DE60309102T2

DE60309102T2 - Verbundwerkstoff zur piezoelektrischen Transduktion / Wandlung

Info

Publication number: DE60309102T2
Application number: DE60309102T
Authority: DE
Inventors: c/o Fuji Photo Film Co. Masao Sato
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: DE60309102D1; EP1375555B1; US7029598B2; EP1375555A1; US20040000661A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Verbindung betrifft einen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion, der als Dämpfungsmaterial in verschiedenen Gebieten verwendet werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
US 6,002,196 offenbart einen organischen Dämpfungsverbund vom piezoelektrischen Dispersionstyp.
US 4,595,515 offenbart ein schwingungsisolierendes Erzeugnis.
Ein Dämpfungsmaterial absorbiert Schwingung, und eine Anzahl von Dämpfungsmaterialien wurden entwickelt. Darunter wurde seit kurzem denjenigen Aufmerksamkeit geschenkt, die die piezoelektrische Transduktion verwenden. Das Dämpfungsmaterial, das die piezoelektrische Transduktion verwendet, umfaßt allgemein ein piezoelektrisches Element und einen Matrixanteil. Der Prozeß, in dem das Dämpfungsmaterial Schwingung absorbiert, ist wie folgt: der Matrixanteil nimmt Schwingungsenergie als Verformung auf, das piezoelektrische Element nimmt die Verformung im Matrixanteil als Verformung auf und wandelt die Spannung in Elektrizität um. Danach dissipiert das piezoelektrische Element die Verformung aus dem Dämpfungsmaterial als Joulesche wärme. Als Ergebnis wird die an das Dämpfungsmaterial angelegte Schwingungsenergie im Dämpfungsmaterial absorbiert, zu Wärme umgewandelt und dann aus dem Dämpfungsmaterial dissipiert.
Dämpfungsmaterialien, die die piezoelektrische Transduktion verwenden, schließen die folgenden drei ein.
Das erste Dämpfungsmaterial betrifft ein organisch-anorganisches Verbunddämpfungsmaterial. Wie in JP-OS (JP-A) Nr. 05-31845, JP-A Nr. 05-240298, JP-A Nr. 06-126909 oder dgl. offenbart, ist in dem organisch-anorganischen Verbundwerkstoff ein Material für die piezoelektrische Transduktion aus einem anorganischen Material wie Bariumtitanat oder dgl. in einem Matrixmaterial aus einem organischen Material wie Kautschuk oder dgl. dispergiert.
Das zweite Dämpfungsmaterial betrifft ein Dämpfungsmaterial aus einem organischen piezoelektrischen Film. Wie in Masao Sumida (1995), Sound absorption and insulation structure using a piezoelectric film, Bd. 15, Nr. 11 oder dgl. beschrieben, betrifft es einen Film selbst, der Piezoelektrizität aufweist, wie Polyvinylidenfluorid oder dgl.
Das dritte Dämpfungsmaterial betrifft ein organisch-organisches Dämpfungsmaterial. Wie in JP-A Nr. 2000-86900, JP-A Nr. 2000-273435 oder dgl. offenbart, ist ein Material für die piezoelektrische Transduktion aus kleinen organischen Molekülen wie phenolischen Substanzen oder dgl. in einem Matrixmaterial aus einem organischen Material wie Kautschuk oder dgl. dispergiert.
Die oben genannten Dämpfungsmaterialien haben die folgenden Probleme. Für den Fall des organisch-anorganischen Verbunddämpfungsmaterial ist es schwierig, einen Einkristall aus einem anorganischen Material wie Bariumtitanat oder dgl. zu erhalten. Zusätzlich gibt es einen übermäßig großen Unterschied der Elastizitätsmoduli des anorganischen Materials und des Matrixmaterials. Deshalb ist die Schwingungsübertragung aus dem Matrixmaterial auf das anorganische Material unzureichend. Das organisch-anorganische Verbunddämpfungsmaterial wird deshalb leicht durch Verformung zerbrochen.
Für den Fall des Dämpfungsmaterials aus organischem piezoelektrischem Film verschlechtert sich seine Piezoelektrizität im Zeitverlauf. Außerdem beeinflußt das Dämpfungsmaterial aus organischem piezoelektrischem Film negativ die Umgebung bei Entsorgung. Wie in JP-A Nr. 11-68190 offenbart wird, beträgt bei einer gewöhnlichen Türgröße von 200 cm × 100 cm der optimale Widerstand in einem Stromkreis für wirksame Dämpfungseigenschaften 0,25 Ω, was klein und unpraktisch ist. Für den Fall des organisch-organischen Verbunddämpfungsmaterials sind kleine organische Moleküle aus der phenolischen Substanz oder dgl. unzureichend orientiert. Es hat deshalb unzureichende piezoelektrische Eigenschaften. Die Funktion des organisch-organischen Verbunddämpfungsmaterials ist nicht notwendigerweise ausreichend. Zusätzlich besitzt PVDF, das weithin als eines der organischen Materialien aufgrund seiner guten piezoelektrischen Eigenschaften verwendet wird, auch einen Nachteil, indem sich seine piezoelektrische Leistung leicht durch Wärme wegen seiner geringen Glasübergangstemperatur (Tg) verschlechtern kann. Das PVDF ist deshalb nicht für eine Anwendung geeignet, die Wärmebeständigkeit erfordert, da es seine anfängliche Leistung nicht für einen langen Zeitraum bewahren kann. Zusätzlich ist es schwierig, die Dicke eines aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall hergestellten Films zu erhöhen, und die Piezoelektrizität von Substanzen wie Cellulose beruht nicht auf Polarität, und deshalb besitzen solche Substanzen den Fehler, daß ihre Piezoelektrizität inhärent gering ist.
Entsprechend ist noch kein Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion bereitgestellt worden, der nicht die oben genannten Probleme verursacht, äußere Schwingung als Verformungsarbeit absorbiert, dann effizient die Verformungsarbeit in Elektrizität umwandelt, die Elektrizität als Wärme dissipieren kann, eine ausreichende Piezoelektrizität selbst bei Bewahrung bei hohen Temperaturen für einen langen Zeitraum behalten kann und geeignet für eine Verwendung ist, die Wärmebeständigkeit erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion bereitzustellen, der eine ausreichende Piezoelektrizität aufweist, in geeigneter Weise auf verschiedenen Gebieten als Dämpfungsmaterial und dgl. verwendet werden kann und in geeigneter Weise auf den Gebieten verwendet werden kann, die Wärmebeständigkeit erfordern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1. Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung absorbiert äußere Schwingung oder dgl. als Verformungsarbeit, wandelt die Verformungsarbeit wirksam in Elektrizität um und kann die Elektrizität als Wärme dissipieren, indem ein Material für die piezoelektrische Transduktion verwendet wird, das eine ausgezeichnete Massenproduktion bei geringen Kosten und Handhabungen hat.
Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Domäne, die Piezoelektrizität in einem Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs für die piezoelektrische Transduktion aufweist. Im Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung ist die Domäne aus einem Material für die piezoelektrische Transduktion gebildet, das ein flüssigkristallines Hauptkettenpolymer enthält. Das Matrixmaterial im Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion nimmt äußere Schwingungsenergie als Verformung auf. Die Verformung des Matrixmaterials wird als Verformung durch das Material für die piezoelektrische Transduktion aufgenommen, die eine Komponente einer Domäne ist, die Piezoelektrizität aufweist, wird zu Elektrizität umgewandelt und wird dann als Joulesche Wärme dissipiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das die Polarisierbarkeit des Materials für die piezoelektrische Transduktion gemäß dem Polymerisationsgrad der Monomereinheit im Material für die piezoelektrische Transduktion zunimmt.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel zeigt, das die Polarisierbarkeit des Materials für die piezoelektrische Transduktion gemäß dem Polymerisationsgrad der Monomereinheit im Material für die piezoelektrische Transduktion zunimmt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für einen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion zeigt, der nicht erfindungsgemäß ist.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion zeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion zeigt.
6A bis 6D sind jeweils ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Filmpartikels ("Split") eines Verbundwerkstoffs für die piezoelektrische Transduktion zeigt.
7A und 7B sind jeweils ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor zeigt, die jeweils durch das Cantilever-Verfahren und das zentrale Anregungsverfahren gemessen werden.
8A und 8B sind jeweils ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor zeigt, die jeweils durch das Cantilever-Verfahren und das zentrale Anregungsverfahren gemessen werden.
9A und 9B sind jeweils ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor zeigt, die jeweils durch das Cantilever-Verfahren und das zentrale Anregungsverfahren gemessen werden.
10A und 10B sind jeweils ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor zeigt, die jeweils durch das Cantilever-Verfahren und das zentrale Anregungsverfahren gemessen werden.
11A und 11B sind jeweils ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor zeigt, die jeweils durch das Cantilever-Verfahren und das zentrale Anregungsverfahren gemessen werden.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion)
Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Domäne, die Piezoelektrizität in einem Matrixmaterial aufweist. Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung kann ferner andere Materialien nach Bedarf umfassen.
– Domäne, die Piezoelektrizität aufweist –
Die Domäne, die Piezoelektrizität aufweist, muß aus einem Material für die piezoelektrische Transduktion gebildet sein.
Das Material für die piezoelektrische Transduktion umfaßt ein flüssigkristallines Hauptkettenpolymer. Das Material für die piezoelektrische Transduktion kann ferner andere Komponenten umfassen, die in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden.
Das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer ist nicht beschränkt und kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden, solange es SHG-Aktivität zeigt. Beispiele für das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer können eine Konstitutionseinheit mit einer cyclischen Gruppe als wiederholte Einheit umfassen oder nicht. Spezifische Beispiele für das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer schließen diejenigen ein, die eine Konstitutionseinheit mit einer cyclischen Gruppe, einem verbundenen Teil, einer funktionellen Gruppe und einem Spacer-Teil als wiederholte Einheit aufweisen; und dgl.
Diese können entweder allein oder in Kombination aus zwei oder mehreren verwendet werden. Darunter ist ein Polyester bevorzugt, ein aromatischer Polyester ist besonders bevorzugt und ein aromatischer Polyester ist insbesondere bevorzugt.
Der aromatische Polyester ist nicht besonders beschränkt und kann gemäß der Aufgabe ausgewählt werden. Beispiele für den aromatischen Polyester schließen die aromatischen Polyester ein, die wenigstens einen Vertreter als Monomereinheit aufweisen, der aus aromatischem Diol, aromatischer Dicarbonsäure und Hydroxycarbonsäure ausgewählt ist, gezeigt in Tabelle 1.
Tabelle 1
Ein bevorzugtes Beispiel für das aromatische Polymer schließt eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Struktur ein:
Formel (1) ("m" und "n" stellen jeweils den Polymerisationsgrad dar).
In der obigen Formel (1) ist das Verhältnis (m:n) von "m" und "n" nicht besonders beschränkt und kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Das Verhältnis ist bevorzugt 90:10 bis 50:50 und besonders bevorzugt 80:20 bis 60:40. Beispiele für das aromatische Polymer, die von demjenigen mit einer durch die Formel (1) dargestellten Struktur verschieden sind, schließen diejenigen mit einer durch die folgenden Formeln (2) bis (20 dargestellten Struktur und dgl. ein.
X und Y = -H, -Cl, -Br -CH₃
Formel (2)
Formel (3)
Formel (4)
Formel (5)
Formel (6)
Formel (7)
Formel (8)
Formel (9)
Formel (10)
Formel (11)
Formel (12)
Formel (13)
Formel (14)
Formel (15)
Formel (16)
Formel (17)
Formel (18)
("m" und "n" stellen jeweils den Polymerisationsgrad dar, und "X" stellt -C(CH₃)₂-, -CH₂-, -O-, -S- oder -SO₂- dar; "y" stellt eine ganze Zahl von 0 oder 1 dar) Formel (19)
Formel (20)
Es gibt keine besonderen Beschränkungen für ein Verfahren zur Synthese des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele schließen verschiedene Verfahren zur Synthese ein, wie sie in den folgenden Schemata gezeigt sind, und dgl. Man bemerke, daß allgemein das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer, das einen unterschiedlichen Kondensationsgrad hat, durch geeignete Auswahl der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit synthetisiert werden kann, selbst wenn das Molverhältnis des Monomers stabil ist.
("n" stellt eine ganze Zahl dar und "x" stellt ein Wasserstoffatom, Halogenatom oder eine Kohlenwasserstoff-Gruppe dar) Formel (21)
("Ac" stellt eine Acetyl-Gruppe dar, "x" und "n" stellen jeweils eine ganze Zahl dar) Formel (22)
("Ac" stellt eine Acetyl-Gruppe dar und "n" stellt eine ganze Zahl dar) Formel (23)
("n" stellt eine ganze Zahl dar) Formel (24)
("Ac" stellt eine Acetyl-Gruppe dar und "n" stellt eine ganze Zahl dar)
Formel (25)
Das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer kann in geeigneter Weise synthetisiert werden oder kann ein kommerzielles Produkt sein.
Beispiele für das kommerzielle Produkt schließen eins "Zenite^®", erhältlich von Du Pont Kabushiki Kaisha, "Sumika super^®", erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd., "Vectran^®", erhältlich von Kuraray Co., Ltd., "Octa^®", erhältlich von DAINIPPON INK AND CHEMICALS INCORPORATED, "Vectra^®", erhältlich von Polyplastics Co., Ltd., "Rodrun", erhältlich von Unitika Ltd., "Xydar^®", erhältlich von Nippon Sekiyu Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, "Novaccurate^®", erhältlich von Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation, "Siveras^®", erhältlich von Toray Industries, Inc. und dgl.
