共聚尼龙与压电陶瓷复合材料及制备制造技术

一种压电陶瓷与共聚尼龙复合材料及制备，该复合材料由体积１０％～５０％共聚尼龙和９０％～５０％压电陶瓷组成，其共聚尼龙是ＰＡ１０１０／ＰＡ６、ＰＡ１０１０／ＰＡ６６、ＰＡ６６／ＰＡ６，ＰＡ６６／ＰＡ６１０、ＰＡ１０１０／ＰＡ６６／ＰＡ６１０、或ＰＡ１０１０／ＰＡ６１０／ＰＡ６６／ＰＡ６，其压电陶瓷为钛锆酸铅、钛酸铅、钛锆酸铅加入Ｐｂ（Ｍｇ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）Ｏ↓［３］、钛锆酸铅加入Ｐｂ（Ｍｎ↓［１／３］Ｓｂ↓［２／３］）Ｏ↓［３］、或为（ＬｉｘＫ↓［１－ｘ－ｙ］Ｎａ↓［ｙ］）ＮｂＯ↓［３］，其中０．０１≤ｘ≤０．０６，０．４≤ｙ≤０．５。其制法以制压电陶瓷与聚合物复合材料的方法制备，共聚尼龙与压电陶瓷进行复合时，其中共聚尼龙的结晶结构由球晶结构转变成纤维晶或伸直链晶体，模量增加，提高了复合材料的力－电耦合，减少了应力损耗，因此这类复合材料的压电性能高于ＰＶＤＦ与压电陶瓷复合材料。

Nylon and piezoelectric ceramic composites and their preparation

A kind of piezoelectric ceramic and copolymerization nylon composite material and preparation of the composite material by the volume of 10% ~ 50% and 90% ~ 50% nylon copolymer consisting of piezoelectric ceramics, the copolymerization nylon is PA1010 / PA6, PA1010 / PA66, PA66 / PA6, PA66 / PA610, PA1010 / PA66 / PA1010 / PA610 / PA610, or PA66 / PA6, the piezoelectric ceramic lead zirconate titanate as titanium, titanium, lead zirconate lead into Pb (Mg: 1 / 3 / 2 / 3 Nb: O): 3, lead zirconium titanate (Mn: 1 Pb / 3 Sb: 2 / 3: 3, O) or (LixK: 1 x y Na: y, NbO): 3, and 0.01 = x = 0.06, y = 0.4 ~ 0.5. Method for its preparation method for piezoelectric ceramic and polymer composite, copolyamide and piezoelectric ceramic composite, the crystalline structure of nylon copolymer by spherulite structure into a fibrous or extended chain crystals, increasing the modulus of the composites improved the force electricity coupling, reduces the stress loss, therefore this kind of composite piezoelectric properties than PVDF and piezoelectric ceramic composite materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种极性结晶聚合物与压电陶瓷复合材料及制备，特别涉及共聚尼龙与压电陶瓷复合材料及制备。
技术介绍
压电陶瓷与聚合物复合材料中的聚合物相具有优异的粘结性和良好的加工性，目前常用的聚合物包括非极性高分子和极性高分子。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等属于非极性高分子，按理应无压电性，但由于材料中存在不对称分布的杂质电荷或因电极的注入效应也可使这类材料具有压电性，但一般来说，非极性聚合物为基体的压电陶瓷复合材料的压电性能较小。聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、尼龙等是极性高分子，与压电陶瓷复合以后，可以通过自身的极性促进压电复合材料的极化，可以提高复合材料的压电性能。