一种高分子压电材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子压电材料的制备方法，属于电力材料技术领域。本发明专利技术首先利用沼气液与竹篾混合发酵，使竹纤维活化，再利用蒸汽爆破处理使竹纤维解纤，并初步降解，再经冷冻后使纤维内部产生冰晶，利用研磨压力使冰晶破裂，从而使竹纤维细化，再将其与磷酸混合球磨，制得纤维素晶须，利用纤维素晶须的多羟基特性吸附沉淀，再经煅烧使纤维炭化并吸附磁性四氧化三铁，最后将所得黑色粉末与聚偏氟乙烯颗粒混合球磨，再经热压成片后极化处理，得到高分子压电材料。本发明专利技术利用炭化纤维增强材料膜强度，纤维吸附的磁性四氧化三铁可均匀分散于薄膜中，提高了膜的重复性，使其结构可控，使用寿命得到大大提高，具有广阔的市场前景。

Method for preparing high molecular piezoelectric material

The invention discloses a preparation method of a polymer piezoelectric material, which belongs to the technical field of electric power materials. The invention firstly using biogas liquid and mixed fermentation of bamboo, the bamboo fiber activated by steam explosion treatment, the bamboo fiber, and the initial degradation, then after the frozen fiber generated inside the ice, the ice broken by grinding pressure, so that the bamboo fiber refinement, then mixed with phosphoric acid milling, prepared cellulose whiskers by precipitation adsorption characteristics of multi hydroxy cellulose whiskers, followed by calcination of the fiber carbonization and adsorption of magnetite, the black powder and polyvinylidene fluoride particles mixed by ball milling, hot pressing after sliced pole processing, get high polymer piezoelectric materials. The invention uses carbonized fibre reinforced composite membrane strength, magnetic Fe3O4 fiber adsorption can be uniformly dispersed in the film, improve the repeatability of film, which makes the structure controllable, the service life is greatly improved, and has broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种高分子压电材料的制备方法，属于电力材料

技术介绍
压电性是指电学量和力学量相互转换的性能。如压电薄膜在受到外力产生形变时，薄膜两面之间就会产生电位差。相反，如果在薄膜两面之间加上电压，薄膜也会产生形变。以往的压电材料主要是无机压电材料，常用的有石英晶体、锆钛酸铅等。1969年，日本的河合首次发现经过拉伸、极化处理的聚偏氟乙烯具有很高的压电性。从此高分子压电材料的研究得到了迅速的发展。现在高分子压电材料已在电声、水声、超声、力学测量以及医疗诊断等方面得到了广泛的应用。多年来，我国对高分子压电材料做了大量研究，用国产树脂研制的聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜，其压电性和其它一些性能已达到或超过了国外资料报道的水平，并已成功应用于许多领域。PVDF是一种耐高温的热塑性塑料，由于具有优异的化学强度、化学稳定性、耐辐射特性、耐热性等特点，已成为目前应用最广泛的高分子压电膜材料之一。传统的PVDF膜制备工艺条件简单，容易成膜，但是存在着膜结构难控制、重复性差而且膜强度低的缺点。通常PVDF及其共聚物只与无机压电粒子复合，制备一些较薄的压电复合膜材料。另外，无机压电粒子在PVDF基体中难以均匀分散，很难满足一些复杂结构的传感器需求，且价格较贵，增加了高分子压电复合材料的制备成本。