Das kristalline Hauptkettenpolymer weist bevorzugt eine SHG-Aktivität (Erzeugung der zweiten Harmonischen) auf und hat bevorzugt eine maximale Polarisierbarkeit in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu seiner Hauptkette ist.
Der Grund dafür, daß das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer SHG-Aktivität (Erzeugung der zweiten Harmonischen) zeigt, ist vermutlich wie folgt. Bezugnehmend auf 1 und 2 (T. Watanabe et al., Jpn. J. Appl. Phys. (1996), Bd. 35, L505) nimmt die Polarisierbarkeit gemäß dem Polymerisationsgrad einer Monomereinheit des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers zu. Wenn das Molekulargewicht des flüssigkristallinen Hauptkettepolymers zunimmt und das Dipolmoment "d^*" einen gewissen Punkt übersteigt, hat das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer eine Phasenstruktur, die keine Symmetrie besitzt.
– Andere Komponente(n) –
Es gibt keine besonderen Beschränkungen für andere Komponenten für das Material für die piezoelektrische Transduktion und sie können in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele für die anderen Komponenten schließen ein Polymer zur Adhäsion, das eine leichtere Filmbildung ermöglicht, und dgl. ein. Beispiele für das Polymer zur Adhäsion schließen bekannte Bindemittelharze und dgl. ein.
Die bekannten Bindemittelharze sind nicht besonders beschränkt und können aufgabengemäß ausgewählt werden.
Beispiele für die bekannten Bindemittelharze schließen ein thermoplastisches Harz, Kautschuk (Elastomerkautschuk), einen Haftvermittler, Monomer und Oligomer, eine Polymerlegierung, Polyimid, ein Naturprodukt, ein anorganisches Produkt und dgl. ein.
Beispiele für das thermoplastische Harz schließen Polyvinylacetat (PVAc), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylbutyral (PVB), Acryl-Copolymer (Acryl), Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), Vinylchlorid-plus-Sol, Polyvinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer, Polyvinylpyrrolidin, Nylon-11,12-copolymerisiertes Nylon, Copolymer aus Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, ein Harnstoffharz, ein Melaminharz, ein Phenolharz, ein Resorcinolharz, ein Epoxidharz, Polyurethan, Vinylurethan und dgl. ein.
Beispiele für den Kautschuk schließen Polyisopren-Naturkautschuk, synthetischen Polyisoprenkautschuk, Polychloropren, Acrylnitril-Butadien-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Butadien-Vinylpyridin-Terpolymer, Polyisobutylen, Butylkautschuk, Polysulfid, bei Raumtemperatur vulkanisierenden Siliconkautschuk, chlorierten Kautschuk, bromierten Kautschuk, Pfropfpolychloropren, Styrol-Isopren-Styrol, Styrol-Butadien-Styrol und dgl. ein.
Beispiele für den Haftvermittler schließen einen druckempfindlichen Haftvermittler, einen Acrylhaftvermittler, einen Siliconhaftvermittler und dgl. ein.
Beispiele für das Monomer und Oligomer schließen Cyanoacrylat, einen UV-härtenden Haftvermittler, einen mit sichtbarem Licht härtenden Haftvermittler, einen mit Elektronenstrahlen härtenden Haftvermittler und dgl. ein.
Beispiele für die Polymerlegierung schließen Polyvinylformal/Phenolharz, Polyvinylbutyral/Phenolharz, Nitrilkautschuk/Phenolharz, Nitrilkautschuk/Epoxidharz, flüssigen Nitrilkautschuk/Epoxidharz, Epoxidharz/Phenolharz und dgl. ein.
Beispiele für das Naturprodukt schließen Stärke, Dextrin und dgl. ein.
Beispiele für die anorganischen Produkte schließen Natriumsilicat, Keramiken und dgl. ein.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen für den Gehalt der anderen Komponenten im Material für die piezoelektrische Transduktion, und er kann in geeigneter Weise eingestellt werden, solange er nicht negativ die Wirkung der vorliegenden Erfindung beeinflußt.
Die Domäne, die Piezoelektrizität aufweist, ist aus Partikeln ("Splits") gebildet, die durch Schneiden eines Formkörpers aus dem Material für die piezoelektrische Transduktion erhalten werden, worin die Partikel zumindest ein Vertreter sind, der aus Fadenpartikeln, Filmpartikeln und körnigen Partikeln ausgewählt ist.
Es gibt keine Beschränkung für Größe, Fläche, Durchmesser, Länge, Dicke, Anzahl oder dgl. der Partikel, und sie können zweckgemäß ausgewählt werden. Wenn die Partikel die Fadenpartikel sind, kann jeder der Fadenpartikel im wesentlichen den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge haben und kann aus im wesentlichen dem gleichen Material gebildet sein. Alternativ kann wenigstens ein Vertreter aus dem Durchmesser, der Länge und dem Material für jedes der Fadenpartikel unterschiedlich sein. Falls jedes der Fadenpartikel im wesentlichen den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge hat und aus im wesentlichen dem gleichen Material gebildet sein kann, dann gibt es wenig Unterschied in den Resonanzfrequenzeigenschaften der piezoelektrischen Transduktionseigenschaft für jedes der Fadenpartikel. Deshalb ist der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion unter Verwendung der Fadenpartikel mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser und dgl. geeignet, wenn äußere Schwingungsenergie in einem spezifischen Frequenzbereich aufgenommen wird. Falls wenigstens ein Vertreter aus dem Durchmesser, der Länge und dem Material für jedes der Fadenpartikel unterschiedlich ist, dann gibt es einen Unterschied der piezoelektrischen Transduktionseigenschaften unter den Fadenpartikeln. Deshalb ist der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion unter Verwendung der Fadenpartikel mit unterschiedlichen Durchmessern oder dgl. geeignet, wenn äußere Schwingungsenergie in verschiedenen Frequenzbereichen auf genommen wird.
Wenn die Partikel Filmpartikel sind, kann jedes der Filmpartikel im wesentlichen die gleiche Fläche und die gleiche Dicke haben und kann aus im wesentlichen dem gleichen Material gebildet sein. Wenigstens ein Vertreter aus der Fläche, der Dicke und dem Material kann für jedes der Filmpartikel unterschiedlich sein. Falls jedes der Filmpartikel im wesentlichen die gleiche Fläche und die gleiche Dicke hat und auch im wesentlichen aus dem gleichen Material gebildet sein kann, gibt wenig Unterschied in den Resonanzfrequenzeigenschaften der piezoelektrischen Transduktionseigenschaften für jedes der Filmpartikel. Deshalb ist der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion unter Verwendung der Filmpartikel mit im wesentlichen der gleichen Fläche und dgl. geeignet, wenn äußere Schwingungsenergie in einem spezifischen Frequenzbereich aufgenommen wird. Falls wenigstens ein Vertreter aus der Fläche, der Dicke und dem Material für jedes der Filmpartikel unterschiedlich ist, dann gibt es einen Unterschied der piezoelektrischen Transduktionseigenschaften unter den Filmpartikeln. Deshalb ist der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion unter Verwendung der Filmpartikel mit unterschiedlicher Fläche oder dgl. geeignet, wenn äußere Schwingungsenergie in verschiedenen Frequenzbereichen aufgenommen wird.
