PL235140B1 - Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych - Google Patents

Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych Download PDF

Info

Publication number
PL235140B1
PL235140B1 PL422119A PL42211917A PL235140B1 PL 235140 B1 PL235140 B1 PL 235140B1 PL 422119 A PL422119 A PL 422119A PL 42211917 A PL42211917 A PL 42211917A PL 235140 B1 PL235140 B1 PL 235140B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
foil
film
piezoelectric
subjected
temperature
Prior art date
Application number
PL422119A
Other languages
English (en)
Other versions
PL422119A1 (pl
Inventor
Bogusław Królikowski
Halina Kaczmarek
Ewa Klimiec
Original Assignee
Instytut Inzynierii Mat Polimerowych I Barwnikow
Sieć Badawcza Łukasiewicz Instytut Technologii Elektronowej
Uniwersytet Mikołaja Kopernika W Toruniu
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 Instytut Inzynierii Mat Polimerowych I Barwnikow, Sieć Badawcza Łukasiewicz Instytut Technologii Elektronowej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika W Toruniu filed Critical Instytut Inzynierii Mat Polimerowych I Barwnikow
Priority to PL422119A priority Critical patent/PL235140B1/pl
Publication of PL422119A1 publication Critical patent/PL422119A1/pl
Publication of PL235140B1 publication Critical patent/PL235140B1/pl