目前用于制备聚合物与压电陶瓷复合材料的聚合物相主要有含氟类聚合物、环氧树脂和尼龙等。其中环氧树脂由于质脆等缺点使制备的压电复合材料的力学性能很差，因此限制了它的应用；用作压电复合材料聚合物相的含氟类聚合物主要有聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物P(VDF-TeFE)等，所制备的压电复合材料力学性能好、压电常数较高，但是含氟类聚合物的最大的弱点是氟原子的存在导致了聚合物相与压电陶瓷相极差的界面粘结，因此压电性能也不理想；尼龙由于其极性结构与结晶性能，在与压电陶瓷复合方面有一些尝试性的研究，但由于尼龙的熔点通常在200℃以上，因而限制了它在某些领域的应用。共聚尼龙(co-Nylon)是一种极性、结晶聚合物(polar crystal)，其中的酰胺基团具有较大的偶极矩，可以是聚癸二酸癸二胺与聚己内酰胺的共聚物(PA1010/PA6)、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺的共聚物(PA1010/PA66)、聚己二酸己二胺与聚己内酰胺的共聚物(PA66/PA6)，聚己二酸己二胺与聚己二酸癸二胺的共聚物(PA66/PA610)、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺和聚己二酸癸二胺的共聚物(PA1010/PA66/PA610)、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸癸二胺和聚己二酸己二胺及聚己内酰胺的共聚物(PA1010/PA610/PA66/PA6)等。共聚尼龙与通用的尼龙相比，具有低结晶度、低熔点、透明等优点，具有优良的综合性能，可广泛用于汽车装饰材料热熔粘合和服装粘合衬等领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压电性能较高的压电复合材料及制备，即压电陶瓷与共聚尼龙复合材料及制备。实现本专利技术目的的压电陶瓷与共聚尼龙复合材料，由体积比为10％～50％共聚尼龙和90％～50％压电陶瓷组成，所述的共聚尼龙为癸二酸癸二胺与己内酰胺的共聚物、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺的共聚物、聚己二酸己二胺与聚己内酰胺的共聚物，聚己二酸己二胺与聚己二酸癸二胺的共聚物、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺和聚己二酸癸二胺的共聚物，或者为聚癸二酸癸二胺与聚己二酸癸二胺和聚己二酸己二胺及聚己内酰胺的共聚物，所述的压电陶瓷为钛锆酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、三元系压电陶瓷钛锆酸铅加入Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PCM)、钛锆酸铅加入Pb(Mn1/3Sb2/3)O3(PMS)，以及无铅压电陶瓷铌酸锂钠钾(LixK1-x-yNay)NbO3，其中0.01≤x≤0.06，0.4≤y≤0.05。本专利技术的压电陶瓷与共聚尼龙复合材料的制备方法适合于通用的制备压电陶瓷与聚合物复合材料的方法，共聚尼龙与压电陶瓷进行复合，复合材料中的共聚尼龙的结晶结构可以发生改变，由原来的球晶结构转变成纤维晶或伸直链晶体，由于具有纤维晶结构或伸直链状晶体结构的共聚尼龙模量增加，提高了复合材料中的力-电耦合，减少了应力损耗，因此压电陶瓷与共聚尼龙复合材料的压电性能提高。共聚尼龙与压电陶瓷复合材料的压电常数比PVDF与压电陶瓷复合材料的压电常数高，可以代替PVDF使用。本专利技术的压电陶瓷与共聚尼龙复合材料用如下几种方法制备一种制备方法是，按体积比将10％～50％共聚尼龙和90％～50％压电陶瓷粉未，在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，在温度120～190℃、压力10～25MPa下模压15～30min，再保压冷却即制备出0-3型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料。