[发明专利]聚四氟乙烯机电能量转换功能膜的连续化生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高分子基功能薄膜的制备方法，尤其涉及聚四氟乙烯机电能量转换功能膜的连续化生产工艺。

背景技术

压电驻极体piezoelectrets（或称为铁电驻极体ferroelectrets）是指具有压电效应（即机电能量转换效应）的空间电荷驻极体材料，其压电效应源于基体驻极体材料长期储存空间电荷的能力和材料特殊的微孔结构。图1是压电驻极体材料微观结构、空间电荷分布，以及压电效应产生的原理图。

压电驻极体是1990年前后刚刚出现的新一类压电功能材料，它集中了压电陶瓷的强压电效应和聚合物铁电材料（例如聚偏氟乙烯压电薄膜）的柔韧性于一身，因此，这类材料在各类电声传感器、压力传感器、超声波传感器、振动能量采集器、医疗护理等领域有广阔的应用前景。

目前唯一商品化的压电驻极体材料是聚丙烯（PP）压电驻极体薄膜，其生产商为芬兰的EMFit公司，其它国家和我国国内尚无企业有能力生产该类产品，因此，当前应用压电驻极体的产品均是基于商品PP压电驻极体薄膜。但是受限于PP材料自身较低的空间电荷储存稳定性，PP压电驻极体薄膜的工作温度一般不能超过60^oC，高于工作温度时PP压电驻极体薄膜的压电效应便会急剧减弱、甚至完全丧失。基于此，许多相关领域的科研工作者努力研制高热稳定性的压电驻极体新材料，并出现了一些具有高热稳定性的实验室样品。但是目前还没有关于高热稳定性压电驻极体薄膜规模化、连续化生产工艺的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚四氟乙烯机电能量转换功能膜的连续化生产工艺，该生产工艺具有适合在工厂中大规模、连续化作业，并且产品的热稳定性和压电性均显著优于PP压电驻极体薄膜的特点。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供利用上述制备方法获得的聚四氟乙烯机电能量转换功能膜产品。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种聚四氟乙烯机电能量转换功能膜的连续化生产工艺，包括微孔结构复合膜的热粘合步骤以及复合膜的充电步骤两部分，其中，所述的微孔结构复合膜的热粘合步骤为：至少有二层致密聚四氟乙烯薄膜，且在每相邻的二层聚四氟乙烯薄膜间夹有一层多孔聚四氟乙烯薄膜交替层叠后导入上、下热压辊之间进行热压粘合，制成复合膜；然后将复合膜进行充电，得到聚四氟乙烯压电驻极体薄膜。

所述的PTFE薄膜是指采用各种工艺制备的致密结构PTFE薄膜，例如车削膜（定向膜）、流延膜、吹塑膜等等。所述的多孔PTFE薄膜是指用各类工艺制备获得的多孔结构PTFE薄膜。

在上述方案的基础上，所述的复合膜的充电步骤为：复合膜进入电极辊与电晕电极间进行电晕极化，得到电晕极化处理的聚四氟乙烯复合薄膜并辊上收卷。

在上述方案的基础上，所述的复合膜的充电步骤为：复合膜进入电镀区在薄膜上下表面附着电极，再进入接触法充电区，得到电晕极化处理的聚四氟乙烯复合薄膜并辊上收卷。

在上述方案的基础上，由上、下热压辊间导出的聚四氟乙烯复合膜紧贴电极辊表面经过电晕极化区，然后由收卷辊收卷完成聚四氟乙烯压电驻极体薄膜的生产。

在上述方案的基础上，采用二层2～40μm厚度的致密聚四氟乙烯薄膜和一层2～400μm厚度的膨体多孔聚四氟乙烯薄膜，将膨体多孔聚四氟乙烯薄膜夹在二层致密聚四氟乙烯薄膜之间构成膜系，经两个直径为150mm的上、下热压辊，上、热压辊9表面的压花为十字图案，上、下热压辊的温度为100～450℃，施加在膜系上的压力为0.1～200MPa，膜系在上、下热压辊间行进的速度为0.1～20m/min，经热压后制得微孔结构聚四氟乙烯复合膜，然后复合膜经过电晕极化区进行电晕充电处理，电晕电压为20kV, 电晕电极与电极辊之间的距离为0.1～50cm，电晕区的温度为-40～380℃，经过电晕处理后制得聚四氟乙烯压电驻极体薄膜。

在上述方案的基础上，在上、下热压辊和收卷辊之间设置一薄膜表面电镀系统和接触法充电系统，由上、下热压辊导出的聚四氟乙烯复合膜首先进入电镀系统使薄膜上下表面附着导电性良好的电极，然后双面带有电极的聚四氟乙烯复合膜在收卷辊的牵动下进入接触法充电系统，高压直流电直接施加在聚四氟乙烯复合膜的上下电极间，完成聚四氟乙烯复合膜的电极化步骤，最后由收卷辊收卷，制成聚四氟乙烯压电驻极体薄膜的成品。