Links

Landscapes

  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych.
W technice są szeroko stosowane elementy piezoelektryczne z materiałów ceramicznych, służące między innymi do wytwarzania czujników odkształceń mechanicznych, do badania stanu budowli i różnych konstrukcji. Znajdują również zastosowanie w automatyzacji jak chociażby manipulatory przemysłowe, w pomiarach, czy też diagnostyce (zwłaszcza ultradźwiękowej). Stosowanie elementów ceramicznych do powyższego celu jest jednakże nieco ograniczone ze względu na ich niską wytrzymałość mechaniczną.
Z chwilą pojawienia się materiałów polimerowych zauważono, że niektóre z nich cechują się całkiem interesującymi właściwościami dielektrycznymi oraz takimi, jak elastyczność, niska gęstość, wytrzymałość na rozciąganie i zginanie, możliwość przyjmowania różnych kształtów, co rozszerza znacznie spektrum ich zastosowania w porównaniu do elementów ceramicznych.
Z opisów patentowych US 3931446 oraz US 4241128, znane są sposoby otrzymywania folii PVDF [poli(fluorku winylidenu)] oraz jej modyfikowania pod kątem uzyskania jak najkorzystniejszego efektu piezo - czy piro - elektrycznego. W obu przypadkach właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne folii uzyskuje się przez orientację folii (rozciąganie), podczas której faza a przechodzi w fazę β, a następnie jej polaryzację w polu elektrycznym o dużym natężeniu.
Znany jest z opisu patentowego US 5254296 sposób, w którym folię PVDF po procesie orientowania (rozciągania mechanicznego) polaryzuje się w procesie koronowania.
Natomiast z opisu patentowego PL 219 473 znana jest folia o właściwościach piezoelektrycznych, wytworzona na bazie folii poliolefinowych (PE) lub polipropylenu (PP) i napełniacza glinokrzemianowego typu montmorylonit o budowie lamelarnej. Wytłoczoną folię o grubości poniżej 100 μm orientuje się jedno - lub dwuosiowo w zakresie od 2:1 do 5:1 jednocześnie podgrzewając do temperatury 100-15O°C, po czym poddaje się ją polaryzacji w polu elektrycznym o dużym natężeniu.
Z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku P.403327 znany jest sposób wytwarzania folii kompozytu organiczno-ceramicznego o właściwościach piezoelektrycznych oraz kompozyt o właśc iwościach piezoelektrycznych. Sposób polega na tym, że najpierw do osnowy granulatu polipropylenu (PP) dodaje się w znany sposób (pudrowanie) modyfikator. Następnie ujednorodnia się całą kompozycję do postaci regranulatu, przetwarza się do postaci folii, którą orientuje się i poddaje polaryzacji. W sposobie tym osnową jest granulat polipropylenu (PP) o budowie regularnej (syndiotaktyczny lub izotaktyczny) o stopniu wykrystalizowania < 60%. Do takiego granulatu dodaje się modyfikatora w postaci sproszkowanej mieszanki kaolinitu i krzemionki, w ilości 1-20% masowych. Z ujednorodnionej kompozycji wytłacza się folię o grubości - 100 μm i orientuje się ją jedno - lub dwuosiowo w zakresie od 2:1 do 5:1, w temperaturze 80 do 100°C. Zorientowaną folię polaryzuje się w polu elektrycznym o natężeniu, 50 do 150 V/Lim w temperaturze 60 do 100°C. Kompozyt zawiera 80 do 95% mas. polipropylenu (PP) o budowie regularnej i o stopniu wykrystalizowania < 60% oraz 5-20% mas. modyfikatora. Modyfikatorem jest mieszanina submikrokrystalicznej krzemionki i kaolinitu płytkowego o wielkości cząstek - 1,5 * 6,0 μm, w której zawartość kaolinitu wynosi 35% mas., zawartość krystalicznej krzemionki SiO2 wynosi 55% mas., a zawartość amorficznej krzemionki SiO2 - 10% mas.
Z literatury fachowej m. in. M. Tang, Z. An, Z. Xia, X. Zhang, J. Electrostal 2007, 5, 203-208; A. Qaiss, H. Saidi, O. Fassi-Fehri, M. Bousmina, Polym. Eng. Sci. 2012, 52, 2637-2644; Z. An, M. Mao, J. Cang, Y. Zhang, F. Zheng, J. Appl. Phys. 2012, 111, 024111, DOI: 10.1063/1.3679576; H. Gilbert-Tremblay, F. Mighri, D. Rodrigue, J. Cell. Plast. 2012, 48, 341-354; A. Mohebbi, F. Mighri, A. Ajji, D. Rodrigue, Adv. Polym. Tech. 2016, DOI: 10.1002/adv.21686 wynika, że tworzywa semikrystaliczne o strukturze komórkowej charakteryzują się dobrymi właściwościami piezoelektrycznymi.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania modyfikowanej folii poliolefinowej, która charakteryzuje się właściwościami piezoelektrycznymi lepszymi od właściwości piezoelektrycznych folii z samego polipropylenu czy polietylenu, takiej, której właściwości piezoelektryczne są porównywalne z powtarzalnymi właściwościami piezoelektrycznymi folii z poli(fluorku winylidenu) (PVDF).
Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych według wynalazku polega na tym, granulat polietylenu (PE), korzystnie polietylenu średniej gęstości (MDPE) zawierający w swej strukturze środek porotwórczy - spieniający wprowadza się do wytłaczarki ślimakowej i wytłacza się przy użyciu głowicy formującej, po czym tak wytłoczoną wstęgę folii poddaje się polaryzacji w stałym polu elektrycznym w czasie około 1 godz., z kolei folię umieszcza się pomiędzy elektrodami stykowymi
PL 235 140 B1 i poddaje się naprężeniu. Tak wytworzoną ekspandowaną folię w postaci wstęgi poddaje się mechanicznemu naciskowi o sile nacisku powyżej 10 kN w temperaturze 120-160°C, w czasie do 60 sekund, przez co zmniejsza się grubość folii o około 33%, stopień krystaliczności folii zwiększa się do wartości powyżej 60%, przy jednoczesnym zachowaniu struktury komórkowej folii o rozmiarze komórek w zakresie 0,01-0,08 μm, po czym folię poddaje się polaryzacji w stałym polu elektrycznym 100 V/Lim w czasie około 1 godz. w temperaturze nie przekraczającej 90°C. Następnie folię umieszcza się pomiędzy elektrodami stykowymi i poddaje się naprężeniu (P), korzystnie do 120 kPa, przy czym w temperaturze otoczenia uzyskuje się wartość napięcia piezoelektrycznego (U) na poziomie > 20 V, zaś gęstość ładunku piezoelektrycznego (q) wynosi powyżej 300 pC/cm2, natomiast wartość stałej dielektrycznej (dsa) wynosi powyżej 30 pC/N.
