磁-力-电耦合效应中聚合物的取向改性方法 技术领域：
本发明涉及一种通过改变磁-力-电耦合效应中惰性相聚合物的结构，减少磁-力-电耦合效应中应力损耗，从而提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料和压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能、解决传递相作为惰性相影响复合材料功能性的问题的方法。
背景技术：
铁电与铁磁及聚合物复合材料不仅具备铁电材料的压电效应、铁磁材料的磁质伸缩效应，而且通过铁电相与铁磁相的磁-力-电耦合具有磁电性能。由于铁电材料与铁磁材料两相很难通过传统的烧结法复合在一起，因此需要与聚合物复合，通过聚合物的粘结实现磁-力-电耦合而具有磁电性能。但是作为惰性相的聚合物由于模量等结构因素的影响，在磁-力-电耦合中会产生较大的应力损耗，因此会大大降低铁电与铁磁复合材料的压电性能和磁电性能。因此铁电与铁磁及聚合物复合材料的功能性主要受到聚合物结构的影响。改变聚合物的强度与刚度，使聚合物结构化，可以减少磁-力-电耦合效应中的应力损耗，从而提高复合材料的功能性。
结晶、取向与交联是提高聚合物强度、刚度的主要方法。取向是通过外力的作用，通过聚合物的取向单元，如微晶、链段或整个分子链的定向排列，改变聚合物的微观结构，提高聚合物的强度与刚度。
在聚合物与压电陶瓷复合材料中，压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、钛酸钡(BT)、铌镁钛酸铅、各种PZT掺杂改性陶瓷和三元陶瓷具有较高的压电性能，如PZT地压电常数d33可达400～500pC/N，PT可达100pC/N，但由于自身脆性较大，常利用聚合物的柔韧性制备压电复合材料改善压电陶瓷的加工性能。从已有的文献可以看出，制备压电复合材料，可选择的聚合物有：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯与三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))以及尼龙等，但聚合物的引入，复合材料的压电性能大幅度降低，以PZT与PVDF复合材料为例，较为理想、可以使用的PZT与PVDF复合材料的压电常数d33最大可达60pC/N，这主要是由于PVDF的应力损耗影响了复合材料中的力-电传递。在铁电与铁磁及聚合物复合材料中，聚合物的应力损耗同样影响复合材料的压电性能，继而也影响了复合材料的磁电性能。
发明内容：
本发明主要解决压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料由于聚合物的应力损耗造成的压电性能和磁电性能较低的问题，提供一种改变聚合物结构的方法来提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能。
实现本发明的技术方案为：
一种提高压电陶瓷与聚合物及铁磁材料复合材料，压电陶瓷与聚合物复合材料的压电性能和磁电性能的方法，聚合物为聚乙烯醇缩醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)或尼龙，采用聚合物取向改性的方法，其方法为：
按体积百分比为聚合物15～50％，铁磁材料0～12％，其余为压电陶瓷，称取压电陶瓷、铁磁材料和聚合物，在聚合物的玻璃化转变温度Tg以上、熔点Tm以下，将聚合物在开炼机上加入压电陶瓷粉和铁磁材料混炼成片，控制开炼机转速范围为10～30r/min，混炼时间20～30min即得到压电性能和磁电性能得到提高的复合材料。
其中所述的压电陶瓷为锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅(PT)、钛酸钡(BT)、铌镁钛酸铅、PZT掺杂改性陶瓷和三元陶瓷，所述的铁磁材料为铽镝铁(Terfenol-D)
本发明通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。
附图说明：
图1是开炼成型复合材料的SEM照片。
图2是模压成型复合材料的SEM照片
从图1和图2对比可以看出，开炼成型复合材料中聚合物PVDF被拉伸取向，聚合物成丝状，模压成型复合材料中PVDF聚集成团。
【具体实施方式】
实施例1：将PVDF与PZT按30∶70体积比称取，在140℃下，在开炼机上加入PVDF与PZT，混炼转速为15r/min，混炼时间25min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。开炼成型复合材料的SEM对比照片见图1，模压成型复合材料的SEM照片见图2。开炼成型复合材料的压电常数d33为85pC/N，模压成型复合材料的压电常数d33为50pC/N。
实施例2：将PVDF、PZT与Terfenol-D按40∶55∶5体积比称取，在135℃下，在开炼机上加入PVDF、PZT与Terfenol-D，控制转速在20r/min，混炼时间30min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。复合材料的磁电转换系数αE33为65mV/cm Oe。
实施例3：将PE、PZT与Terfenol-D按25∶70∶5体积比称取，在125℃下，在开炼机上加入PE、PZT与Terfenol-D，混炼转速20r/min，混炼时间25min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。复合材料的磁电转换系数αE33为72mV/cm Oe。
实施例4：将聚乙烯醇缩丁醛与PT按30∶70体积比称取，在120℃下，在开炼机上进行混炼，控制开炼机转速为10r/min，混炼时间20min通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。复合材料的压电常数d33为65pC/N。
实施例5：将共聚尼龙、PZT与Terfenol-D按30∶65∶5体积比称取，在160℃下，在开炼机上加入共聚尼龙、PZT与Terfenol-D，控制转速30r/min，混炼时间25min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。复合材料的磁电转换系数αE33为85mV/cm Oe。
实施例6：将PP、PZT与Terfenol-D按35∶60∶5体积比称取，在160℃下，在开炼机上加入PP、PZT与Terfenol-D，控制转速20r/min，混炼时间30min，通过开炼机的剪切力与混合时的拉伸力使复合材料成片，得到聚合物取向的复合材料。复合材料的磁电转换系数αE33为55mV/cm Oe。