[发明专利]一种管道用压电纤维复合材料微驱动器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种管道用压电纤维复合材料微驱动器及其制备方法，微驱动器包括压电纤维层，由层叠的压电陶瓷纤维组成，相邻两片陶瓷纤维之间经压敏胶粘结，胶膜层，涂覆在压电纤维层的上下表面；叉指电极层，贴合在胶膜层的外表面。与现有技术相比，本发明保留较强压电性能，同时具有较高韧性、在安装形变过程中不易开裂损坏的压电纤维复合材料层，能够解决在目前常规的环氧树脂材料在大曲率表面上使用时由于树脂基体韧性不足而导致的传感器本身被破坏的问题，同时可提高较高的压电驱动力。

技术领域

本发明属于智能复合材料领域，尤其是涉及一种管道用压电纤维复合材料微驱动器及其制备方法。

背景技术

管道运输作为现代五大运输方式之一，在资源调配沟通地域方面起着非常重要的作用。在管道上的投资在工程总投资中也占据重大比例。然而近来管道事故频发，对公共安全，经济，环境造成严重危害。从客观角度看，管道跨度大覆盖范围广，服役条件恶劣，损伤相对局部，难以观察诊断，对其的结构健康检测难度很大。管道主要承受静力(少量环境振动)，而环境腐蚀和节点连接强度退化等隐蔽的非破坏性损伤对结构健康造成重大隐患。

因此，以控制激励驱动结构的响应，来获得高信噪比的控制载荷和结构响应信号，并做高精度的系统识别，是切实可行的结构健康检测方法。

常规的压电陶瓷驱动器为平板状结构，无法在大曲率表面与管道进行胶接。而传统的MFC压电陶瓷纤维驱动器为了满足在大曲率表面胶接的需要，首先将陶瓷纤维切割为截面尺寸在0.1～0.5mm的矩形纤维，在纤维缝隙中用热固性树脂(环氧树脂)进行胶接，然后成型。但这种工艺制备的压电器件虽然可以保有原压电陶瓷的传感性能，但由于截面尺寸过小，其驱动效果受到很大影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种管道用压电纤维复合材料微驱动器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种管道用压电纤维复合材料微驱动器，包括：

压电纤维层：由层叠的压电陶瓷纤维组成，相邻两片陶瓷纤维之间经压敏胶粘结，

胶膜层：涂覆在压电纤维层的上下表面；

叉指电极层：贴合在胶膜层的外表面。

所述的压电陶瓷纤维由压电陶瓷片切割得到。

所述的压敏胶为热塑性压敏胶。

所述的热塑性压敏胶包括乙烯-乙酸乙烯(EVA)聚合物树脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)热熔胶、聚酰胺(PA)热熔胶或苯乙烯类热塑性弹性体(SBC)热熔胶等类型,拉伸断裂应变率200％，180℃剥离强度4N·cm，软化温度80℃，优选采用软化温度100℃的压敏胶。

所述的胶膜层为含双氰胺固化剂的环氧结构胶膜层。

所述的叉指电极层由聚酰亚胺薄膜制作，该聚酰亚胺薄膜内侧刻有铜叉指电极。

一种管道用压电纤维复合材料微驱动器的制备方法，采用以下步骤：

(1)利用陶瓷粉体流延成型法烧结得到压电陶瓷片，在压电陶瓷片的上下表面上喷涂压敏胶；

(2)将多个完成涂胶的压电陶瓷片叠层，加热并真空加压胶接形成压电陶瓷叠堆，加热温度为所用压敏胶的软化点以上10℃，真空加压的压力为-0.097～-0.1MPa；

(3)冷却至室温定型后将压电陶瓷叠堆裁剪成薄片形状，形成压电纤维层；

(4)在压电纤维层的上下表面用胶膜胶接叉指电极层，封装成为具有柔性可变形性的压电纤维复合材料微驱动器。

封装完成得到驱动器后，还可以用叉指电极对其进行极化，使极化温度低于环氧胶膜的固化温度。