PL219473B1 - Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych - Google Patents
Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznychInfo
- Publication number
- PL219473B1 PL219473B1 PL399828A PL39982812A PL219473B1 PL 219473 B1 PL219473 B1 PL 219473B1 PL 399828 A PL399828 A PL 399828A PL 39982812 A PL39982812 A PL 39982812A PL 219473 B1 PL219473 B1 PL 219473B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- film
- piezoelectric
- range
- piezoelectric properties
- temperature
- Prior art date
Links
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 title description 5
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 2
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 7
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trifluoroethene Chemical compound FC=C(F)F MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920009405 Polyvinylidenefluoride (PVDF) Film Polymers 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001422 barium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych.
Zjawisko piezoelektryczności zostało odkryte w latach 80-tych XIX wieku. Polega ono na generowaniu różnicy potencjałów w krysztale lub w substancji ceramicznej, które poddawane są deformacji mechanicznej. Efekt działa również odwrotnie; przyłożenie różnicy potencjałów do takiego materiału powoduje jego odkształcenie. Zjawisko to dotyczy nie tylko substancji nieorganicznych o specyficznej budowie krystalograficznej, ale zauważono je także w materiałach organicznych, także polimerowych jak np. w nylonie PA11, polipropylenie PP, polistyrenie PS, poli(metakrylanie metylu) PMMA, itp. Najkorzystniejszy efekt uzyskuje się w przypadku folii z poli(fluorku winylidenu) (PVDF) lub jego kopolimerów z trój- lub tetrafluoroetylenem (TrFE i TeFE).
Elementy piezoelektryczne służą w technice do wytwarzania czujników odkształceń mechanicznych, do badania stanu budowli i różnych konstrukcji a także tam, gdzie mamy do czynienia z automatyzacją, technikami pomiarowymi, diagnozowaniem ultradźwiękowym, manipulatorami przemysłowymi, itp. Elastyczność foliowych elementów piezoelektrycznych pozwala rozszerzyć stosowanie ww. metod pomiarowych na wiele innych dziedzin techniki, w których dotychczas elementy ceramiczne były trudniejsze do zastosowania lub wręcz niemożliwe. Aby folia polimerowa działała w sposób zadowalający, konieczne jest wytworzenie w niej odpowiedniej struktury poprzez dodatkową obróbkę termiczno elektryczno - mechaniczną w ściśle określonych warunkach.
Z literatury naukowej i patentowej znane są metody otrzymywania i modyfikowania folii PVDF celem uzyskania w nich jak najkorzystniejszego efektu piezo- lub piroelektrycznego. Metody te znane są z amerykańskich opisów patentowych jak: US3 931 446, US4 241 128, natomiast metoda orientowania mechanicznego znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US5 254 296.
Z literatury naukowej znane są także inne struktury polimerowe o właściwościach piezoelektrycznych jak np. tzw. kompozyty piezoelektryczne ceramika - polimer. Ich skład stanowią polimery o właściwościach piezoelektrycznych w postaci folii, napełniane sproszkowaną ceramiką piezoelektryczną o strukturze perowskitu o ogólnym wzorze chemicznym ABO3, gdzie miejsce A zajmują duże jony typu Na, K, Ca, Ba, natomiast miejsce B zajmują małe typu Ti, Sn, Zr, Nb. Struktury takie zastępują z powodzeniem ceramikę piezoelektryczną, która jest materiałem kruchym, łatwo ulegającym uszkodzeniu. Celem uzyskania jak najkorzystniejszego efektu wytworzoną folię poddaje się dodatkowej obróbce jak np. orientacji mechanicznej (rozciągowi) z jednoczesnym podgrzewaniem lub/i polaryzowaniu w silnym polu elektrycznym.
Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że do osnowy polimerowej stanowiącej poliolefiny krystaliczne, korzystnie polietylen (PE) lub polipropylen (PP) w postaci granulatu jest wprowadzany dodatek substancji mineralnej typu glinokrzemian, korzystnie montmorylonit (MMT) o budowie lamelarnej w ilości 1 - 15% masowych, korzystnie 1 - 5% masowych, po czym wytłaczana folia o grubość poniżej 100 μm, korzystnie w zakresie 50 - 90 μm jest orientowana jedno- lub dwuosiowo w zakresie od 2:1 do 5:1, korzystnie 4:1 jednocześnie jest podgrzewana do temperatury 100 - 150°C, korzystnie do temperatury 120°C, po czym jest poddawana polaryzacji w polu elektrycznym w zakresie 0,5 - 12,0 kV, przy czym właściwość piezo2 elektryczna określona jest naprężeniem przyłożonym do powierzchni folii w zakresie 10 - 120 N/cm2, korzystnie w czasie 0,5 s.
