[发明专利]一种衣康酸酯/异戊二烯共聚物型复合材料及作为介电弹性体的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于介电弹性体的衣康酸酯/异戊二烯共聚物型复合材料。特别涉及一种小驱动电压下产生大电致形变的衣康酸酯/异戊二烯共聚物介电弹性体复合材料，属于复合材料技术领域。

背景技术

介电弹性体是一种典型的电活性聚合物，在外加电场的作用下，介电弹性体可以产生驱动应变。并具有能量密度高，响应时间短，柔性好，有很高的电能机械能转换效率的特点。介电弹性体在人工肌肉，能量转换，航空航天，生物医用等领域有广阔的应用前景。自从Ron Pelrine等在“High-Speed Electrically Actuated Elastomers with Strain Greater Than 100％,‘Science’2000，287:836-839”报道了应变大于100％的高速电驱动弹性体，发现由涂覆在两个柔性电极间的弹性体薄膜组成的驱动器，相比于其它电活性驱动器具有更好的电驱动性能，被认为是新一代的电活性驱动器。近年，介电弹性体的开发和应用已成为热点。但是目前大型介电弹性体驱动器产品的开发和应用还有很多待解决的问题，首先是加工技术及装置，如针对产生高电致形变的预应变设备；其次是安全因素，一般需要在高电压下产生大形变，而高电压对人类有较大危险性；还有介电弹性体的质量，如弹性体内部的缺陷等导致其随着面积增加电性能或者力学性能的失效。以上因素极大限制了介电弹性体驱动器的发展。F.Car等在“Stretch Dielectric Elastomer Performance，‘Science’2010，330:1959-1761”中详述了介电弹性体当前发展的问题及解决途径。当前要从材料角度设计新材料降低驱动电压，也就是说尽可能的提高介电弹性体材料在较低驱动电压下产生较大驱动形变。

近年来介电弹性体得到了广泛的关注和研究，如硅橡胶、聚氨酯弹性体、异戊橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁腈橡胶、聚酯橡胶等等。其中研究最为广泛和最有前景的是硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯弹性体等。3M公司生产的VHB系列弹性体，基体为丙烯酸酯橡胶，能量密度高，在高度预应变条件下其电致形变量可超过380％。硅橡胶作为介电弹性体有许多优良的性能，其粘弹性低于丙烯酸酯橡胶，在高频下损耗低。硅橡胶玻璃化转变温度低，可以在很大的温度范围下使用。在预应变下能产生超过100％的形变，低于丙烯酸酯橡胶。但是硅橡胶的介电常数偏低，需要在很高的电压下才能产生大形变。聚氨酯弹性体由于具有较高的介电常数，驱动效果好，因此得到了比较广泛的研究，但是其最大电致形变低限制了聚氨酯介电弹性体的应用。

高性能介电弹性体的制备需综合性能优异的介电弹性体，而电能机械能转换的本质是由介电性能控制的，所以制备高性能介电弹性体以提高介电性能为主。通过填充高介电填料得到介电弹性体复合材料可大幅度提高介电弹性体的介电性能。基于固体或液体填料在弹性体中的分散，高介电无机填料(如铌镁酸铅、钛酸钡等)填充橡胶基体可以将硅橡胶基体的介电常数提高数倍甚至更大。但是陶瓷填料的刚性大，会降低材料的柔性和韧性，不利于提高材料的应变响应和驱动响应。而导电填料填充和有机填料填充可以在接近愈渗值时产生较大的介电常数，填料用量小，可获得高介电常数低模量介电弹性体。通过电场固化填充介电弹性体复合材料，使材料内部极性基团取向，极化程度增加可进一步增大介电常数。新的填料和新的制备方法是获得高介电常数的有效方法。另外开发新的弹性体是介电弹性体发展的另一趋势，由张立群等人开发的聚酯介电弹性体可在15.6kV/mm的电压下产生11.9％的电致形变。