3 zeigt Partikel 10, die in einem Matrixmaterial 20 in einer solchen weise vorhanden sind, daß die Richtungen der dielektrischen Polarisation der Partikel 10 statistisch sind (der Vektor der dielektrischen Polarisation eines Partikels ist statistisch gegenüber demjenigen eines anderen Partikels orientiert). Erfindungsgemäß sind die Partikel wie in 4 und 5 gezeigt in einer solchen Weise vorhanden, daß die Richtungen der dielektrischen Polarisation der Partikel 10 im wesentlichen die gleichen sind (der Vektor der dielektrischen Polarisation eines Partikels ist im wesentlichen gleich orientiert zu demjenigen eines anderen Partikels). wenn die Richtungen der dielektrischen Polarisation statistisch sind, kann äußere Schwingungsenergie aus jeder Richtung effizient zu Piezoelektrizität umgewandelt werden (ohne Richtungsbündelung). Wenn die Richtungen der dielektrischen Polarisation in einer Richtung orientiert sind, kann äußere Schwingungsenergie aus einer spezifischen Richtung wirksam zu Piezoelektrizität gewandelt werden (mit Richtungsbündelung).
Es gibt keine besondere Beschränkung für den Elastizitätsmodul der Partikel, und er kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Der Elastizitätsmodul der Partikel ist bevorzugt im wesentlichen der gleiche wie derjenige des Matrixmaterials. Für den Fall, daß die Partikel und das Matrixmaterial den gleichen Elastizitätsmodul haben, wird die Verformung des Matrixmaterials effizient auf die Partikel übertragen, und der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion hat deshalb ausgezeichnete piezoelektrische Wandlungseigenschaften.
Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion hat bevorzugt eine Abklingrate von 0,1 oder weniger, besonders bevorzugt von 0,05 oder weniger und insbesondere bevorzugt von 0. Hier wird die Abklingrate definiert als ((Piezoelektrizität α – Piezoelektrizität β)/ Piezoelektrizität α),worin α die Piezoelektrizität der Domäne bei Raumtemperatur vor dem Erwärmen ist und β die Piezoelektrizität der Domäne bei Raumtemperatur nach 7 Tagen kontinuierlichen Erwärmens auf 85°C ist.
Das Verfahren zur Messung der Piezoelektrizität ist nicht spezifisch beschränkt und kann unter Verwendung eines Verfahrens gemessen werden, das geeignet gemäß der Aufgabe ausgewählt wird. Zum Beispiel kann man eine Meßvorrichtung für die Piezoelektrizität verwenden, zum Beispiel ein d33-Meßgerät, um leicht die Piezoelektrizität zu messen.
Ein Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion mit einer Abklingrate von 0,1 oder weniger ist vorteilhaft hinsichtlich des Gesichtspunkts, daß der Verbundwerkstoff eine ausreichende Piezoelektrizität bewahrt, selbst wenn er bei hoher Temperatur für einen langen Zeitraum belassen wird, und in geeigneter Weise in einer Anwendung verwendet werden kann, die Wärmebeständigkeit erfordert.
Es gibt keine besondere Beschränkung für den Gehalt der Partikel im Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion, und er kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Der Gehalt ist bevorzugt 5 Gew.% oder mehr. Falls der Gehalt weniger als 5 Gew.% ist, kann der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion unzureichende piezoelektrische Wandlungseigenschaften aufweisen.
– Matrixmaterial –
Es gibt keine besondere Beschränkung für das Matrixmaterial, und es kann gemäß den Zwecken in geeigneter Weise ausgewählt werden. Beispiele für das Matrixmaterial schließen Harze, Kautschuk, thermoplastisches Elastomer und dgl. ein.
Es gibt keine besondere Beschränkung für die Harze, und sie können in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele für die Harze schließen ein thermoplastisches Harz, ein wärmehärtendes Harz, ein lichthärtendes Harz und dgl. ein. Darunter ist das thermoplastische Harz bevorzugt. Diese können entweder allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehreren verwendet werden. Ein Weichmacher kann zum Harz hinzugegeben werden, um die Flexibilität der Verbundwerkstoffs für die piezoelektrische Transduktion einzustellen.
Spezifische Beispiele für die Harze schließen ein: Polyvinylchlorid, chloriertes Polypropylen, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat, Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymer, Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer, Acryl-Vinylchlorid-Copolymer, Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, chloriertes Vinylchlorid und dgl.
Es gibt keine besondere Beschränkung für den Kautschuk, und er kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele für den Kautschuk schließen Naturkautschuk, synthetischen Kautschuk und dgl. ein. Diese können allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehreren verwendet werden.
Spezifische Beispiele für den Kautschuk schließen Naturkautschuk, modifizierten Naturkautschuk, gepfropften Naturkautschuk, cyclisierten Naturkautschuk, chlorierten Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, carboxylierten Nitril-Kautschuk, Mischung aus Nitril-Kautschuk/chloriertem Harz, Mischung aus Nitril-Kautschuk/EPDM-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, bromierten Butyl-Kautschuk, chlorierten Butyl-Kautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk, Acryl-Kautschuk, Ethylen-Acryl-Kautschuk, chlorsulfoniertes Polyethylen, chloriertes Polyethylen, Epichlorhydrin-Kautschuk, Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Kautschuk, Methylsilicon-Kautschuk, Vinyl-Methylsilicon-Kautschuk, Phenyl-Methylsilicon-Kautschuk, fluorierten Silicon-Kautschuk und dgl. ein.
Es gibt keine besondere Beschränkung für das thermoplastische Elastomer, und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele für das thermoplastische Elastomer schließen thermoplastisches Polystyrol-Elastomer, thermoplastisches Polyvinylchlorid-Elastomer, thermoplastische Polyolefin-Elastomer, thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, thermoplastisches Polyester-Elastomer, thermoplastisches Polyamid-Elastomer, thermoplastisches Vinylchlorid-Elastomer, thermoplastisches fluoriertes Kautschuk-Elastomer, thermoplastisches Polyethylenchlorid-Elastomer und dgl. ein. Diese können entweder allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehreren verwendet werden.
Das Matrixmaterial enthält bevorzugt ein leitfähiges Material in der Hinsicht, daß das leitfähige Material wirksam die elektrische Energie weiterleitet, die aus Schwingungsenergie durch die Domäne gewandelt wird, die Piezoelektrizität aufweist und aus dem Material für die piezoelektrische Transduktion gebildet ist.