Folia polimerowa składa się z poliolefiny stosowanej do wytwarzania metodą wytłaczania folii korzystnie z PE lub PP, napełnianej nanozwiązkami nieorganicznymi typu montmorylonit (MMT) w ilości 1 - 15% masowych. Modyfikator występujący w postaci drobnokrystalicznego proszku jest kopalnym glinokrzemianem o budowie lamelarnej (płytkowej), wprowadzanym do osnowy polimerowej w znany sposób, to jest nanoszenia na granulat polimerowym metodą pudrowania i ujednorodniania całej kompozycji metodą wytłaczania dwuślimakowego współbieżnego. Wynikiem takiego działania jest otrzymanie kompozycji polimerowej w postaci granulatu, który następnie zostanie przetworzony w znany sposób metodą wytłaczania wstęgi tworzywa z głowicy płaskoszczelinowej w postaci płaskiej folii o grubości do 100 μm lub metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem z głowicy pierścieniowej w postaci rękawa folii o grubości do 100 μm. Tak wykonana folia poddawana jest dodatkowej obróbce, to jest orientacji mechanicznej (rozciąganiu) jednoosiowemu lub dwuosiowemu w granicach 2:1 do 5:1 z jednoczesnym podgrzewaniem w podwyższonej temperaturze do 150°C oraz polaryzowaniu w polu elektrycznym.
Przedmiot wynalazku ilustrują przedstawione poniżej przykłady, nie ograniczając jego zakresu.
PL 219 473 B1
P r z y k ł a d I
Folię PP o zawartości MMT 5% masowych i grubości 50 μm ogrzewano do temperatury 120°C i rozciągano wzdłużnie w stosunku 4:1. Niespolaryzowana folia o powierzchni 10 cm2 poddana naprę2 żeniu 12 N/cm2 wykazała napięcie 2,0 V. W folii poddanej napięciu 0,6 kV przy pomiarze rezystywności napięcie piezoelektryczne wyniosło 22 V. Napięcie piezoelektryczne występuje już przy niewielkiej sile nacisku.
P r z y k ł a d II
Folię PE o zawartości MMT 10% masowych i grubości 60 μm ogrzewano do temperatury 100°C i rozciągano wzdłużnie w stosunku 2:1. Niespolaryzowana folia o powierzchni 10 cm2 poddana naprę2 żeniu 12 N/cm2 wykazała napięcie 0,21 V. W folii poddanej napięciu 0,8 kV przy pomiarze rezystywności napięcie piezoelektryczne wyniosło 2,6 V. Napięcie piezoelektryczne na powierzchni folii było różne ze względu na zmienną grubość folii.
P r z y k ł a d III
Folię PE o zawartości MMT 10% masowych i grubości 75 μm ogrzewano do temperatury 100°C i rozciągano wzdłużnie w stosunku 4:1, po czym poddano napięciu 12 kV. Folię o powierzchni 10 cm2 2 poddano naprężeniu odpowiednio 10; 20 i 30 N/cm2 w czasie 0,5 s. Folia wykazywała napięcie w różnych miejscach odpowiednio 1,8; 1,5 i 1,4 V. W trakcie pomiaru sygnał napięciowy spadał.
P r z y k ł a d IV
Folię PP o zawartości MMT 5% masowych i grubości 90 μm ogrzewano do temperatury 120°C i rozciągano wzdłużnie w stosunku 5:1, po czym poddano napięciu 12 kV. Folię powierzchni 10 cm2 2 poddawano naprężeniu odpowiednio 30; 45; 90 i 120 N/cm2 w czasie 0,5 s. Folia wykazała napięcie w różnych miejscach odpowiednio 22,0; 25; 28 i 30,0 V. W trakcie pomiaru sygnał napięciowy nie spada.
Wynalazek przedstawiono jako przykładowe możliwości realizacji, jednakże obejmuje on również wszelkie odmiany i modyfikacje mieszczące się w ramach jego zakresu.
