ITRM20110461A1 - "materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito" - Google Patents

"materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito" Download PDF

Info

Publication number
ITRM20110461A1
ITRM20110461A1 IT000461A ITRM20110461A ITRM20110461A1 IT RM20110461 A1 ITRM20110461 A1 IT RM20110461A1 IT 000461 A IT000461 A IT 000461A IT RM20110461 A ITRM20110461 A IT RM20110461A IT RM20110461 A1 ITRM20110461 A1 IT RM20110461A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
layer
composite material
textile substrate
polymer
piezoelectric
Prior art date
Application number
IT000461A
Other languages
English (en)
Inventor
Giuseppe Pezzini
Original Assignee
Pielleitalia S R L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pielleitalia S R L filed Critical Pielleitalia S R L
Priority to IT000461A priority Critical patent/ITRM20110461A1/it
Priority to JP2014529080A priority patent/JP2014529913A/ja
Priority to CN201280017892.5A priority patent/CN103493233A/zh
Priority to PCT/IB2012/001707 priority patent/WO2013034964A1/en
Priority to US14/110,127 priority patent/US20140038484A1/en
Priority to GB1215891.1A priority patent/GB2494530A/en
Publication of ITRM20110461A1 publication Critical patent/ITRM20110461A1/it

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877Conductive materials
    • H10N30/878Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/05Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/092Forming composite materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098Forming organic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857Macromolecular compositions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877Conductive materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2418Coating or impregnation increases electrical conductivity or anti-static quality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:
“MATERIALE COMPOSITO COMPRENDENTE UNO STRATO DI MATERIALE PIEZOELETTRICO POLIMERICO ACCOPPIATO CON UN SUBSTRATO TESSILE E PROCEDIMENTO PER REALIZZARE DETTO MATERIALE COMPOSITOâ€
La presente invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di un materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato ad un substrato tessile.
In particolare, detto strato di materiale piezoelettrico polimerico à ̈ deformato nella forma di pellicola orientata e polarizzata in modo da fornire le capacità richieste al substrato tessile sul quale à ̈ accoppiato. In altre parole, detto strato può trasformare una vibrazione o una deformazione in un segnale elettrico, o viceversa, i.e. sottoposto ad un segnale elettrico può generare una deformazione o una vibrazione, comportandosi come un trasduttore elettromeccanico, un sensore oppure come un attuatore.
Il substrato tessile conferisce allo strato di materiale piezoelettrico polimerico resistenza e risposta meccanica direzionale in modo dipendente dalla direzione di applicazione dello sforzo.
Attualmente, Ã ̈ noto un materiale composito piezoelettrico ed il procedimento per la sua realizzazione descritto nella domanda di brevetto EP 0 025 751.
Il materiale composito à ̈ ottenuto per impregnazione di un tessuto tramite un polimero. In particolare, il materiale composito suscettibile di presentare proprietà piezoelettriche per induzione di una anisotropia elettrica a seguito di un trattamento appropriato, à ̈ dotato di almeno uno strato di un tessuto impregnato di polimero in almeno una delle sue regioni.
Tuttavia, il materiale composito presenta alcuni limiti.
Un primo limite à ̈ dato dalle ridotte capacità piezoelettriche, che non sfruttano completamente le potenzialità del materiale, poiché il processo di polarizzazione, che prevede una deformazione contestuale all’applicazione di un campo elettrico, à ̈ limitato dalle proprietà del tessuto stesso che à ̈ già integrato con il polimero. Un altro limite à ̈ dato dalla limitata capacità di deformazione complessiva del materiale composito, che à ̈ legata alla struttura del tessuto trama-ordito.
Il procedimento per la realizzazione di un tale materiale composito comprende una fase di impregnazione di almeno uno strato di tessuto tramite un polimero, seguita da una fase di polarizzazione. La fase di impregnazione viene effettuata mediante il passaggio di un tessuto in un bagno di polimero, fuso o in soluzione. La fase di polarizzazione viene effettuata sottoponendo il materiale composito alla contemporanea applicazione di una deformazione meccanica e di un campo elettrico, plasma o corona.
Tuttavia, tale procedimento presenta alcuni svantaggi.
