СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК B29D7/00 B29D7/01 B29C71/04 H01L41/18 

Изобретение относится к области получения пьезопленочных материалов на основе термопластов, например поливинилиденфторида (ПВДФ), его сополимеров или его смеси с другими термопластами. Область применения пьезопленок в различных видах приборов и устройств весьма широка:

1. Электромеханические преобразователи;

Динамики, головные телефоны, дисплеи, растровые оптические системы, управляемые диафрагмы, электромеханические затворы, ультразвуковые преобразователи и модуляторы света и др.

2. Механоэлектрические преобразователи:

Микрофоны малощумящие и щумопоглощающие, датчики давления и деформации, активный элемент источников энергии (преобразование энергии морских волн, ветра в электрическую) и др.

3. Пироэлектрические области

Детекторы ИК-излучения, профиля луча лазера, вторжения. Разделитель (фильтр) зарядов, фотокопировальные устройства, преобразователи температуры и др.

Известны способы получения пленок ПВДФ методами плоскощелевой экструзии, экструзией с раздувом и поливом раствора полимера на подложку. Разновидностью технологических приемов при получении заготовок и их дальнейшей вытяжке является получение слоистых ПВДФ пленок с полипропиленовой (ПП) пленкой [1], пленок из композиции ПВДФ и полиметилметакрилата (ПММА) [2]. Фирма "Куреха" в Японии разработала валковый метод непрерывной вытяжки пленки [3], который получил широкое распространение, дающий одноосную ориентацию. Исследователями Японии и США [4-5] были разработаны способы получения двухосно ориентированных ПВДФ-пленок. Ориентированные ПВДФ пленки приобретают после их поляризации пьезоэлектрические свойства. Поляризацию проводят, обрабатывая пленку электрическим полем постоянного тока, помещая ее между электродами или в коронном разряде. Известен также способ получения пьезопленочных материалов, в котором процесс вытяжки пленки совмещен с процессом поляризации, пат. США [5].

Наиболее близким аналогом является способ получения пьезопленочных материалов, который состоит в том, что после вытяжки полимерной пленки и ее поляризации она подвергается воздействию ионизирующего излучения и повторной поляризации. (RU 96122443, кл. В 29 D 7/01, опубл. 1999).

Техническим результатом является повышение энергетических параметров получаемого материала.

Данный технический результат достигается тем, что в способе получения пьезопленочных материалов из высокомолекулярных полимеров, сополимеров и их смесей, включающем получение неориентированной пленки, ее ориентацию, поляризацию, воздействие ионизирующего излучения и повторной поляризации, согласно изобретению, поляризационную пленку дополнительно подвергают воздействию ультрафиолетовых лучей до и/или после ионизирующего излучения с последующей поляризацией после каждого вида воздействия.

Повторную поляризацию проводят как при более высоком напряжении на полюсах постоянного тока, так и при тех же или пониженных значениях напряжения на электродах.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример №1

Неориентированную полимерную пленку из ПВДФ получали плоскощелевой экструзией, которую затем вытягивали в 4 раза валками и подвергали ее поляризации в коронном разряде. Напряжение на электродах 7 кВ при расстоянии электродов от пленки 1 см. Поляризованная пленка подается под пучок ускоренных электронов от ускорителя электронов, имеющий щелевую развертку, и затем она подвергается повторной поляризации в коронном разряде при напряжении на электродах 7 кв. Затем на пленку напыляли электроды из алюминия. Таким способом получали пьезопленки из отечественного ПВДФ и фирмы США - "Pennuealt Corporation" - kynar. В табл.1 представлены значения пьезомодулей d31 и d33:

Табл.1ПьезомодулиПВДФКонтроль, образцыОтечеств.KynarОтечест.Kynard31 [пКл/Н]3037620d33 [пКлl/Н]29301421

Контрольные образцы во всех опытах также проходили двойную поляризацию при тех же величинах напряжения на электродах и имели ту же продолжительность поляризации.