Nieoczekiwanie okazało się, że aby folia polietylenowa posiadała odpowiednie właściwości piezoelektryczne, koniecznym jest wytworzenie w niej odpowiedniej struktury poprzez dodatkową obróbkę termiczno-elektryczno-mechaniczną w ściśle określonych warunkach.
Przedmiot wynalazku objaśnia poniższy przykład realizacji, nie ograniczając jego zakresu, dla którego Fig. 1 przedstawia wykres wartości napięcia i gęstości ładunku piezoelektrycznego w zależności od czasu przechowywania w temperaturze otoczenia, zaś Fig. 2 - wykres zależność gęstości ładunku i stałej dielektrycznej od wartości naprężenia.
P r z y k ł a d
Granulat polietylenu średniej gęstości (MDPE) zawierający w swej strukturze środek porotwórczy-spieniający (producent Borcell™ ME 1244, Borealis A.G.), wprowadza się wytłaczarki jednoślimakowej w następujących warunkach: strefy grzewcze wytłaczarki - 225, 235, 235°C, temperatura głowicy płasko-szczelinowej cast. - 245°C o wymiarach 150 x 0,5 mm, obroty ślimaka wytłaczarki - 75 sek-1. W ten sposób wytłoczono folię MDPE w postaci wstęgi o wymiarach 140 x 0,120 mm.
Wstęgę folii poddano badaniom właściwości piezoelektrycznych. Aby uzyskać elektret oparty na MDPE, folię poddano polaryzacji w stałym polu elektrycznym 100 V/Lim w klimatyzowanej komorze VMT Heraeus - Votsch w temperaturze 85°C. Czas polaryzacji wynosi 1 h. Następnie folia umieszczana jest pomiędzy elektrodami stykowymi i jest poddana naprężeniu (P) 100 kPa.
Tak wytworzoną ekspandowaną wstęgę folii podgrzewa się do temperatury 140°C i poddaje się prasowaniu w prasie hydraulicznej o nacisku 20 kN przez okres 30 sek., uzyskując grubość 0,08 mm, o stopniu wykrystalizowania wynoszącym 64%, zachowując strukturę komórkową folii o rozmiarze komórek około 0,05 μm.
Tak zmodyfikowaną folię poddano dalszej procedurze celem określenia wartości napięcia piezoelektrycznego. Folię w postaci wstęgi poddano polaryzacji w stałym polu elektrycznym 100 V/Lim w klimatyzowanej komorze VMT Heraeus - Votsch w temperaturze 85°C. Czas polaryzacji wynosi 1 h. Następnie wstęga folii umieszczana jest pomiędzy elektrodami stykowymi i jest poddana naprężeniu (P) 100 kPa. Wartość napięcia piezoelektrycznego (U) mierzona w czasie (t) 40 dób w temperaturze otoczenia wynosi 25 V, zaś wartość gęstości ładunku piezoelektrycznego (q) wynosi 410 pC/cm2, natomiast wartość stałej dielektrycznej (dsa) wynosi 40 pC/N.
Ustaloną gęstość ładunku piezoelektrycznego (q) w zależności od czasu przechowywania folii w temperaturze otoczenia uwidoczniono na wykresie (Fig. 1), a także zależność ładunku (q) i stałej dielektrycznej (das) od wartości naprężenia (P) dla folii uwidoczniono na wykresie (Fig. 2).
Z wykresu uwidocznionego na Fig. 2 wynika, że zależność ładunku piezo elektrycznego (q) jak i stałej dielektrycznej (das) zależy od wartości przykładanego naprężenia (P) w zakresie 0-120 kPa (0-1,2 kg/cm2).
P r z y k ł a d porównawczy
Granulat polietylenu średniej gęstości (MDPE) zawierający w swej strukturze środek porotwórczy - spieniający (producent Borcell™ ME 1244, Borealis A.G.), wprowadza się wytłaczarki jednoślimakowej w następujących warunkach: strefy grzewcze wytłaczarki - 225, 235, 235°C, temperatura głowicy płasko-szczelinowej cast. - 245°C o wymiarach 150 x 0,5 mm, obroty ślimaka wytłaczarki - 75 sek-1. W ten sposób wytłoczono folię w postaci wstęgi o wymiarach 140 x 0,120 mm.
Wstęgę folii poddano badaniom właściwości piezoelektrycznych. Aby uzyskać elektret oparty na MDPE, folię poddano polaryzacji w stałym polu elektrycznym 100 V/Lim w klimatyzowanej komorze VMT Heraeus - Votsch w temperaturze 85°C. Czas polaryzacji wynosi 1 h. Następnie folia umieszczana jest pomiędzy elektrodami stykowymi i jest poddana naprężeniu (P) 100 kPa. Stopień krystaliczności folii
PL 235 140 B1 wynosi 56%. Wartość napięcia piezoelektrycznego (U) mierzona w czasie (t) 40 dób w temperaturze otoczenia jest ustabilizowana na poziomie nieprzekraczającym 7,5 V, zaś gęstość ładunku piezoelektrycznego (q) wynosi 95 pC/cm2, natomiast wartość stałej dielektrycznej (das) wynosi 8 pC/N.
Pomimo, że wyniki badań przedstawione na wykresie Fig. 1 wskazują na fakt zdecydowanie różnej, ale stabilnej wartości napięcia piezoelektrycznego (U), jak i gęstości ładunku piezoelektrycznego (q) oraz stałej dielektrycznej (daa) - na wykresie Fig. 2 w analogicznym czasie, zarówno dla folii wytłoczonej (# 1) według przykładu porównawczego, jak i folii modyfikowanej pod względem termiczno-mechanicznym (# 2) według przykładu realizacji, przechowywanych w tych samych temperaturach otoczenia, jednakże to wpływ obróbki termiczno-mechanicznej wskazanej w istocie wynalazku i opisanej w przykładzie realizacji podwyższa ponad 3-krotnie wartość napięcia piezoelektrycznego (U) modyfikowanej folii, jak i wyraźnie podwyższa ponad 4-krotnie jej gęstość ładunku piezoelektrycznego (q) oraz podwyższa ponad 4-krotnie wartość stałej dielektrycznej (daa) w odniesieniu do wyników osiągniętych w przykładzie porównawczym.
Wynalazek został objaśniony za pomocą wybranego przykładu realizacji, to jest zrozumiałe, że możliwe są jego dalsze modyfikacje, ograniczające się do jego istoty.