Uno svantaggio à ̈ dato dalla complessità della fase di polarizzazione che à ̈ basata su campi plasma o corona o sulla applicazione di campi elettrostatici esterni sul materiale composito per inizializzare il comportamento piezoelettrico del polimero. Tale complessità à ̈ dovuta al fatto che non si tratta solo il polimero, ma anche il tessuto all’interno della matrice, e ciò modifica le prestazioni meccaniche e inibisce la libera deformazione del polimero.
Un altro materiale composito à ̈ descritto nella domanda di brevetto EP 2159 857. Tale materiale composito si comporta come un trasduttore elettromeccanico e comprende due strati di polimero sotto forma di film, ed uno strato di tessuto non-tessuto interposto tra di essi. Gli strati di polimero sotto forma di film sono realizzati con un polimero non fluorurato o una miscela di molteplici polimeri non fluorurati.
Tuttavia, uno svantaggio di tale materiale composito à ̈ che lo strato intermedio di tessuto non-tessuto non può garantire la direzionalità e la resistenza dimensionale di un tessuto ortogonale, oppure l’elasticità ed il ritorno di un tessuto a maglia. Il procedimento per la realizzazione di detto materiale composito comprende le seguenti fasi:
A) prevedere due pellicole polimeriche,
B) ricuocere le pellicole polimeriche,
C) prevedere uno strato di fibra,
D) disporre lo strato di fibra sulle pellicole polimeriche,
E) disporre una altra pellicola polimerica sulla disposizione strato di fibrapellicola polimerica,
F) unire la pellicola polimerica allo strato di fibra usando alta pressione o alta temperatura,
G) caricare la disposizione pellicola polimerica-strato di fibra.
Tuttavia, uno svantaggio di tale procedimento à ̈ dato dal fatto che i due strati di polimero attivo sono polarizzati dopo che ne à ̈ avvenuta l’unione allo strato intermedio e la giunzione con gli elettrodi. Ciò, unitamente alle minori prestazioni meccaniche dei tessuti non-tessuti, limita in maniera ulteriormente penalizzante le prestazioni sia del processo di polarizzazione che del prodotto. Scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare detti svantaggi, fornendo un materiale composito, comprendente uno strato piezoelettrico polimerico accoppiato con uno strato di materiale tessile, in grado di comportarsi come un trasduttore elettromeccanico, trasformando una pressione o un movimento in un segnale elettrico, o viceversa come un attuatore, trasformando un segnale elettrico in un movimento o una deformazione.
Vantaggiosamente, detto materiale composito offre prestazioni ottimizzate nei campi ferroelettrico, piezoelettrico, dielettrico o piroelettrico, nel senso che le proprietà piezoelettriche del materiale composito sono in grado di abilitare la capacità di deformazione e di ritorno elastico di un materiale tessile (ortogonale oppure a maglia ortogonale), in combinazione con le caratteristiche del polimero piezoelettrico polarizzato, senza le restrizioni meccaniche impartite dal fatto di essere già connesso ad un substrato tessile.
Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ un procedimento per la realizzazione di detto materiale composito.
Forma pertanto oggetto dell’invenzione un materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico, dove detto strato piezoelettrico polimerico ha una prima superficie ed una seconda superficie, opposta a detta prima superficie, un substrato tessile, un primo elettrodo disposto sulla prima superficie dello strato piezoelettrico polimerico (2), in cui, sulla superficie di detto substrato tessile (3) rivolta verso detta seconda superficie dello strato di materiale piezoelettrico polimerico sono previsti mezzi conduttori.
In una prima alternativa, detti mezzi conduttori possono essere costituiti da un secondo elettrodo, che quindi risulta disposto tra la seconda superficie dello strato piezoelettrico ed il substrato tessile.
In una seconda alternativa, detti mezzi conduttori possono essere costituiti dal materiale con cui à ̈ realizzato detto substrato tessile, o solo la sua superficie. In particolare, il materiale à ̈ un tessuto inerentemente conduttivo e comprende totalmente o almeno parzialmente fibre e filati metallici e/o in carbonio e/o in materiale polimerico conduttivo.
Nel caso in cui il materiale composito preveda due elettrodi, ciascun elettrodo può essere uno strato elettricamente conduttivo realizzato con un metallo oppure con un polimero elettricamente conduttivo.
È preferibile che il materiale dello strato piezoelettrico polimerico sia chimicamente basato su un polimero fluorurato.