Пример №2

Неориентированную полимерную пленку из сополимера, содержащего ПВДФ 85% и трифторэтилен 15% весовых, получали плоскощелевой экструзией с последующей четырехкратной вытяжкой и подвергали ее поляризации контактным способом путем прижатия образца пленки плоскими электродами. Образцы пленки имели толщину 50 мкм. На электроды подавали напряжение 5 кВ, а время поляризации составляло 40 минут. Затем образцы облучали i-лучами Со и поляризовали их повторно 20 минут. Значения пьезомодулей контрольных и опытных образцов отечественной пленки и фирмы США представлены в табл.2.

Табл.2ПьезомодулиСополимерКонтрольные образцыОтечеств.KynarОтечеств.Kynard31 [пКл/H]2225516d33 [пКл/H]26271120

Контрольные образцы во всех опытах также проходили двойную поляризацию при тех же величинах напряжения на электродах и имели ту же продолжительность поляризации.

Пример №3

Неориентированную полимерную пленку из ПВДФ, полученную плоскощелевой экструзией, вытягивали в 4 раза вилками и подвергали ее поляризации в коронном разряде. Напряжение на электродах 7 кВ при расстоянии электродов от пленки 1 см. Поляризованная пленка обрабатывается ультрафиолетовыми лучами, опять поляризуется в коронном разряде при тех же условиях. Поляризованная пленка подается под пучок ускоренных электронов от ускорителя электронов, имеющий щелевую развертку, и опять поляризуется в коронном разряде при напряжении на электродах 7 кВ. Затем пленку обработали ультрафиолетовыми лучами и снова поляризовали в тех же условиях. После этого проводили напыление электродов из алюминия. Таким способом получали пьезопленки из отечественного ПВДФ и фирмы США "Pennwalt Coiporation" - Kynar. В табл.3 представлены значения пьезомодулей d31 и d33:

Табл.3ПьезомодулиПВДФКонтрольные образцыОтечеств.KynarОтечеств.Kynard31 [пКл/Н]3541823d33 [пКл/Н]32331724

Пример №4

Пьезопленку получали как и в примере номер 3, только обработку пленки ультрафиолетовыми лучами (УФ-лучами) проводили после облучения ускоренными электронами. В табл. №4 представлены значения пьезомодулей d31 и d33.

Табл.4ПьезомодулиПВДФКонтрольные образцыОтечеств.KynarОтечеств.Kynard31 [пКл/H]3439722d33 [пКл/H]31321623

Пример №5

Пьезопленку получали как и в примере №3, но только обработку УФ-лучами проводят до облучения ускоренными электронами. В табл. №5 представлены значения пьезомодулей d31 и d33.

Табл.5ПьезомодулиПВДФКонтрольные образцыОтечеств.KynarОтечеств.Kynard31 [пКл/H]3238621d33 [пКл/H]30311522

Контрольные образцы во всех опытах проходили такую же поляризацию при тех же величинах напряжения на электродах и имели ту же продолжительность поляризации.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ позволяет повысить пьезоэнергетические характеристики как отечественных, так и зарубежных пленок при поляризации разными методами.

Источники информации

1. Пат. США 4302408, МКИ H 01 I 41/22.

2. Пат. Франции 2236905, H 01 C 4/41.

3. Пат. Японии 51-47878, МКИ H 01 I 41/22.

4. Заявка Японии 51-143738, МКИ H 01 I 41/22.

5. Пат. США 4308370, МКИ B 29 D 7/20.

6. RU 96122443 A, кл. B 29 D 7/01, 1999.

Способ касается изготовления пьезопленочных материалов из высокомолекулярных термопластичных полимеров, сополимеров и их смесей и может быть использован в различных видах приборов и устройств. Способ включает получение неориентированной пленки, ее ориентацию, поляризацию, воздействие ионизирующего излучения и повторной поляризации. Затем поляризационную пленку дополнительно подвергают воздействию ультрафиолетовых лучей до и/или после ионизирующего излучения с последующей поляризацией после каждого вида воздействия. Техническим результатом является повышение энергетических параметров получаемого материала. 5 табл.

Способ получения пьезопленочных материалов из высокомолекулярных термопластичных полимеров, сополимеров и их смесей, включающий получение неориентированной пленки, ее ориентацию, поляризацию, воздействие ионизирующего излучения и повторную поляризацию, отличающийся тем, что поляризованную пленку дополнительно подвергают воздействию ультрафиолетовых лучей до и/или после ионизирующего излучения с последующей поляризацией после каждого вида воздействия.