一种制备方法是，按体积比将10％～50％共聚尼龙和90％～50％压电陶瓷粉末，分别冷压成片，再交替放在模具中，然后在平板硫化机上，在温度120～190℃、压力10～25MPa下模压15～30min，再保压冷却即制得2-2型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料一种制备方法是，按体积比将10％～50％共聚尼龙和90％～50％压电陶瓷纤维，在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，在温度120～150℃、压力10～25MPa下模压15～30min，再保压冷却即制得1-3型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料。一种制备方法是，在定向烧结制备的90％～50％压电陶瓷纤维中注入10％～50％共聚尼龙溶液，共聚尼龙的溶剂是40～70℃的苯酚，溶剂去除干燥后，在平板硫化机上，在温度120～150℃、压力5～10MPa下模压15～30min，再保压冷却即制得1-3型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料。本专利技术的压电陶瓷与共聚尼龙复合材料0-3型是指颗粒状的压电陶瓷分散在共聚尼龙基体中；1-3型是指纤维状的压电陶瓷分散在共聚尼龙基体中；2-2型是指压电陶瓷和共聚尼龙层状复合。附图说明图1共聚尼龙/钛锆酸铅两相复合材料断面的SEM显微结构形貌。图2共聚尼龙/钛锆酸铅两相复合材料的压电常数与共聚尼龙体积分数的关系曲线。从图1中可以看出聚合物包裹着无机压电陶瓷颗粒，并且无机压电陶瓷颗粒较均匀的分布在复合材料中。共聚尼龙在钛锆酸铅表面形成了纤维晶结构。从图2可以看出复合材料的压电常数都高于30pC/N，最大达到75pC/N。具体实施例方式下面实施例的压电陶瓷与共聚尼龙复合材料，它由压电陶瓷和共聚尼龙组成，压电陶瓷选用钛锆酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、三元系压电陶瓷PCM(PZT中加入Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)、PMS(PZT加入Pb(Mn1/3Sb2/3)O3)，以及无铅压电陶瓷铌酸锂钠钾(LixK1-x-yNay)NbO3，0.01≤x≤0.06，0.4≤y≤0.5；共聚尼龙选用PA1010/PA6、PA1010/PA66、PA66/PA6，PA66/PA610、PA1010/PA66/PA610和PA1010/PA610/PA66/PA6中的任一种。实施例1按体积比将10％的共聚尼龙PA1010/PA6和90％钛锆酸铅粉末，在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，在温度135±15℃、压力10MPa下模压30min，再保压冷却即制备出0-3型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料。复合材料的压电性能达到60～80pC/N。实施例2按体积比将50％的共聚尼龙PA1010/PA66和50％钛酸铅粉末，分别冷压成片，在按照一定的顺序放在模具中，在平板硫化机上，在温度155±30℃、压力25MPa下模压15min下，再保压冷却即制备出2-2型压电陶瓷与共聚尼龙复合材料。复合材料的压电性能达到50～80pC/N。实施例3按体积比将40％的共聚尼龙PA66/PA6和60％压电陶瓷纤维PCM，在混合机中充分混合均匀，在平板硫化机上，在温度135±1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷与共聚尼龙复合材料，其特征是由体积比为１０％～５０％共聚尼龙和９０％～５０％压电陶瓷组成，所述的共聚尼龙是聚癸二酸癸二胺与聚己内酰胺的共聚物、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺的共聚物、聚己二酸己二胺与聚己内酰胺的共聚物、聚己二酸己二胺与聚己二酸癸二胺的共聚物、聚癸二酸癸二胺与聚己二酸己二胺和聚己二酸癸二胺的共聚物，或者为聚癸二酸癸二胺与聚己二酸癸二胺和聚己二酸己二胺及聚己内酰胺的共聚物，所述的压电陶瓷为钛锆酸铅、钛酸铅、三元系压电陶瓷钛锆酸铅加入Ｐｂ（Ｍｇ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）Ｏ↓［３］、钛锆酸铅加入Ｐｂ（Ｍｎ↓［１／３］Ｓｂ↓［２／３］）Ｏ↓［３］，或者为无铅压电陶瓷铌酸锂钠钾（Ｌｉ↓［ｘ］Ｋ↓［１－ｘ－ｙ］Ｎａ↓［ｙ］）ＮｂＯ↓［３］，其中０．０１≤ｘ≤０．０６，０．４≤ｙ≤０．５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董丽杰，熊传溪，权红英，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]