È preferibile che lo spessore dello strato piezoelettrico polimerico sia compreso fra 10 micron e 2000 micron.
Secondo l’invenzione, il substrato tessile può essere realizzato con un materiale naturale, artificiale o sintetico e può comprendere fibre conduttive in percentuale dal 2% al 30%. Dette fibre conduttive possono essere metalliche o realizzate con un polimero elettricamente conduttivo o in carbonio.
Vantaggiosamente, il materiale composito può comprendere ulteriormente uno strato protettivo posizionato sul primo elettrodo, per proteggere il materiale composito da acqua, agenti atmosferici, o agenti chimici aggressivi per il materiale composito stesso.
Forma ulteriormente oggetto dell’invenzione un procedimento per realizzare un materiale composito, comprendente le seguenti fasi:
A) realizzare uno strato di materiale piezoelettrico polimerico, avente una prima superficie ed una seconda superficie, opposta a detta prima superficie, B) polarizzare detto strato piezoelettrico polimerico,
C) applicare un primo elettrodo sulla prima superficie di detto strato polimerico piezoelettrico,
D) applicare mezzi conduttori sulla superficie di un substrato tessile rivolta verso detta seconda superficie dello strato di materiale piezoelettrico polimerico, E) accoppiare detto strato piezoelettrico polimerico e detto substrato tessile. Secondo l’invenzione, quando detto primo elettrodo à ̈ uno strato elettricamente conduttivo realizzato con un polimero elettricamente conduttivo, esso può essere deposto mediante rullatura o spalmatura di un polimero elettricamente conduttivo, o mediante tecnica di deposizione PVD o CVD, o altra tecnica di deposizione.
Ancora secondo l’invenzione, quando detti mezzi conduttori sono costituiti da un secondo elettrodo e detto secondo elettrodo à ̈ uno strato elettricamente conduttivo realizzato con un polimero elettricamente conduttivo, esso può essere deposto mediante rullatura o spalmatura di un polimero elettricamente conduttivo, o mediante tecnica di deposizione PVD o CVD, o altra tecnica di deposizione.
È preferibile che la fase di accoppiamento di detto strato piezoelettrico polimerico a detto substrato tessile sia realizzata mediante una applicazione contemporanea di calore e pressione in direzione perpendicolare alle superfici accoppiate degli strati.
Vantaggiosamente, prima della fase E), à ̈ possibile prevedere una fase di trattamento della seconda superficie dello strato piezoelettrico polimerico per favorire l’adesione di detto strato piezoelettrico polimerico al substrato tessile e/o una fase di trattamento della prima superficie del substrato tessile per favorire l’adesione di detto substrato tessile allo strato polimerico piezoelettrico. Ciascuna fase di trattamento può essere realizzata tramite un processo di attivazione superficiale, ad esempio un trattamento superficiale corona, o plasma, o attivazione chimica, o deposizione di primer di supporto.
Ancora vantaggiosamente à ̈ possibile prevedere prima della fase D) o contestualmente a detta fase D), o dopo la fase E), la seguente fase:
F) ricoprire detto primo elettrodo con uno strato protettivo.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma di realizzazione, con particolare riferimento alle figure a allegate, in cui:
la figura 1 à ̈ una vista esplosa di una prima forma di realizzazione del materiale composito secondo l’invenzione;
la figura 2 mostra schematicamente il materiale composito collegato ad un circuito elettrico,
la figura 3 à ̈ una vista esplosa di una seconda forma di realizzazione del materiale composito secondo l’invenzione.
Con particolare riferimento alla figura 1, si prevede un materiale composito 1 comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico 2 ed un substrato tessile 3, nonché due elettrodi, un primo elettrodo 4 posto sullo strato piezoelettrico polimerico 2 ed un secondo elettrodo 5 posto tra lo strato piezoelettrico polimerico 2 ed il substrato tessile 3.
In particolare, lo strato piezoelettrico polimerico presenta una prima superficie 2A destinata ad andare a contatto con il primo elettrodo 4, ed una seconda superficie 2B, opposta a detta prima superficie, destinata ad andare a contatto con il secondo elettrodo 5. A sua volta, ed il substrato tessile 3 presenta una prima superficie 3A destinata ad andare a contatto con il secondo elettrodo 5. Il primo elettrodo 4 Ã ̈ a contatto con la prima superficie 2A dello strato piezoelettrico 2, mentre il secondo elettrodo 5 Ã ̈ a contatto sia con la seconda superficie 2B dello strato piezoelettrico polimerico che con la prima superficie 3A del substrato tessile.
