[发明专利]一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法。在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；碳基介电弹性体在10¹‐10⁶Hz频率范围内介电常数维持在55以上，介电损耗都能保持在0.1以下；本发明制备的介电弹性体，在宽频范围内保持低介电损耗的同时显著提高了介电常数，可广泛应用于医疗设备、能量储存、仿生材料、航空机械、机器人等领域。

技术领域

本发明涉及一种热塑性弹性体材料，特别是涉及一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法，该碳基介电弹性体是核壳结构的碳系导电填料/热塑性弹性体复合材料。

背景技术

介电弹性体是一种电子活性聚合物，在Maxwell效应的作用下将电能转换成机械能。介电弹性体具有质量轻、电致形变大、质量能量密度高、转换效率高等优点。由于介电弹性体上述的优点，使得它被广泛应用于医疗设备、能量储存、仿生材料、航空机械、机器人等领域。

聚合物具有柔性好，易成型加工等优点。但是聚合物的介电常数通常来说很小，难以达到工程技术要求。因此提高聚合物基体介电常数显得尤为重要，目前主要有两种方法来提高聚合物基体的介电常数：一种是添加高介电常数填料，这种方法虽然能够有效提高材料的介电常数，但由于加入量多，导致材料出现模量增加、缺陷多、击穿强度低等问题；另一种是添加导电填料，此种方法在填料含量很低的情况便能得到很高的介电常数，但是当填料含量超过逾渗阈值时，介电弹性体中的导电填料形成导电通路，介电损耗大幅度增加，电击穿强度大幅度降低。

中国发明专利申请CN104830072A通过改变交联密度，调控高介电半导体填料用量，获得分散良好的氟硅橡胶复合材料。使所得复合材料能够在较少半导体填料填充下，提高介电常数，同时弹性模量没有明显提高，电击穿强度保持不变，最终产生较大的电致形变，但是半导体填料含量较低使得介电常数提高不多。

中国发明专利申请CN103183847A提出在橡胶乳液中加入氧化石墨烯水溶液使氧化石墨烯以分子水平分散在橡胶基体中，采用原位热还原方法将氧化石墨烯还原为石墨烯，形成石墨烯片层包裹乳胶粒子的三维网络结构。此方法降低了弹性体复合材料的逾渗阂值，提高了介电常数，降低了弹性模量，但由于氧化石墨烯在弹性体基体中存在一定团聚现象，介电损耗仍较高，电击穿强度较低。

导电填料填充聚合物基介电弹性体复合材料的相关研究都致力于构成导电填料网络来降低导电填料的逾渗阈值，从获得高介电常数复合材料。但是介电损耗高的问题一直没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法，所得碳基介电弹性体在10¹-10⁶Hz频率范围内介电常数维持在55以上；介电损耗都能保持在0.1以下。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；

所述碳基介电弹性体在10¹-10⁶Hz频率范围内介电常数维持在55以上，介电损耗都能保持在0.1以下；

按质量份数计，所述碳基介电弹性体的原料配方组成为：

塑料连续相 10～80份

壳橡胶 5～80份

壳橡胶交联剂 0.1～5份

壳橡胶交联助剂 0.01～10份