PZT基壓電纖維-環(huán)氧樹脂1-3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、1-3型壓電纖維/聚合物復(fù)合材料兼具壓電陶瓷的壓電活性和聚合物的柔韌性，具有較高的壓電應(yīng)變常數(shù)和厚度機電耦合系數(shù)、低的機械品質(zhì)因數(shù)和聲阻抗，適合制作高靈敏度、寬帶、窄脈沖的換能器，是醫(yī)療超聲、無損探傷和水聲換能器的理想材料。 針對1-3型壓電復(fù)合材料在醫(yī)療超聲換能器上的應(yīng)用要求，采用塑性聚合物方法分別制備了PZT5、PMnS-PZN和PBS壓電纖維，通過排列澆注法制備了1-3壓電復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了復(fù)合材料中壓電相的組成、排布方

2、式和性能之間的相關(guān)性，探討了不同組成及含量壓電纖維對復(fù)合材料性能的影響，獲得了壓電相性能對復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。 (1)采用塑性聚合物方法分別制備了直徑為250μm的PZT5、PMnS-PZN和PBS壓電纖維，分析了泥料中陶瓷固含量、燒結(jié)條件對纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。當陶瓷固含量為86％時，可獲得可塑性較好、有一定強度的壓電纖維素坯。經(jīng)過1190-1280℃處理2-6h，壓電纖維的強度較高、結(jié)構(gòu)致密、晶粒大小均勻。 (2

3、)壓電纖維體積含量φ對復(fù)合材料的性能有較大影響。隨著φ含量的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)ε<'T>幾乎線性增加；剩余極化強度P<,r>顯著增大：壓電應(yīng)變常數(shù)d<,33>隨著φ的增加而增大：徑向機電耦合系數(shù)k<,p>比PZT5陶瓷的k<,p>小，且k<,t>＞k<,p>；機械品質(zhì)因數(shù)Q<,m>遠遠小于PZT5純陶瓷。聲阻抗Z隨φ增大而增大，且均小于PZT5陶瓷。 (3)不同壓電相的1-3型壓電復(fù)合材料的介電常數(shù)均比相應(yīng)的陶瓷的介電常數(shù)