Nella prima forma di realizzazione che si descrive, ciascuno di detti elettrodi 4 e 5 à ̈ costituito da uno strato elettricamente conduttivo che può essere realizzato con un metallo oppure con un polimero elettricamente conduttivo. In particolare, in caso di elettrodo metallico, esso può essere depositato mediante tecnica di deposizione PVD (Physical Vapour Deposition) o tecnica di deposizione CVD (Chemical Vapour Deposition) o altra tecnica di deposizione, mentre in caso di elettrodo polimerico elettricamente conduttivo, esso può essere deposto mediante rullatura o spalmatura di un polimero elettricamente conduttivo, nella sua forma fusa o in soluzione.
Con riferimento allo strato elettricamente conduttivo che costituisce il secondo elettrodo 5, tale strato può essere uno strato continuo o avere la forma di una griglia.
Nella forma di realizzazione che si descrive, il secondo elettrodo 5 Ã ̈ deposto sulla seconda superficie 2B dello strato piezoelettrico polimerico 2, nello stesso modo in cui viene deposto il primo elettrodo 4 sulla prima superficie 2A dello stesso strato piezoelettrico polimerico 2.
Secondo l’invenzione, la seconda superficie 2B dello strato piezoelettrico polimerico 2 à ̈ funzionalizzata in modo da aderire al substrato tessile 3, favorendo l’azione della pressatura a caldo, o di una altra modalità di accoppiamento tra lo strato piezoelettrico polimerico 2 ed il substrato tessile 3. La funzionalizzazione può essere riferita ad una incrementata attività superficiale mediante modifica chimica o fisica della prima superficie 2A dello strato piezoelettrico polimerico, una superiore adesività, idrofilicità o idrofobicità. Tale funzionalizzazione può essere conferita da un processo di attivazione superficiale che può essere un processo fisico (plasma, laser, corona, PVD, ecc.) o un processo chimico (trattamento acido, alcalino, metallizzazione, CVD, ecc.). Ancora secondo l’invenzione, il materiale piezoelettrico a base polimerica à ̈ chimicamente basato su un polimero fluorurato.
Il materiale piezoelettrico a base polimerica presenta caratteristiche migliori rispetto a materiali con analoghe capacità piezoelettriche, a base ceramica o basati sul materiale polivinildenfluoruro (PVDF).
In particolare, il materiale piezoelettrico può avere una elevata gamma di risposta in frequenza dinamica, ad esempio tra 1 e 1000 Hz, e con riferimento alle proprietà meccaniche, può presentare un modulo di elasticità compreso tra 1000 e 2000 Mpa, un allungamento elastico tra il 2% ed il 18%, ed un allungamento a rottura compreso fra 10% e il 500%.
Pertanto, le proprietà meccaniche risultano essere superiori rispetto ad un corrispondente materiale PVDF.
La densità di energia à ̈ compresa tra 10 e 50 mJ/cm<3>.
Ampia à ̈ anche la gamma di tensione che porta all’attuazione, variabile a seconda della resistenza del materiale piezoelettrico dall’ordine dei 10 ai 100 Volt e più. Il materiale piezoelettrico a base polimerica presenta una elevata resistenza elettrica, dell’ordine di 10<14>Ohm m, ed una tensione di rottura nell’ordine dei 10<7>V/mm, una elevata costante dielettrica (tra 5 e 100 a temperatura ambiente) ed una elevata polarizzabilità indotta dell’ordine di 0,1 C/m<2>.
Lo spessore dello strato polimerico può essere compreso fra 10 micron e 2000 micron. Un tale spessore permette di ottenere un migliore accoppiamento tra lo strato piezoelettrico polimero 2 ed il substrato tessile 3, in funzione della resistenza e del manufatto finale, nonché una adeguata conversione di energia, funzione della estensione di deformazione, della sua frequenza e dello spessore, quest’ultimo a sua volta legato al volume di materiale polimerico per unità di superficie.
Come mostrato in figura 1, il substrato tessile 3 presenta una prima superficie 3A che à ̈ a contatto con il secondo elettrodo 5.