Es gibt keine besondere Beschränkung für das leitfähige Material, und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Geeignete Beispiele für das leitfähige Material schließen feine leitfähige Teilchen, leitfähigen Füllstoff und dgl. ein. Diese können entweder allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehreren verwendet werden.
Beispiele für die leitfähigen feinen Teilchen schließen feine metallische Teilchen, feine Halbleiterteilchen, Ruß, Fulleren, Kohlenstoff-Nanoröhren und dgl. ein.
Beispiele für die feinen metallischen Teilchen schließen feine Teilchen aus Metall wie Kupfer, Eisen, Nickel oder dgl., Legierung und dgl. ein.
Geeignete Beispiele für die feinen Halbleiterteilchen schließen metallisches Oxid wie Kieselerde, Aluminiumoxid oder dgl. ein.
Es gibt keine besondere Beschränkung für den Gehalt des leitfähigen Materials im Matrixmaterial und er kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Der Gehalt des leitfähigen Materials ist bevorzugt 5 bis 50 Gew.%.
Falls der Gehalt außerhalb des obigen Bereiches liegt, mag die elektrische Energie unzureichend gewandelt werden.
Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise auf verschiedenen Gebieten verwendet werden. Er kann insbesondere bevorzugt als Dämpfungsmaterial verwendet werden.
Das Matrixmaterial im Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion nimmt äußere Schwingungsenergie als Verformung auf, die Verformung des Matrixmaterials wird als Verformung durch das Material für die piezoelektrische Transduktion aufgenommen, das eine Komponente einer Domäne ist, die Piezoelektrizität aufweist, wird in Elektrizität umgewandelt und dann als Joulesche Wärme dissipiert. Als Ergebnis kann der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung effizient äußere Schwingungsenergie absorbieren.
Hinsichtlich der Maximierung der Dämpfungseigenschaften erfüllt der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion, wenn er als Dämpfungsmaterial verwendet wird, bevorzugt die folgende Beziehung: R ≈ 1/ωCerfüllt, worin „ω" die Schwingungsfrequenz darstellt, die reduziert werden soll, „C" die Kapazität der Domäne darstellt, die Piezoelektrizität aufweist, und „R" den elektrischen Widerstand des Matrixmaterials darstellt.
(Verfahren zur Herstellung eines Materials für die piezoelektrische Transduktion)
Ein Beispiel für ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Materials für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung ist in den 6A bis 6D gezeigt. Das Verfahren schließt zum Beispiel einen Schritt der Bildung einer Domäne und einen Schritt der Dispergierung der Domäne ein. Das Verfahren zur Herstellung des Materials für die piezoelektrische Transduktion kann ferner andere, in geeigneter Weise ausgewählte Schritte nach Bedarf einschließen.
Ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des Material für die piezoelektrische Transduktion ist in den 6A bis 6D gezeigt. Wie später beschrieben wird, entsprechen "Anwendung und Trocknung", "Orientierung", "Filmhärtung" und "Spaltung" in den 6A bis 6D dem Schritt der Bildung einer Domäne, und "dispergiert in Kautschukmatrix" entspricht dem Schritt des Dispergierens der Domäne.
Der Schritt der Bildung einer Domäne dient zur Bildung einer Domäne, die Piezoelektrizität aufweist.
Der Schritt der Bildung einer Domäne wird durch Schneiden eines Formkörpers aus dem Material für die piezoelektrische Transduktion durchgeführt, um Partikel aus dem Formkörper bereitzustellen.
Es gibt keine besondere Beschränkung für das Verfahren zur Bildung des Formkörpers, und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Beispiele für das Verfahren zur Bildung des Formkörpers schließen das Streichen, Formgießen (einschließlich Formen) und Preßformen des Material für die piezoelektrische Transduktion ein.
Es gibt keine besondere Beschränkung für das Verfahren zum Streichen des Materials für die piezoelektrische Transduktion, und es kann in geeigneter Weise aus den bekannten Streichverfahren ausgewählt werden. Beispiele für das Verfahren zum Streichen schließen das Rotationsbeschichtungsverfahren, das Rollrakelstreichverfahren, das Kneter-Beschichtungsverfahren, das Florstreichverfahren, das Rakelstreichverfahren und dgl. ein. Das Material für die piezoelektrische Transduktion wird bevorzugt auf eine geriebene Oberfläche aufgetragen. Es gibt keine besondere Beschränkung für das Verfahren zur Bildung der geriebenen Oberfläche und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden.
Beim Auftragen des Materials für die piezoelektrische Transduktion kann ein Lösungsmittel verwendet werden. Es gibt keine besondere Beschränkung für das Lösungsmittel und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Das Lösungsmittel kann entweder allein oder in einer Kombination aus zwei oder mehreren Typen verwendet werden.
Das Verfahren zum Formgießen des Materials für die piezoelektrische Transduktion ist nicht besonders beschränkt, und es kann in geeigneter Weise aus den bekannten Verfahren gemäß der Aufgabe ausgewählt werden. Beispiele für das Formgießverfahren (Formen) schließen das Formpressen, das Spritzpressen, das Spritzgießen, das Pulverformen, das Rotationsformen, das Blasformen, das Spritzblasen, das Extrusionsblasen, das Strangpressen, das Kalanderformen, das Wärmeformen, das Druckformen, das Preßspritzen, das Pastenformen, das Vakuumformen, das Schäumen, das Laminierungsformen und dgl. ein.
Das Verfahren zum Preßformen ist nicht spezifisch beschränkt und kann gemäß der Aufgabe aus den bekannten Verfahren in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Das Verfahren zur Orientierung ist nicht besonders beschränkt und kann gemäß der Aufgabe ausgewählt werden. Beispiele schließen eine Polungsbehandlung und dgl. ein.
Die Polungsbehandlung ist nicht spezifisch beschränkt und kann in geeigneter Weise gemäß der Aufgabe ausgewählt werden. In einem Beispiel wird ein geformter Körper aus einem Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion auf einer Heizplatte fixiert, eine Wolframnadel wird in einem geeignet ausgewählten Abstand von dem geformten Körper plaziert, und eine beliebige Spannung wird an die Wolframnadel angelegt, um die Behandlung durchzuführen. In diesem Beispiel ist es bevorzugt, die Temperatur des geformten Körpers bei oder oberhalb des Erweichungspunktes des geformten Körpers zu halten.
Der Schritt des Dispergierens der Domäne dient zum Dispergieren der Partikel ("Splits").
Es gibt keine besondere Beschränkung für das Verfahren zum Dispergieren der Partikel im Matrixmaterial, und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden. Das Verfahren zum Dispergieren der Partikel wird bevorzugt durch Auflösen oder Dispergieren des Matrixmaterials im Lösungsmittel, durch Dispergieren der Partikel im Lösungsmittel, in dem das Matrixmaterial bereits gelöst oder dispergiert ist, und durch anschließendes Filmbilden der Dispersion, indem das Matrixmaterial und die Partikel dispergiert sind, durchgeführt. Es gibt keine besondere Beschränkung für das Verfahren zur Filmbildung und es kann in geeigneter Weise zweckgemäß ausgewählt werden.