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    1. Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych polegający na tym, że granulat polietylenu (PE), korzystnie polietylenu średniej gęstości (MDPE) zawierający w swej strukturze środek porotwórczy - spieniający wprowadza się do wytłaczarki ślimakowej i wytłacza się przy użyciu głowicy formującej, po czym tak wytłoczoną wstęgę folii poddaje się polaryzacji w stałym polu elektrycznym w czasie około 1 godziny, z kolei folię umieszcza się pomiędzy elektrodami stykowymi i poddaje się naprężeniu, znamienny tym, że tak wytworzoną ekspandowaną folię w postaci wstęgi poddaje się mechanicznemu naciskowi o sile nacisku powyżej 10 kN w temperaturze 120-160°C w czasie do 60 sekund przez co zmniejsza się grubość folii o około 33%, stopień krystaliczności folii zwiększa się do wartości powyżej 60%. przy jednoczesnym zachowaniu struktury komórkowej folii o rozmiarze komórek w zakresie 0,01-0,08 gm, po czym folię poddaje się polaryzacji w stałym polu elektrycznym 100 V/gm w czasie około 1 godziny w temperaturze nie przekraczającej 90°C, następnie folię umieszcza się pomiędzy elektrodami stykowymi i poddaje się naprężeniu (P), korzystnie do 120 kPa, przy czym w temperaturze otoczenia uzyskuje się wartość napięcia piezoelektrycznego (U) na poziomie > 20 V, zaś gęstość ładunku piezoelektrycznego (q) wynosi powyżej 300 pC/cm2, natomiast wartość stałej dielektrycznej (daa) wynosi powyżej 30 pC/N.
PL422119A 2017-07-04 2017-07-04 Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych PL235140B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422119A PL235140B1 (pl) 2017-07-04 2017-07-04 Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422119A PL235140B1 (pl) 2017-07-04 2017-07-04 Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL422119A1 PL422119A1 (pl) 2019-01-14
PL235140B1 true PL235140B1 (pl) 2020-06-01