Detto substrato tessile conferisce al materiale piezoelettrico polimerico 2 una resistenza ed una risposta meccanica direzionale in modo dipendente dalla direzione di applicazione dei campi di deformazione.
Specifiche funzionalità e livelli di risposta meccanica possono essere ottenuti applicando diverse strutture tessili: ortogonali, twill, a maglia crochet, warp o weft, con diverso grado di chiusura e numero di fili per cm variabile fra 2 e 30, o mediante design che favoriscano comportamenti auxettici.
La funzione principale del substrato tessile 3 à ̈ quella di indirizzare l’entità della deformazione e la direzionalità, permettendo la formatura di prodotti che rispondano in maniera ottimale allo stimolo esterno (sensori ed attuatori).
Il substrato tessile 3 impartisce al materiale composito stabilità dimensionale e controllo della deformazione.
In particolare, il substrato tessile 3 può essere contraddistinto da una delle seguenti proprietà:
a. essere realizzato in tessitura piana semplice ortogonale, con proprietà meccaniche di deformazione e resistenza uguali fra trama e ordito,
b. essere realizzato in tessitura piana avente proprietà elastiche differenti fra trama e ordito, in grado di indirizzare la deformazione e la reazione elettrostatica in maniera anisotropa,
c. essere realizzato con un tessuto a maglia (cosiddetta costruzione warp-knit o weft-knit) per consentire deformazioni superiori rispetto ad una tessitura piana (anisotropia del materiale),
d. può avere una densità compresa tra 2 e 30 fili/cm nelle direzioni di ordito e trama.
Nella prima forma di realizzazione che si descrive, il materiale composito 1 prevede ulteriormente uno strato protettivo 6, posizionato sul primo elettrodo 4, per proteggere il materiale composito da acqua, agenti atmosferici, o agenti chimici aggressivi per il materiale composito stesso.
È preferibile che lo strato protettivo 6 abbia anche una buona resistenza all’abrasione e al taglio.
Con riferimento ala figura 2, il materiale piezoelettrico polimerico 2 à ̈ connesso, mediante gli elettrodi 4 e 5, ad un circuito elettrico esterno 8, destinato a raccogliere il segnale elettrico (nel caso di utilizzo come sensore) generato o l’energia prodotta (nel caso di utilizzo come accumulatore), o a trasmettere un segnale elettrico al materiale composito 1 (nel caso di utilizzo come attuatore). Il procedimento per realizzare il materiale composito 1 comprende le seguente fasi:
A) realizzare uno strato di materiale piezoelettrico polimerico 2, avente una prima superficie 2A ed una seconda superficie 2B, opposta a detta prima superficie,
B) polarizzare detto strato piezoelettrico polimerico 2,
C) applicare un primo elettrodo 4 sulla prima superficie 2A di detto strato polimerico piezoelettrico 2,
D) applicare un secondo elettrodo 5 tra la seconda superficie 2B dello strato piezoelettrico polimerico 2 e una prima superficie 3A di un substrato tessile 3, E) accoppiare detto strato piezoelettrico polimerico 2 e detto substrato tessile 3.
Con riferimento alla fase di accoppiamento dello strato piezoelettrico polimerico 2 al substrato tessile 3 (fase E), tale accoppiamento viene realizzato mediante una applicazione contemporanea di calore e pressione in direzione perpendicolare alle superfici accoppiate degli strati. Le condizioni operative (temperatura, pressione e tempo di applicazione della pressione) devono essere tali da non influire sullo stato del polimero, in particolare sulla sua polarizzazione. Pertanto, non devono essere superate temperature e pressioni specifiche critiche, tipiche per ciascuna variazione dei differenti materiali. In particolare, l’accoppiamento può essere realizzato tramite pressatura piana (migliore per la produzione di piccole parti, a pattern e taglio specifico) o rullatura (migliore per la produzione di elementi di maggiore lunghezza, che possono poi essere arrotolati).
Secondo l’invenzione, prima della fase di accoppiamento (fase E), à ̈ possibile prevedere una fase di trattamento della seconda superficie dello strato piezoelettrico polimerico 2 per favorire l’adesione di detto strato piezoelettrico polimerico 2 al substrato tessile 3 e/o una fase di trattamento della prima superficie 3A del substrato tessile 3 per favorire l’adesione del substrato tessile allo strato polimerico piezoelettrico, al fine di rendere stabile l’accoppiamento tra lo strato piezoelettrico polimerico 2 ed il substrato tessile 3.
