/3 - Еп 1/303 - РЬЙЬ 2/ЗОЗМ 91/303 - МПО 2) изго тавливались образцы путем горячего прессования этих компонентов при температуре Тпрес=483 Кидавлении Рпр=.15 МПа. Время выдержки расплава составляло 1 О мин, За.тем расплав охлаждали до температуры кристаллизации Ткр = 443 К, а давление увеличивали до 50 МПа, выдерживали в этих условиях в течение времени бакр = 15 мин, а затем охлаждали до комнатной температуры, После этого образцы поляризовались при оптимальных условиях, Аналогично бы. ли изготовлены образцы при различных давлениях кристаллизации.В таблице приведены значения 033 и 933композитов, полученных при различных5 давлениях кристаллизации по предложенному способу (пример 1).Из данных табл. 1 видно, что проведение изотермической кристаллизации при443 К в течение 15 минут под высоким дав"0 лением приводит к увеличению пьезокоэффициента 033 и 933, Видно также, что болеевысокие значения 033 и 933 наблюдаютсяпри давлениях 50-60 МПа. При большихдавлениях значение 033 стабилизируется,"5 наблюдаегся насыщение.П р и м е р 2. Из смеси порошков полипропилена (ПП) и пьезокерамики РЬТЮ 3 -РЬЕг 03 (ПКР) были получены образцы попримеру 1; Р = 55 МПа, бакр = 15 мин, Ткр = 43820 К, Значения 033 и 93 з приведены в табл, 2,Здесь также приведены значения г 33 и 933аналогичных образцов, полученных при различных временах выдержки под высокимдавлением,Из данных табл, 2 следует, что с увеличением времени изотермической кристаллизаЦии ткр До 20 мин значенил г 33 и 9 ззвозрастают, и с дальнейшим увеличениембакр пьезохарактеристики композитэ приоб 30 ретают постоянные значения. Таким образом оптимальным временем проведенияизотермической кристаллизации под давлением составляет 10 - 20 мин.П р и м е р 3, Образцы изготавливались35 по примеру 1, но кристаллизация поддавлением проводилась при различных температурах Ткр. Полученные результатыприведены в табл, 3,Из данных табл, 3 видно, что высокие40 значения 033 и 933 образцы закристаллизованные при температурах Ткр 433 - 448 К,Температуру проведения кристаллизацииТкр, по-видимому, можно определить в зависимости от температуры прессования Тпр45 при обычных давлениях (10 - 15 МПа) следующим образом: Ткр = Тпр - (35 - 50 ), В своюочередь значения Тпр будут определятьсятемпературойплавления Тпл полимера(ТпрТ., Тпр).Ъ50 П р и м е р 4, Из смеси порошков ПКР-ЗМи полиэтилена (ПЭ) бьли изготовлены образцы пьезокомпозитов. Ркр = 60 МПа, ткр =(Для ПЭ Тпл = 383 - 393 К, Тпр = 423 - 433 К).55 Значения пьзоконстант приведены втабл. 4,Иэ данных табл, 4 видно, что значенияпьезомодуля возрастают в 1,7 раза,Голученные результаты показывают,что дополнительная изотермическая кри1828561 15 Таблица.1 Значения бзз и цзз композитов Ф 2 МЗ/ПКР-ЗМ в зависимости от давления проведения иэотермйческой кристаллизации (Еп = 30 кВ/см, Тп = 393 К)лиц ачения бз за мости от времени проведения кристаллизации под давлени (Еп = 30 кВ Усм, Тл = 385 К) сталлизация под высоким давлением позволяет получить композиты с более высокими пьзохарактеристиками,Формула изобретения 1. Способ получения композиционных пьезоматериалов, включающий смешение порошков полимера и пьезокерамики, термопрессование при температуре выше температуры плавления полимера, охлаждение до комнатной температуры под давлением и электротермополяризацию, отл ича ющийсятем,что,с целью повышения пьезомодуля и пьезочувствительности, термопрессованный расплав охлаждают поэтапно до температуры кристаллизации полимера и проводят до полнительную изотермическую кристалли зацию под давлением, превышающемдавление при термопрессовании.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что изотермическую кристаллизацию 10 проводят под давлением 50-60 МПа, в течение 10 - 20 мин при температуре на 35 - 50 ниже температуры прессования,1828561 Таблица 3 Значения дзз и озз образцов пьезокомпозитов из ПКР/ПП (50:50 об. ) при различных значениях Ткр(Ел 30 кВ/см, РрМПа, Ьр = 15 мин, Тпр 483 К)абл ица Составитель Т. ЩукинаТехред М.Моргентал ектор Н. Гчн едактор С. Кулако зводственно-издательский комбинат "Патент", г; Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2370 Тираж Подписное ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5