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统聚偏氟乙烯基高分子压电材料在制备和使用过程中出现的膜结构难控制，重复性差，且膜强度低，导致使用寿命较短的问题，提供了一种高分子压电材料的制备方法，本专利技术首先利用沼气液与竹篾混合发酵，使竹纤维活化，再利用蒸汽爆破处理使竹纤维解纤，并初步降解，再经冷冻后使纤维内部产生冰晶，利用研磨压力使冰晶破裂，从而使竹纤维细化，再将其与磷酸混合球磨，制得纤维素晶须，利用纤维素晶须的多羟基特性吸附沉淀，再经煅烧使纤维炭化并吸附磁性四氧化三铁，最后将所得黑色粉末与聚偏氟乙烯颗粒混合球磨，再经热压成片后极化处理，得到高分子压电材料。本专利技术利用炭化纤维增强材料膜强度，纤维吸附的磁性四氧化三铁可均匀分散于薄膜中，提高了膜的重复性，使其结构可控，使用寿命得到大大提高，具有广阔的市场前景。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：（1）截取2～4根长度为6～8cm的竹子，经人工片成竹篾，并将竹篾置于沼气液中浸泡5～7天，取出竹篾，用去离子水洗涤2～4次，随后将竹篾转入高压反应釜中，再向反应釜内通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达3.5～4.0MPa，保压15～20min，开启反应釜底部卸料阀，使反应釜内物料喷射进入接收釜，待自然冷却至室温，将物料转入冷冻研磨机，与温度为-40～-35℃条件下，研磨15～20min，得竹粉湿料；（2）依次取10～15g上述所得竹粉湿料，150～200mL质量分数为70～75%磷酸溶液，加入球磨机中，按球料比为8：1加入球磨珠，球磨处理30～45min，再将物料倒入盛有80～100mL去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合6～8min，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入盛有800～1000mL去离子水的烧杯中，于功率为250～300W条件下超声处理3～5min，得纤维素晶须悬浮液；（3）量取300～400mL上述所得纤维素晶须悬浮液，加入带搅拌器的三口烧瓶中，再加入8～10g氯化铁，4～6g氯化亚铁，启动搅拌器，设定转速至300～400r/min，在搅拌状态下，以3～5mL/min速率向烧瓶中通入氮气保护，随后通过滴液漏斗向烧瓶中滴加质量分数为10～15%氨水，直至沉淀完全为止，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式电阻炉，以6～8mL/min速率向炉内通入氮气保护，随后以8～10℃/min速率升温至400～420℃，保温煅烧2～4h，得黑色粉末；（4）按重量份数计，依次称取15～20份上述所得黑色粉末，80～100份聚偏氟乙烯，20～30份无水乙醇，加入球磨机中，球磨处理30～45min，得湿料，再将湿料倒入热压机模具中，于温度为180～200℃，压力为15～18MPa条件下，压制成直径为15～20mm，厚度为0.6～0.8mm薄片，再将所得薄片于温度为95～100℃，极化电场为4.8～5KV/mm条件下，极化处理45～60min，即得高分子压电材料。本专利技术的物理性质：本专利技术所得高分子压电材料的压电常数为50～52PC/N，介电常数为26～30，机电耦合系数为0.12～0.14，介电损耗为0.03～0.05。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术所得高分子压电材料与传统单一高分子压电材料相比，其介电常数和压电常数显著增加，且极化性能得到明显提升；（2）本专利技术所得压电材料成型温度低，减少能耗，且成型性好，膜强度高，操作方便；（3）本专利技术所得压电材料压电性能得到大大提高，且柔顺性好，重量轻，声阻抗易匹配，可适用于大面积成型，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式截取2～4根长度为6～8cm的竹子，经人工片成竹篾，并将竹篾置于沼气液中浸泡5～7天，取出竹篾，用去离子水洗涤2～4次，随后将竹篾转入高压反应釜中，再向反应釜内通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达3.5～4.0MPa，保压15～20min，开启反应釜底部卸料阀，使反应釜内物料喷射进入接收釜，待自然冷却至室温，将物料转入冷冻研磨机，与温度为-40～-35℃条件下，研磨15～20min，得竹粉湿料；依次取10～15g上述所得竹粉湿料，150～200mL质量分数为70～75%磷酸溶液，加入球磨机中，按球料比为8：1加入球磨珠，球磨处理30～45min，再将物料倒入盛有80～100mL去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合6～8min，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入盛有800～1000mL去离子水的烧杯中，于功率为250～300W条件下超声处理3～5min，得纤维素晶须悬浮液；量取300～400mL上述所得纤维素晶须悬浮液，加入带搅拌器的三口烧瓶中，再加入8～10g氯化铁，4～6g氯化亚铁，启动搅拌器，设定转速至300～400