Sia per il trattamento della seconda superficie dello strato piezoelettrico polimerico 2 che della prima superficie del substrato tessile 3 Ã ̈ possibile utilizzare un processo di attivazione superficiale, ad esempio un trattamento superficiale corona, plasma, attivazione chimica, o deposizione di primer di supporto.
Secondo l’invenzione, à ̈ possibile prevedere ulteriormente prima della fase D o contestualmente ad essa, o dopo la fase E, la seguente fase:
F) ricoprire detto primo elettrodo 4 con uno strato protettivo 6.
In una seconda forma di realizzazione mostrata in figura 3, il secondo elettrodo à ̈ costituito dal tessuto del substrato tessile 3, che à ̈ un tessuto inerentemente conduttivo, cioà ̈ un tessuto che comprende totalmente o almeno parzialmente fibre e filati metallici e/o in carbonio e/o in materiale polimerico conduttivo. La presenza di fibre metalliche e/o in carbonio e/o in materiale polimerico conduttivo nel substrato tessile 3 consente al tessuto dello stesso substrato tessile 3 di sostituire il secondo elettrodo.
In particolare, la presenza di fibre conduttive (metalliche, o realizzate con un polimero elettricamente conduttivo o carbonio) nel substrato tessile 3, in percentuale dal 2% al 30%, offre al substrato tessile stesso la capacità di raccogliere la carica elettrica generata dal materiale piezoelettrico polimerico 2 e di convogliare detta carica elettrica verso un circuito elettrico esterno, come se il substrato tessile 3 fosse un elettrodo distribuito.
Vantaggiosamente, la struttura del materiale composito di detta seconda forma di realizzazione à ̈ semplificata rispetto a quella del materiale composito della prima forma di realizzazione.
Nel caso in cui il tessuto del substrato tessile 3 sia inerentemente conduttivo, il procedimento di realizzazione del materiale composito non prevede la fase D. Pertanto, dalla fase C), relativa all’applicazione di un primo elettrodo 4 sulla prima superficie 2A dello strato polimerico piezoelettrico 2, si passa direttamente alla fase E) relativa all’accoppiamento dello strato piezoelettrico polimerico 2 con il substrato tessile 3.
Tuttavia, secondo l’invenzione, il substrato tessile 3 può essere realizzato con un qualsiasi materiale, di tipo naturale, artificiale o sintetico, in funzione dell’applicazione finale. La scelta di tale materiale rappresenta un ulteriore grado di libertà, che permette di implementare il materiale piezoelettrico polimerico 2 in differenti applicazioni.
Materiali naturali offrono una buona compatibilità con la pelle per applicazioni indossabili a contatto diretto con l’epidermide, ed hanno comunque buone caratteristiche meccaniche. Materiali sintetici possono favorire l’adesione del materiale piezoelettrico, e trovano una maggiore possibilità di implementazione per applicazioni tecniche. Materiali tecnici possono, inoltre, trovare una applicazione in elementi protettivi (tessuti in fibre aramidiche, Nomex, paraaramidiche, kevlar…ecc.).
La possibilità di utilizzare tessuti spalmati o laminati consente ulteriori applicazioni, facilitando l’adesione dei due strati ed ampliando le tipologie di materiali e i campi di utilizzo. Una superficie spalmata o laminata inoltre abilita una funzionalizzazione di conducibilità elettrica superficiale, mediante cariche elettriche superficiali, pigmenti o elementi conduttivi inseriti nella formulazione del rivestimento. Il risultato ottenuto combina il trasferimento della carica elettrica con una migliore adesione dei due strati.
Vantaggiosamente, i benefici del materiale composito oggetto dell’invenzione sono associati al controllo e alla stabilizzazione della forma e dei modi di deformazione che il substrato tessile à ̈ in grado di fornire al materiale, controllandone l’ampiezza dell’estensione ed allungandone la vita utile.
Un altro vantaggio à ̈ che l’accoppiamento tra il materiale piezoelettrico ed il substrato tessile non modifica le capacità piezoelettriche del materiale polimerico e non interagisce con detto materiale polimerico in maniera incontrollata.