Wie oben beschrieben kann der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion effizient hergestellt werden.
Der Schritt der Bildung der Domäne und der Schritt des Dispergierens der Domäne werden unter Bezugnahme auf die 6A bis 6D beschrieben. Die 6A bis 6D beschreiben ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Filmpartikel. 6A zeigt ein Filmpartikel 10, das eine Mehrzahl von flüssigkristallinen Hauptkettenpolymeren 30 aufweist. Bezugnehmend auf 6B wird die Mehrzahl der flüssigkristallinen Hauptkettepolymere 30 ausgerichtet, und dann wird die Mehrzahl der flüssigkristallinen Hauptkettenpolymere 30 wie in 6C gezeigt gehärtet. Danach wird das Filmpartikel 10 wie in 6D gezeigt zerschnitten. Die so zerschnittenen Filmpartikel werden in einer Kautschukmatrix dispergiert.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschränkt.
(Herstellungsbeispiel 1)
– Herstellung von Material für das piezoelektrische Material –
– Synthese des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers –
137 Gew.-Teile 4-Acetoxybenzoesäure, 63 Gew.-Teile 6-Acetoxy-2-naphthoesäure und 0,01 Gew.-Teile Kaliumacetat wurden in einen Reaktionsbehälter gegeben, dessen Temperatur dann unter Rühren auf 150°C erhöht wurde, und wurden dadurch vollständig stickstoffsubstituiert. Die Temperatur wurde dann weiter unter Rühren auf 300°C erhöht, und der Druck im Reaktionsbehälter wurde allmählich reduziert, während neu erzeugte Essigsäure entfernt wurde. Im obigen Zustand wurde für 1 Stunde gerührt. Dadurch wurde ein durch die folgende Formel (1) dargestelltes flüssigkristallines Hauptkettenpolymer A synthetisiert.
Eine kleine Menge des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers A wurde zwischen zwei Glasplatten gegeben. Die Temperatur, bei der die Erweichung begann, wurde unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops unter Erwärmen beobachtet und wurde zu ca. 310°C festgestellt.
Das Verhältnis von m zu n in der folgenden Formel (1) betrug m:n = 73:27.
Formel (1)
– Polungsbehandlung –
Das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer A wurde auf eine Dicke von ca. 200 μm gepreßt, um eine Probenbahn A herzustellen. Die Probenbahn A wurde auf einer Heizplatte fixiert. Eine Wolframnadel wurde 1,5 cm oberhalb der oberen Oberfläche der Probenbahn A plaziert, und eine Spannung von 9,5 kV wurde an die Wolframnadel angelegt, um eine Korona-Polungsbehandlung bereitzustellen. Dadurch wurde ein bahnförmiges Material für die piezoelektrische Transduktion A hergestellt. Während der Korona-Polungsbehandlung wurde die Temperatur der Probenbahn A auf 320°C gehalten.
Die Piezoelektrizität α des Materials für die piezoelektrische Transduktion A bei Raumtemperatur vor dem Erwärmen wurde mit einem d33-Meßgerät gemessen und zu 5,8 pC/N festgestellt. Die Piezoelektrizität β des Materials für die piezoelektrische Transduktion A wurde bei Raumtemperatur in der gleichen Weise nach Erwärmen für 7 Tage auf 85°C gemessen. Die Piezoelektrizität β betrug 5,8 pC/N. Gemäß den Messungen von α und β wurde die Abklingrate ((Piezoelektrizität α – Piezoelektrizität β)/Piezoelektrizität α) des Material für die piezoelektrische Transduktion A berechnet. Die Abklingrate betrug 0.
(Herstellungsbeispiel 2)
– Herstellung von Material für das piezoelektrische Material –
– Synthese des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers –
137 Gew.-Teile 4-Acetoxybenzoesäure, 63 Gew.-Teile 6-Acetoxy-2-naphthoesäure und 0,01 Gew.-Teile Kaliumacetat wurden in einen Reaktionsbehälter gegeben, dann wurde die Temperatur unter Rühren auf 150°C erhöht, und sie wurden dann vollständig stickstoffsubstituiert. Die Temperatur wurde dann weiter unter Rühren auf 250°C erhöht, und der Druck im Reaktionsbehälter wurde allmählich reduziert, während neu erzeugte Essigsäure entfernt wurde. Im obigen Zustand wurde für 3 Stunden gerührt. Dadurch wurde ein durch die folgende Formel (1) dargestelltes flüssigkristallines Hauptkettenpolymer B synthetisiert.
Eine kleine Menge des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers B wurde zwischen zwei Glasplatten bereitgestellt. Die Temperatur, bei der die Erweichung begann, wurde unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops unter Erwärmen beobachtet und wurde zu 240°C festgestellt.
Das Verhältnis von m zu n in der folgenden Formel (1) betrug m:n = 73:27.
Formel (1)
In der gleichen Weise wie im Herstellungsbeispiel 1 wurde das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer B zur Herstellung einer Probenbahn B verwendet (Dicke ca. 200 μm). Die Korona-Polungsbehandlung wurde an der Probenbahn B durchgeführt, und ein bahnförmiges Material für die piezoelektrische Transduktion B wurde hergestellt. Während der Korona-Polungsbehandlung wurde die Temperatur der Probenbahn B auf 260°C gehalten.
Piezoelektrizitätswerte des Materials für die piezoelektrische Transduktion B wurden in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 gemessen. Die Piezoelektrizität α betrug 1,2 pC/N, und die Piezoelektrizität β betrug 1,1 pC/N. Gemäß den Messungen von α und β wurde die Abklingrate ((Piezoelektrizität α – Piezoelektrizität β)/Piezoelektrizität α) des Materials für die piezoelektrische Transduktion B berechnet. Die Abklingrate betrug 0,08.
Herstellungsbeispiel 3
– Herstellung von Material für das piezoelektrische Material –
– Synthese von flüssigkristallinem Hauptkettenpolymer –
137 Gew.-Teile 4-Acetoxybenzoesäure, 63 Gew.-Teile 6-Acetoxy-2-naphthoesäure und 0,01 Gew.-Teile Kaliumacetat wurden in einen Reaktionsbehälter gegeben, dann wurde die Temperatur auf 150°C unter Rühren erhöht, und dann wurden sie vollständig stickstoffsubstituiert. Dann wurde die Temperatur weiter auf 280°C unter Rühren erhöht, und der Druck im Reaktionsbehälter wurde allmählich reduziert, während neu erzeugte Essigsäure entfernt wurde. Im obigen Zustand wurde für 1,5 Stunden gerührt. Dadurch wurde ein durch die folgende Formel (1) dargestelltes flüssigkristallines Hauptkettenpolymer C synthetisiert.