Family

ID=64958835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL422119A PL235140B1 (pl) 2017-07-04 2017-07-04 Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL235140B1 (pl)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58149928A (ja) * 1982-03-01 1983-09-06 Unitika Ltd 高誘電率フイルム
PL219473B1 (pl) * 2012-07-05 2015-04-30 Inst Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników Folia polimerowa o właściwościach piezoelektrycznych
PL231393B1 (pl) * 2013-03-27 2019-02-28 Instytut Inzynierii Mat Polimerowych I Barwnikow Sposób wytwarzania folii kompozytowej organiczno-ceramicznej o właściwościach piezoelektrycznych oraz folia kompozytowa organiczno-ceramiczna o właściwościach piezoelektrycznych

Also Published As

Publication number Publication date
PL422119A1 (pl) 2019-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111727517B (zh) 高强度分隔件
Sadeghi et al. Study of polypropylene morphology obtained from blown and cast film processes: initial morphology requirements for making porous membrane by stretching
AU607076B2 (en) Multi-layered laminates of microporous films
TWI824088B (zh) 雙軸配向聚丙烯膜
TWI833867B (zh) 雙軸配向聚丙烯膜
JPH0219141B2 (pl)
JP5604898B2 (ja) 多孔性ポリプロピレンフィルムロール
Wu et al. Influence of lamellar structure on double yield behavior and pore size distribution in β nucleated polypropylene stretched membranes
JPS63199742A (ja) ポリプロピレン微孔性フイルムの製造方法
US4419410A (en) Highly stereoregular films of improved surface characteristics and method of forming same
JPWO2019163935A5 (pl)
DE3013828A1 (de) Verfahren zur herstellung eines pyroelektrischen und piezoelektrischen elementes
US6703439B2 (en) Polyolefin resin composition and polyolefin film prepared from the same
Yang et al. Deformation and pore formation mechanism of β nucleated polypropylene with different supermolecular structures
DE202018006625U1 (de) Mikroporöse Polyolefinmembran
CN105428574A (zh) 一种锂电池微孔隔膜及其制备方法
Wu et al. Influence of lamellar structure on the stress–strain behavior of β nucleated polypropylene under tensile loading at elevated temperatures
PL235140B1 (pl) Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych
JP2021158214A (ja) 圧電シート
US20230141847A1 (en) Lead-free three-component piezoelectric polymer composite
JP7567176B2 (ja) 圧電フィルム
PL238754B1 (pl) Sposób wytwarzania folii polietylenowej o właściwościach piezoelektrycznych
EP3778724B1 (en) Molded article
Ding et al. Investigation of deformation and pore formation in isotactic polypropylene containing active nano‐CaCO3
PL231393B1 (pl) Sposób wytwarzania folii kompozytowej organiczno-ceramicznej o właściwościach piezoelektrycznych oraz folia kompozytowa organiczno-ceramiczna o właściwościach piezoelektrycznych