r/min，在搅拌状态下，以3～5mL/min速率向烧瓶中通入氮气保护，随后通过滴液漏斗向烧瓶中滴加质量分数为10～15%氨水，直至沉淀完全为止，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式电阻炉，以6～8mL/min速率向炉内通入氮气保护，随后以8～10℃/min速率升温至400～420℃，保温煅烧2～4h，得黑色粉末；按重量份数计，依次称取15～20份上述所得黑色粉末，80～100份聚偏氟乙烯，20～30份无水乙醇，加入球磨机中，球磨处理30～45min，得湿料，再将湿料倒入热压机模具中，于温度为180～200℃，压力为15～18MPa条件下，压制成直径为15～20mm，厚度为0.6～0.8mm薄片，再将所得薄片于温度为95～100℃，极化电场为4.8～5KV/mm条件下，极化处理45～60min，即得高分子压电材料。实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子压电材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）截取2～4根长度为6～8cm的竹子，经人工片成竹篾，并将竹篾置于沼气液中浸泡5～7天，取出竹篾，用去离子水洗涤2～4次，随后将竹篾转入高压反应釜中，再向反应釜内通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达3.5～4.0MPa，保压15～20min，开启反应釜底部卸料阀，使反应釜内物料喷射进入接收釜，待自然冷却至室温，将物料转入冷冻研磨机，与温度为‑40～‑35℃条件下，研磨15～20min，得竹粉湿料；（2）依次取10～15g上述所得竹粉湿料，150～200mL质量分数为70～75%磷酸溶液，加入球磨机中，按球料比为8：1加入球磨珠，球磨处理30～45min，再将物料倒入盛有80～100mL去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合6～8min，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入盛有800～1000mL去离子水的烧杯中，于功率为250～300W条件下超声处理3～5min，得纤维素晶须悬浮液；（3）量取300～400mL上述所得纤维素晶须悬浮液，加入带搅拌器的三口烧瓶中，再加入8～10g氯化铁，4～6g氯化亚铁，启动搅拌器，设定转速至300～400r/min，在搅拌状态下，以3～5mL/min速率向烧瓶中通入氮气保护，随后通过滴液漏斗向烧瓶中滴加质量分数为10～15%氨水，直至沉淀完全为止，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式电阻炉，以6～8mL/min速率向炉内通入氮气保护，随后以8～10℃/min速率升温至400～420℃，保温煅烧2～4h，得黑色粉末；（4）按重量份数计，依次称取15～20份上述所得黑色粉末，80～100份聚偏氟乙烯，20～30份无水乙醇，加入球磨机中，球磨处理30～45min，得湿料，再将湿料倒入热压机模具中，于温度为180～200℃，压力为15～18MPa条件下，压制成直径为15～20mm，厚度为0.6～0.8mm薄片，再将所得薄片于温度为95～100℃，极化电场为4.8～5KV/mm条件下，极化处理45～60min，即得高分子压电材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高分子压电材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）截取2～4根长度为6～8cm的竹子，经人工片成竹篾，并将竹篾置于沼气液中浸泡5～7天，取出竹篾，用去离子水洗涤2～4次，随后将竹篾转入高压反应釜中，再向反应釜内通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达3.5～4.0MPa，保压15～20min，开启反应釜底部卸料阀，使反应釜内物料喷射进入接收釜，待自然冷却至室温，将物料转入冷冻研磨机，与温度为-40～-35℃条件下，研磨15～20min，得竹粉湿料；（2）依次取10～15g上述所得竹粉湿料，150～200mL质量分数为70～75%磷酸溶液，加入球磨机中，按球料比为8：1加入球磨珠，球磨处理30～45min，再将物料倒入盛有80～100mL去离子水的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合6～8min，抽滤，除去滤液，用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将滤饼转入盛有800～1000mL去离子水的烧杯中，于功率为250～300W条件下超声处理3～5min，得纤维素晶须悬浮液；（3）量取300～400mL上述所得纤维素晶须悬浮液，加入带...

【专利技术属性】
技术研发人员：许斌，许洪祥，
申请(专利权)人：常州市鼎升环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32