Claims (1)
- Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych, znamienna tym, że do osnowy polimerowej stanowiącej poliolefiny krystaliczne, korzystnie polietylen (PE) lub polipropylen (PP) w postaci granulatu jest wprowadzany dodatek substancji mineralnej typu glinokrzemian, korzystnie montmorylonit (MMT) o budowie lamelarnej w ilości 1 - 15% masowych, korzystnie 1 - 5% masowych, po czym wytłaczana folia o grubość poniżej 100 μm, korzystnie 50 - 90 μm jest orientowana jedno- lub dwuosiowo w zakresie od 2:1 do 5:1, korzystnie 4:1 jednocześnie jest podg rzewana do temperatury 100 - 150°C, korzystnie do temperatury 120°C, po czym jest poddawana polaryzacji w polu elektrycznym w zakresie 0,5 - 12,0 kV, przy czym właściwość piezoelektryczna określona jest naprężeniem 2 przyłożonym do powierzchni folii w zakresie 10 - 120 N/cm2, korzystnie w czasie 0,5 s.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL399828A PL219473B1 (pl) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL399828A PL219473B1 (pl) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL399828A1 PL399828A1 (pl) | 2014-01-07 |
| PL219473B1 true PL219473B1 (pl) | 2015-04-30 |
Family
ID=49877267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL399828A PL219473B1 (pl) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL219473B1 (pl) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL422119A1 (pl) * | 2017-07-04 | 2019-01-14 | Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników | Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych |
| PL424818A1 (pl) * | 2018-03-09 | 2019-09-23 | Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników | Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych |
-
2012
- 2012-07-05 PL PL399828A patent/PL219473B1/pl unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL422119A1 (pl) * | 2017-07-04 | 2019-01-14 | Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników | Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych |
| PL424818A1 (pl) * | 2018-03-09 | 2019-09-23 | Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników | Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL399828A1 (pl) | 2014-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Araújo et al. | Evaluation of dielectric models for ceramic/polymer composites: Effect of filler size and concentration | |
| Wang et al. | Design, synthesis and processing of PVDF‐based dielectric polymers | |
| Wan et al. | Multiscale-structuring of polyvinylidene fluoride for energy harvesting: the impact of molecular-, micro-and macro-structure | |
| US11724451B2 (en) | In-process ultrasonic polling of 3D printed crystalline/semi-crystalline electroactive polymers | |
| Nunes-Pereira et al. | Energy harvesting performance of BaTiO3/poly (vinylidene fluoride–trifluoroethylene) spin coated nanocomposites | |
| Khaliq et al. | Effect of the piezoelectric ceramic filler dielectric constant on the piezoelectric properties of PZT-epoxy composites | |
| Ji et al. | Flexible lead-free piezoelectric nanofiber composites based on BNT-ST and PVDF for frequency sensor applications | |
| CN102349170B (zh) | 高分子压电材料及其制造方法以及压电元件 | |
| Lee et al. | Electric poling-assisted additive manufacturing process for lead-free piezoelectric device fabrication | |
| Qaiss et al. | Theoretical modeling and experiments on the piezoelectric coefficient in cellular polymer films | |
| Hamdi et al. | Piezoelectric polymer films: synthesis, applications, and modeling | |
| George et al. | Directional freezing-induced self-poled piezoelectric nylon 11 aerogels as high-performance mechanical energy harvesters | |
| Tarbuttona et al. | Phase transformation and shock sensor response of additively manufactured piezoelectric PVDF | |
| PL219473B1 (pl) | Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych | |
| Kirkpatrick et al. | Characterization of 3d printed piezoelectric sensors: Determiniation of d 33 piezoelectric coefficient for 3d printed polyvinylidene fluoride sensors | |
| KR20140097875A (ko) | 스프레이 코팅을 통해 제조된 β-상 ＰＶＤＦ 필름을 포함하는 압전소자 | |
| Jayalakshmy et al. | Pyroelectric figures of merit and associated properties of LiTaO3/poly vinylidene difluoride nanocomposites for thermal/infrared sensing | |
| Kim et al. | Piezoelectric polymeric thin films tuned by carbon nanotube fillers | |
| Jayalakshmy et al. | Pyroelectricity in strontium barium niobate/polyurethane nanocomposites for thermal/infrared detection | |
| He et al. | Ferroelectric poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) thin films on silicon substrates | |
| US20230141847A1 (en) | Lead-free three-component piezoelectric polymer composite | |
| Kwon | Structural analysis of truncated pyramids for flexoelectric sensing | |
| US20230127574A1 (en) | Piezoelectric polymer blend and composite compositions including lithium-doped potassium sodium niobate | |
| PL231393B1 (pl) | Sposób wytwarzania folii kompozytowej organiczno-ceramicznej o właściwościach piezoelektrycznych oraz folia kompozytowa organiczno-ceramiczna o właściwościach piezoelektrycznych | |
| Ameduri | Fascinating PVDF for Harvesting Applications |