Un ulteriore vantaggio à ̈ dato dalla possibilità di introdurre il materiale composito, oggetto della presente invenzione, direttamente in un processo tessile e di confezionamento. Il risultato della produzione à ̈ un materiale che può avere forma, consistenza e proprietà qualitative valutabili al tatto di un prodotto tessile. Di qui la possibilità di applicare vantaggiosamente il materiale composito oggetto dell’invenzione come costituente attivo integrato in prodotti tessili, di abbigliamento, nel settore calzaturiero o in architettura, ed in altri ambiti per cui sia possibile utilizzare la capacità del materiale di reagire in modo elettrico agli stimoli meccanici.
La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
IT000461A 2011-09-07 2011-09-07 "materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito" ITRM20110461A1 (it)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000461A ITRM20110461A1 (it) 2011-09-07 2011-09-07 "materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito"
JP2014529080A JP2014529913A (ja) 2011-09-07 2012-09-04 織物基材と整合したポリマー圧電材料の層を備える複合材料及び当該複合材料を作製する方法
CN201280017892.5A CN103493233A (zh) 2011-09-07 2012-09-04 包括与织物基材匹配的聚合物压电材料层的复合材料,和制备该复合材料的方法
PCT/IB2012/001707 WO2013034964A1 (en) 2011-09-07 2012-09-04 Composite material comprising a layer of polymeric piezoelectric material matched with a textile substrate and method for making such a composite material
US14/110,127 US20140038484A1 (en) 2011-09-07 2012-09-04 Composite material comprising a layer of polymeric piezoelectric material matched with a textile substrate and method for making such a composite material
GB1215891.1A GB2494530A (en) 2011-09-07 2012-09-06 Composite material comprising a layer of polymeric piezoelectric material matched with a textile substrate and method for making such a composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000461A ITRM20110461A1 (it) 2011-09-07 2011-09-07 "materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito"

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITRM20110461A1 true ITRM20110461A1 (it) 2013-03-08

Family

ID=44800179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000461A ITRM20110461A1 (it) 2011-09-07 2011-09-07 "materiale composito comprendente uno strato di materiale piezoelettrico polimerico accoppiato con un substrato tessile e procedimento per realizzare detto materiale composito"

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140038484A1 (it)
JP (1) JP2014529913A (it)
CN (1) CN103493233A (it)
GB (1) GB2494530A (it)
IT (1) ITRM20110461A1 (it)
WO (1) WO2013034964A1 (it)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201313911D0 (en) * 2013-08-02 2013-09-18 Univ Bolton Energy harvesting piezoelectric three-dimensional spacer structures
JP6099096B2 (ja) * 2013-09-04 2017-03-22 アルプス電気株式会社 複合圧電素子
JP6540125B2 (ja) * 2015-03-18 2019-07-10 株式会社リコー 発電素子及び発電装置
CN107924986B (zh) * 2015-07-16 2021-02-23 住友理工株式会社 压电传感器
CN107924985B (zh) * 2015-08-31 2022-01-18 皇家飞利浦有限公司 基于电活性聚合物的致动器和传感器设备
JP6447779B2 (ja) * 2016-04-22 2019-01-09 株式会社村田製作所 モニタリングシステム
US10007347B1 (en) * 2017-03-09 2018-06-26 Immersion Corporation Fiber actuator for haptic feedback
DE102017205376A1 (de) 2017-03-30 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
CN107164949B (zh) * 2017-03-30 2019-03-26 武汉纺织大学 一种压力发电织物及其制备方法
WO2020074075A1 (en) * 2018-10-10 2020-04-16 Joanneum Research Forschungsgesellschaft Mbh Piezoelectric sensor
WO2020161134A1 (en) * 2019-02-04 2020-08-13 V-Trion Gmbh Textile Research Method for manufacturing piezoelectric textile energy harvester and sensor
KR102385029B1 (ko) * 2020-01-28 2022-04-11 한국광기술원 광활성/전기활성 폴리머, 필름, 직물 구조체 및 광활성/전기활성 폴리머 제조 방법
WO2021168750A1 (zh) * 2020-02-27 2021-09-02 南昌欧菲显示科技有限公司 压电膜、压电薄膜传感器及其制备方法
EP4271565A1 (en) 2020-12-30 2023-11-08 TMG- Tecidos para Vestuário e Decoração, S.A. Thermosetting material, methods and uses thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0025751A1 (fr) * 1979-09-14 1981-03-25 Thomson-Csf Film de matériau composite piézo-électrique, et son procédé de fabrication