Eine kleine Menge des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers C wurde zwischen zwei Glasplatten bereitgestellt. Die Temperatur, bei der die Erweichung begann, wurde unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops unter Erwärmen beobachtet und zu 270°C festgestellt.
Das Verhältnis von m zu n in der folgenden Formel (1) betrug m:n = 73:27.
Formel (1)
In der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 wurde das flüssigkristalline Hauptkettepolymer C zur Herstellung einer Probenbahn C verwendet (Dicke ca. 200 μm). Die Korona-Polungsbehandlung wurde an der Probenbahn C durchgeführt, und ein bahnförmiges Material für die piezoelektrische Transduktion C wurde hergestellt. Während der Korona-Polungsbehandlung wurde die Temperatur der Probenbahn C auf 280°C gehalten.
Piezoelektrizitätswerte des Material für die piezoelektrische Transduktion C wurden in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 gemessen. Die Piezoelektrizität α betrug 7,4 pC/N und die Piezoelektrizität β betrug 7,2 pC/N. Gemäß den Messungen von α und β wurde die Abklingrate ((Piezoelektrizität α – Piezoelektrizität β)/Piezoelektrizität α) des Materials für die piezoelektrische Transduktion C berechnet. Die Abklingrate betrug 0,03.
(Herstellungsbeispiel 4)
– Herstellung von Material für das piezoelektrische Material –
– Synthese von flüssigkristallinem Hauptkettenpolymer –
137 Gew.-Teile 4-Acetoxybenzoesäure, 63 Gew.-Teile 6-Acetoxy-2-naphthoesäure und 0,01 Gew.-Teile Kaliumacetat wurden in einen Reaktionsbehälter gegeben, dann wurde die Temperatur unter Rühren auf 150°C erhöht, und sie wurden dann vollständig stickstoffsubstituiert. Die Temperatur wurde dann weiter auf 290°C unter Rühren erhöht, und der Druck im Reaktionsbehälter wurde allmählich reduziert, während neu erzeugte Essigsäure entfernt wurde. Im obigen Zustand wurde für 1 Stunde gerührt. Dadurch wurde ein durch die folgende Formel (1) dargestelltes flüssigkristallines Hauptkettenpolymer D synthetisiert.
Eine kleine Menge des flüssigkristallinen Hauptkettenpolymers D wurde zwischen zwei Glasplatten bereitgestellt. Die Temperatur, bei der die Erweichung begann, wurde unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops unter Erwärmen beobachtet und zu 285°C festgestellt.
Das Verhältnis von m zu n in der folgenden Formel (1) betrug m:n = 73:27.
Formel (1)
In der gleichen weise wie in Herstellungsbeispiel 1 wurde das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer D zur Herstellung einer Probenbahn D (Dicke ca. 200 μm) verwendet. Die Korona-Polungsbehandlung wurde an der Probenbahn D durchgeführt, und ein bahnförmiges Material für die piezoelektrische Transduktion D wurde hergestellt. Während der Korona-Polungsbehandlung wurde die Temperatur der Probenbahn D auf 295°C gehalten.
Piezoelektrizitätswerte für das Material für die piezoelektrische Transduktion D wurden in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 gemessen. Die Piezoelektrizität α betrug 9,5 pC/N und die Piezoelektrizität β betrug 9,4 pC/N. Gemäß den Messungen von α und β wurde die Abklingrate ((Piezoelektrizität α – Piezoelektrizität β)/Piezoelektrizität α) des Materials für die piezoelektrische Transduktion D wurde berechnet. Die Abklingrate betrug 0,01.
(Beispiel 1)
Eine aromatische flüssigkristalline Polymerfaser (Vectran^®: erhältlich von KURARAY Co. Ltd.) wurde auf eine Länge von 5 mm im Durchschnitt geschnitten, um die Fadenartikel der Domäne zu bilden, die die Piezoelektrizität aufweist, ausgedrückt durch die folgende Formel (1). Die so erhaltenen Fadenpartikel wurden als Domäne verwendet. 50 Gew.-Teile Ruß (SEAST 3HAF: erhältlich von Tokai Carbon Co., Ltd.), 1 Gew.-Teil Stearinsäure, 1 Gew.-Teil Schmiermittel (GREG G8205: erhältlich von DAINIPPON INK AND CHEMICALS INCORPORATED), 2 Gew.-Teile Antioxidans (NOCRAC White: erhältlich von OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL Co., Ltd.) und 1,5 Gew.-Teile Härter (VULNOC AB: erhältlich von OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL Co., Ltd.) wurden zu 100 Gew.-Teilen Acrylkautschuk (Nipol AR31: erhältlich von ZEON CORPORATION) gegeben und dann für 8 Stunden bei 170°C vermischt, um das Matrixmaterial herzustellen. Das Matrixmaterial und die Fadenpartikel wurden vermischt und preßgeformt, um einen bahnförmigen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (1) zu erhalten. Der Gehalt der Fadenpartikel im Verbundmaterial für die piezoelektrische Transduktion (1) betrug 13 Gew.%.
Die Auswertung des Verlustfaktors und der Abklingrate des bahnförmigen Verbundwerkstoffs für die piezoelektrische Transduktion (1), der so erhalten wurde, wurde wie nachfolgend beschrieben durchgeführt.
(Formel 1)
<Messung des Verlustfaktors>
Der so erhaltene bahnförmige Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (1) wurde hinsichtlich der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des Cantilever-Verfahrens, angegeben durch JIS G0602, untersucht. Das Ergebnis ist in 7A gezeigt. Die Bahn wurde auch hinsichtlich einer Beziehung zwischen der Antiresonanzsequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des zentralen Anregungsverfahrens, angegeben durch JIS G0602, untersucht. Das Ergebnis ist in 7B gezeigt.
(Beispiel 2)
Ein bahnförmiger Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (2) wurde in der gleichen weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die aromatische flüssigkristalline Polymerfaser (Vectran^®: erhältlich von KURARAY Co., Ltd.) durch das Material für die piezoelektrische Transduktion A (geschnitten und gespalten zu Fadenpartikeln mit einer durchschnittlichen Länge von 5 mm) ersetzt wurde. Der so erhaltene bahnförmige Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (2) wurde hinsichtlich der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des Cantilever-Verfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 8A gezeigt. Die Bahn wurde auch hinsichtlich einer Beziehung zwischen der Antiresonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des zentralen Anregungsverfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 8B bezeigt.
(Beispiel 3)
Ein bahnförmiger Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (3) wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die aromatische flüssigkristalline Polymerfaser (Vectran^®: erhältlich von KURARAY Co., Ltd.) durch das Material für die piezoelektrische Transduktion B (geschnitten und gespalten zu Fadenpartikeln mit einer durchschnittlichen Länge von 5 mm) ersetzt wurde. Der so erhaltene bahnförmige Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (3) wurde hinsichtlich einer Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des Cantilever-Verfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 9A gezeigt. Die Bahn wurde auch hinsichtlich der Beziehung zwischen der Antiresonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des zentralen Anregungsverfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 9B gezeigt.
