[發明專利]一種用于水聲換能器的復合壓電陶瓷纖維膜及制備方法

在審

• 申請號: 201810934265.7
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109056195A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 陳慶;司文彬
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4382
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于復合膜材的技術領域，提供了一種用于水聲換能器的復合壓電陶瓷纖維膜及制備方法。該方法以聚氨酯溶液和壓電陶瓷分散液混合，行星式研磨制得復合紡絲溶液，然后進行靜電紡絲，制得聚氨酯/鈮酸鹽基壓電陶瓷纖維復合膜。與傳統方法相比，本發明的制備的復合材料納米纖維膜，壓電陶瓷纖維在聚合物中分撒均勻，所得膜材厚度均勻，孔隙率高，比表面積大，機械強度高，用于水聲換能器中，顯著提高了其靈敏度和使用壽命。

技術領域

本發明屬于復合膜材的技術領域，提供了一種用于水聲換能器的復合壓電陶瓷纖維膜及制備方法。

背景技術

水聲技術是水下通訊導航、水產漁業、海資源等領域的重要手段。水聲換能器是聲吶系統中實現能量轉換的器件。其功能是激發及接收水環境中的聲波信號，實現聲能和電能之間的相互轉化，換能器的材料是關系到魚雷制導、聲吶性能的重要影響因素。目前水聲技術領域中應用最廣泛的是壓電陶瓷式換能器。

壓電陶瓷式換能器的工作原理是：當換能器工作于發射狀態時，壓電陶瓷部件在電場的作用下，借助逆壓電效應，進行伸縮振動，向煤質發射聲波。當換能器工作于接收狀態時，壓電陶瓷部件在聲發射信號的作用下發生伸張或收縮，借助正壓電效應，轉換為電信號。

傳統水聲換能器采用PZT壓電陶瓷為核心敏感元件，PZT陶瓷雖因具有較強的壓電性能而得到廣泛應用，但其性能不能充分滿足水聲換能器的要求。首先，PZT壓電陶瓷質脆，不利于加工成所要求的形狀、尺寸和精度，且在技工過程中易損壞，也限制了水聲換能器的微型化、智能化。由于壓電聚合物復合材料與壓電陶瓷相比有較高的凈水壓電系數，比較適合用做水聲換能器，它的特性阻抗小，容易與水匹配，頻帶寬，其性能還可以通過添加第三相粒子來調節，因此，壓電聚合物復合材料換能器在靈敏度、寬度、阻抗匹配和降低陣元內部交叉耦合等方面都要優于純陶瓷換能器。

目前國內外在水聲換能器技術，尤其是壓電陶瓷式換能器方面已取得了一定成效。其中范艷華等人發明了一種具有良好的綜合機電性能壓電陶瓷及其制備方法（中國發明專利申請號201010114529.8），由鈧鈮—錳鈮-鋯酸鉛-鈦酸鉛(PSN-PMN-PZ-PT)四元系壓電陶瓷組成，四元系摩爾百分比為：3~18%Pb(Sc_1/2Nb_1/2)，3~8%Pb(Mn_1/3Nb_2/3)，40~49%PbZrO₃，40~49%PbTiO₃，其中，Pb位被1~5mol%Sr²⁺取代；鈧鈮—錳鈮—鋯酸鉛—鈦酸鉛四元系壓電陶瓷為一種新的壓電陶瓷體系,可在較寬的范圍內調整其性能；提供的優化配方具有較好的綜合機電性能,適用于水聲換能器,具有良好的商業價值。另外，王柏耀發明了一種復合壓電材料及其制備方法（中國發明專利申請號201511033900.7），包括以下重量份的原料：熱塑性彈性體45~80份；導電體0.5~3份；壓電體15~35份；硬脂酸鈣0.5~5份；馬來酸酐接枝聚乙烯10~20份；；該發明的復合壓電材料具有良好的壓電穩定性和熱穩定性，而且性能優于之前的復合壓電材料，可以做成撥片、棒或線材及模壓成所需的各種形狀，該發明的壓電材料可以用于電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，具有非常廣泛的用途。

可見，現有技術中的壓電陶瓷式換能器，存在壓電陶瓷纖維和聚合物之間相容性不好，并且壓電陶瓷纖維在聚合物基體中分散性不均勻，導致機械強度不高，靈敏度不佳，使用壽命短等缺點。

發明內容

針對這種情況，我們提出一種用于水聲換能器的復合壓電陶瓷纖維膜及制備方法，有效改善了壓電陶瓷纖維在聚合物中的分散性，制得的膜材機械強度高，靈敏度好，使用壽命長。

為實現上述目的，本發明涉及的具體技術方案如下：

一種用于水聲換能器的復合壓電陶瓷纖維膜的制備方法，以聚氨酯溶液和壓電陶瓷分散液混合，行星式研磨制得復合紡絲溶液，然后進行靜電紡絲，制得聚氨酯/鈮酸鹽基壓電陶瓷纖維復合膜，制備的具體步驟如下：