US5410210A (en) * 1992-07-08 1995-04-25 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Piezoelectric device and process for production thereof
WO2010020753A2 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Semblant Limited Halo-hydrocarbon polymer coating

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2042256B (en) * 1979-02-19 1983-08-17 Marconi Co Ltd Piezoelectric device
FR2519503B1 (fr) * 1981-12-31 1991-09-06 Thomson Csf Transducteurs piezoelectriques polymeres et procede de fabrication
WO2001047709A1 (fr) * 1999-12-28 2001-07-05 Tdk Corporation Film fonctionnel et son procede de preparation
JP3886113B2 (ja) * 2002-03-29 2007-02-28 山口県 生体信号計測センサーとその装置
DE102006018035A1 (de) * 2006-04-19 2007-10-31 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor mit außen kontaktierten Innenelektroden eines Piezoelements
US9027408B2 (en) * 2007-01-24 2015-05-12 Swelling Solutions, Inc. Elastomeric particle having an electrically conducting surface, a pressure sensor comprising said particles, a method for producing said sensor and a sensor system comprising said sensors
US7878453B2 (en) * 2008-01-28 2011-02-01 Lockheed Martin Corporation Piezoelectric and pyroelectric power-generating laminate for an airship envelope
EP2159857A1 (de) 2008-08-30 2010-03-03 Bayer MaterialScience AG Elektromechanischer Wandler

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0025751A1 (fr) * 1979-09-14 1981-03-25 Thomson-Csf Film de matériau composite piézo-électrique, et son procédé de fabrication
US5410210A (en) * 1992-07-08 1995-04-25 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Piezoelectric device and process for production thereof
WO2010020753A2 (en) * 2008-08-18 2010-02-25 Semblant Limited Halo-hydrocarbon polymer coating

Also Published As

Publication number Publication date
CN103493233A (zh) 2014-01-01
JP2014529913A (ja) 2014-11-13
US20140038484A1 (en) 2014-02-06
WO2013034964A1 (en) 2013-03-14
GB2494530A (en) 2013-03-13
GB201215891D0 (en) 2012-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140038484A1 (en) Composite material comprising a layer of polymeric piezoelectric material matched with a textile substrate and method for making such a composite material
Lee et al. Recent advances in 1D stretchable electrodes and devices for textile and wearable electronics: materials, fabrications, and applications
Wu et al. All-textile electronic skin enabled by highly elastic spacer fabric and conductive fibers
Liu et al. Functionalized fiber-based strain sensors: pathway to next-generation wearable electronics
Yu et al. Ti3C2T x@ nonwoven fabric composite: Promising MXene-coated fabric for wearable piezoresistive pressure sensors
Persson et al. Actuating textiles: next generation of smart textiles
Wang et al. Mechanically flexible conductors for stretchable and wearable e‐skin and e‐textile devices
Zhao et al. Recent advancements in flexible and stretchable electrodes for electromechanical sensors: strategies, materials, and features
CN104838512B (zh) 压电元件
Hossain et al. Multifunctional and washable carbon nanotube-wrapped textile yarns for wearable E-textiles
Zhang et al. Smart wearable fibers and textiles: status and prospects
CN109768346A (zh) 隔热体及其方法
CN106537623A (zh) 使用了纤维的将电信号作为输出或输入的换能器
CN110073732B (zh) 柔性电磁波屏蔽材料、电磁波屏蔽型电路模块及电子设备
Waqar et al. Piezoelectric energy harvesting from intelligent textiles
Zou et al. Scalable fabrication of an mxene/cotton/spandex yarn for intelligent wearable applications
GB2516987A (en) Energy harvesting piezoelectric three-dimensional spacer structures
CN106948065B (zh) 具有发电功能的织物结构
KR20080010311A (ko) 섬유 시트 재료, 그의 제조 방법 및 용도
Maity et al. Speciality coatings and laminations on textiles
Finn Types of smart materials for protection
Jager et al. Soft actuator materials for textile muscles and wearable bioelectronics
JP2010515008A5 (it)
Fang et al. Fiber‐Based Sensors and Actuators
CN106690585A (zh) 手术用可降解的一次手术衣材料