(Beispiel 4)
Ein bahnförmiger Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (4) wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß die aromatische flüssigkristalline Polymerfaser (Vectran^®: erhältlich von KURARAY Co., Ltd.) durch das Material für die piezoelektrische Transduktion C (geschnitten und gespalten zu Fadenpartikeln mit einer durchschnittlichen Länge von 5 mm) ersetzt wurde. Der so erhaltene bahnförmige Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (4) wurde hinsichtlich der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des Cantilever-Verfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 10A gezeigt. Die Bahn wurde auch hinsichtlich der Beziehung zwischen der Antiresonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des zentralen Anregungsverfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 10B gezeigt.
(Beispiel 5)
Ein bahnförmiger Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (5) wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die aromatische flüssigkristalline Polymerfaser (Vectran^®: erhältlich von KURARAY Co., Ltd.) durch das Material für die piezoelektrische Transduktion D (geschnitten und gespalten zu Fadenpartikeln mit einer durchschnittlichen Länge von 5 mm) ersetzt wurde. Der so erhaltene bahnförmige Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion (5) wurde hinsichtlich der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des Cantilever-Verfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 11A gezeigt. Die Bahn wurde auch hinsichtlich der Beziehung zwischen der Antiresonanzfrequenz (Hz) und dem Verlustfaktor auf Basis des zentralen Anregungsverfahrens untersucht. Das Ergebnis ist in 11B gezeigt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein bahnförmiges Material wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß die Fadenpartikel nicht verwendet wurden. Der Verlustfaktor des bahnförmigen Materials von Vergleichsbeispiel 1 wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 7A bis 11B gezeigt.
Wie in den 7A bis 11B gezeigt wird, wurde deutlich festgestellt, daß die bahnförmigen Verbundwerkstoffe für die piezoelektrische Transduktion der Beispiele 1 bis 5 als Dämpfungsmaterial wirken. Zusätzlich wurde festgestellt, daß diese Verbundwerkstoffe für die piezoelektrische Transduktion eine stabile Piezoelektrizität selbst bei Aufbewahrung bei hoher Temperatur für einen langen Zeitraum bewahren.
Die vorliegende Erfindung löst verschiedene Probleme im Stand der Technik und stellt einen Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion bereit, der in geeigneter Weise auf verschiedenen Gebieten als Dämpfungsmaterial oder dgl. verwendet werden kann, ausreichende piezoelektrische Eigenschaften bei Lagerung selbst bei hoher Temperatur für einen langen Zeitraum bewahrt und in geeigneter Weise auf den Gebieten verwendet werden kann, die Wärmebeständigkeit erfordern. Der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion der vorliegenden Erfindung absorbiert äußere Schwingung oder dgl. als Verformungsarbeit, wandelt die Verformungsarbeit effizient zu Elektrizität um und kann die Elektrizität als Wärme dissispieren, indem ein Material für die piezoelektrische Transduktion verwendet wird, das eine ausgezeichnete Massenproduktion bei geringen Kosten und Handhabungen hat.

Claims

Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion, umfassend: eine Domäne, die Piezoelektrizität in einem Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs für die piezoelektrische Transduktion aufweist, worin die Domäne aus Partikeln („Splits") gebildet ist, von denen jedes durch Schneiden eines Formkörpers aus einem Material für die piezoelektrische Transduktion gebildet ist, das ein flüssigkristallines Hauptkettenpolymer enthält, worin die Partikel zumindest ein Vertreter sind, der aus Fadenpartikeln, Filmpartikeln und körnigen Partikeln ausgewählt ist, und worin die Richtungen der dielektrischen Polarisation der Partikel die gleichen sind.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer eine Struktureinheit mit einer zyklischen Gruppe als Wiederholeinheit enthält.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, worin das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer wenigstens eines ist, das aus Polyestern ausgewählt ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, worin das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer wenigstens eines ist, das aus aromatischen Polymeren ausgewählt ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 4, worin das aromatische Polymer wenigstens eines ist, das aus aromatischen Polyestern ausgewählt ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 5, worin der aromatische Polyester wenigstens einen Vertreter, der aus aromatischem Diol, aromatischer Dicarbonsäure und aromatischer Hydroxycarbonsäure ausgewählt ist, als Monomereinheit des aromatischen Polyesters aufweist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 4, worin das aromatische Polymer eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Struktur enthält:
Formel (1) worin m und n jeweils den Polymerisationsgrad ausdrücken.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das flüssigkristalline Hauptkettenpolymer eine maximale Polarisierbarkeit in einer Richtung parallel zu seiner Hauptkette hat.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Material für die piezoelektrische Transduktion ferner ein Polymer zur Adhäsion enthält.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin die Partikel Fadenpartikel sind und jedes der Fadenpartikel den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge hat und aus dem gleichen Material gebildet ist
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin die Partikel Fadenpartikel sind und zumindest ein Vertreter aus dem Durchmesser, der Länge und dem Material für jedes der Fadenpartikel verschieden ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin die Partikel Filmpartikel sind und jedes der Filmpartikel die gleiche Fläche und Dicke hat und aus dem gleichen Material gebildet ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin die Partikel Filmpartikel sind und wenigstens ein Vertreter aus der Fläche, der Dicke und dem Material für jedes der Filmpartikel verschieden ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 1, worin die Partikel und die Matrix die gleichen Elastizitätsmoduln haben.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, worin das Matrixmaterial ein leitfähiges Material enthält.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 15, worin das leitfähige Material aus leitfähigen feinen Partikeln und leitfähigem Füllstoff ausgewählt ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 16, worin die leitfähigen feinen Partikel aus metallischen feinen Partikeln, feinen Halbleiterpartikeln, Ruß, Fulleren und Kohlenstoffnanoröhren ausgewählt sind.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, worin das Matrixmaterial aus einem Harz, einem Kautschuk und einem thermoplastischen Elastomer ausgewählt ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, worin die Abklingrate der Domäne 0,1 oder weniger ist und die Abklingrate als: ((Piezoelektrizitätα-Piezoelektrizitätβ)/Piezoelektrizitätα) definiert ist, worin „α" die Piezoelektrizität der Domäne bei Raumtemperatur vor dem Erwärmen ausdrückt und „β" die Piezoelektrizität der Domäne bei Raumtemperatur nach sieben Tagen kontinuierlichen Erwärmens auf 85°C ausdrückt.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, worin der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion ein Dämpfungsmaterial ist.
Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion gemäß Anspruch 20, worin der Verbundwerkstoff für die piezoelektrische Transduktion die Beziehung: R ≈ 1/ωCerfüllt, worin „ω" die Schwingungsfrequenz ausdrückt, die reduziert werden soll, „C" die Kapazität der Domäne ausdrückt, die Piezoelektrizität aufweist, und „R" den elektrischen Widerstand des Matrixmaterials ausdrückt.