[发明专利]一种透明抗静电的聚偏氟乙烯压电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种透明抗静电的聚偏氟乙烯压电材料及其制备方法，尤其涉及一种通过离子液体来获得同时兼具透明性、抗静电性以及压电性的聚偏氟乙烯压电材料及其制备方法。

背景技术

自1974年聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料首次作为元件，应用于声电转换技术以来，其研究和应用都有极大的发展。PVDF压电薄膜具有柔性好、机械强度高、声阻抗易匹配、额响范围宽、能抗化学和油性腐蚀等优良特性，且可加工成大面积和复杂形状的薄膜使用，为压电材料的应用开辟了一个新的领域。PVDF压电薄膜的用途很广泛，可制成多种换能器应用于工业生产、医疗行业、日常生活以及军事领域等，特别是在高科技领域，如机器人的触觉传感器、智能材料以及医疗仪器领域(脉象仪，血流速率、血压、心音、足底压力和人体心率检测仪，胎心音探测器以及宫缩监视仪、人造敏感皮肤、齿科检测膜、B超用超声探头等)。但是，在一些干燥环境下作业的PVDF压电材料，特别是在智能材料以及医用、军用材料领域，不但要求压电材料具有优异的压电性，而且要求材料具有额外的抗静电性，但同时又不导电。因为在干燥环境下，空气中水分较少，材料表面电阻极大(＞ 10¹³ ?/square )，极易积累大量的静电荷；若电荷不能够及时有效地逸散，就会存在发生火灾甚至爆炸的安全隐患。除此之外，表面电阻很大的材料极易吸附空气中的灰尘和微生物等微小杂质，从而大大降低压电材料的灵敏性。

目前，获得压电性的PVDF材料最广泛也是最有效的方法之一，是加入纳米填料。考虑到压电性的要求，导电纳米填料中碳纳米管、石墨烯(或氧化石墨)以及氧化锌等是比较理想的选择。但是，这些导电纳米填料的使用也是利弊参半：1) 碳纳米管、石墨烯(或氧化石墨)以及氧化锌等虽然能够有效促进PVDF极性晶体的生成；然而，高极性晶体的含量，往往需要高含量导电纳米填料的填充，这就不仅增加了填料均匀分散的困难，而且此时材料往往由绝缘性直接过渡到导电性，而无法停留在抗静电阶段。反之，少量的导电纳米填料虽然能够提高材料的抗静电性，但是往往所获得的PVDF极性晶体含量非常有限。总之，材料的抗静电性和压电性无法最优协调。2) 上述导电填料的加入，特别是高含量时，无疑使得材料变得不透明，特别是黑色填料(还会吸收红外热量等)，极大限制了材料美观的设定。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种透明抗静电的聚偏氟乙烯压电材料。

一种透明抗静电的聚偏氟乙烯压电材料为聚偏氟乙烯和离子液体的混合物；聚偏氟乙烯与离子液体的质量比为100：0.5～40；

作为优选，聚偏氟乙烯压电材料中聚偏氟乙烯与离子液体的质量比为100：2～20；

本发明的另一个目的是提供制备聚偏氟乙烯压电材料的方法。

本发明方法具体是：

步骤(1).将聚偏氟乙烯和离子液体分别在80～110℃下真空干燥24～48h；

步骤(2).将干燥后的聚偏氟乙烯和离子液体按质量比为100：0.5～40，加入熔融混炼设备180～200℃下进行熔融混炼，得到混合物；

所述的熔融混炼设备为密炼机、单螺杆挤出机或双螺杆挤出机；

如将干燥后的聚偏氟乙烯和离子液体加入密炼机进行熔融混炼，预混时密炼机的转子速度为10～30rpm，熔融混炼1～2min，然后将转子速度提升至45～75rpm，熔融混炼5～10min；

如将干燥后的聚偏氟乙烯和离子液体加入单螺杆挤出机或双螺杆挤出机进行熔融混炼，喂料时螺杆挤出机的螺杆速度为10～20rpm，挤出时将螺杆速度提升至45～75rpm；

步骤(3).将混合物从熔融混炼设备中出料，降至常温并结晶，得到聚偏氟乙烯压电材料。

所述的离子液体中的阳离子为咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、季铵盐类阳离子、吡咯类阳离子或哌啶类阳离子；各阳离子的结构如下所示：

(a)咪唑类阳离子；

其中R₁为C1～C24的烷基；R₂为C1～C24烷基或含C2～C24烯基、羟基、腈基、羧基、氨基、苄基、醚键中任意一种官能团的基团；

(b)吡啶类阳离子；

其中R₃为C1～C24的烷基；

(c)季铵盐类阳离子；