一種強電荷感應性複合介電彈性體的製備方法與流程
2023-10-26 04:05:37 1
本發明涉及一種強電荷感應性複合介電彈性體的製備方法，屬於介電彈性體製備技術領域。
背景技術：
隨著高新技術的不斷發展，新材料技術已經成為科學家們熱點探索和研究的前沿領域，是現代科技發展的支柱。材料技術是制約所有工程領域發展的關鍵，新材料的創新引領著革命性新技術的出現和發展。其中，電介質材料是諸多新材料中非常重要的一類材料，是人們生活和生產中必須的物質基礎。電介質材料從廣義上來講泛指在電場作用下能建立極化的一切物質。超純半導體材料的發現和化合物半導體材料的研究應用，引發了電子技術的騰飛和集成電路的變革，帶領人們進入信息社會，這是典型的電介質發展應用的結果。介電彈性體在電場作用下可以產生很大的應變。
目前，介電彈性體是科學家最為關注的電子型EAP驅動材料。基於介電彈性體的柔性驅動器有著較大的作用力和形變量、較高的效率和較快的響應速度等特點，且質輕、價廉、噪音小、可塑性強。良好的綜合性能決定了介電彈性體廣泛的應用前景。矽橡膠是一種常用的介電彈性體基體，具有柔性好、彈性模量低、機電響應快、力學性能穩定、生物相容性好等優點，是一種比較理想的介電彈性體基體，但因矽橡膠是非極性分子，存在介電常數低，對電荷感應較弱、力學強度不足等缺點。所以製備一種響應較快，電荷感應性能較強的矽橡膠複合介電彈性體很有必要。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對現有製備的矽橡膠複合介電彈性體，由於矽橡膠為非極性分子，導致複合介電彈性體介電常數低，對電荷感應較弱的問題，提供了一種通過製備磁性水凝膠顆粒，對腐殖酸溶液進行吸附並乾燥，製備富含腐殖酸的凝膠顆粒，由於腐殖酸在反應中提供帶負電的配體，以與帶正電荷的金屬離子絡合，可直接起配體作用，因此可以影響電性，繼而影響矽橡膠介電複合彈性體對電荷的響應速率，有效改善複合介電彈性體介電常數低，對電荷感應較弱的問題。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
（1）稱取0.3～0.5gN,N』-亞甲基雙丙烯醯胺、22～25g（3-丙烯醯胺丙基）三甲基氯化銨和8～10mL去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合25～30min後，對三口燒瓶中添加2～3g納米四氧化三鐵顆粒和1～2g過硫酸鉀，在65～70℃下水浴加熱25～30min後，製備得磁性凝膠液；
（2）將上述製備的磁性凝膠液冷凍乾燥並碾磨，收集得磁性凝膠顆粒，隨後按質量比1:500，將腐殖酸粉末置於去離子水中，攪拌混合併用0.45μm的微孔濾膜過濾，收集濾液製備得腐殖酸溶液，隨後按質量比1:10，將磁性凝膠顆粒與腐殖酸溶液攪拌混合，在室溫下靜置陳化20～24h，隨後過濾並收集濾餅，真空冷凍乾燥製備得腐殖酸吸附凝膠顆粒；
（3）稱取5～8g矽橡膠置於80～100mL四氫呋喃中，攪拌混合併置於燒杯中，對燒杯中添加8～10g上述製備的腐殖酸吸附凝膠顆粒，在200～300W下超聲分散10～15min，製備得基體分散液；
（4）按重量份數計，分別稱量10～15份四氫呋喃、10～15份聚二甲基矽氧烷、35～40份基體分散液和1～2份二月桂酸二丁基錫置於三口燒瓶中，攪拌混合10～15min後，並將其澆注至不鏽鋼模具中，在室溫下靜置固化1～2h後，再在175～180℃、3～5MPa條件下，熱壓處理1～2h，隨後靜置冷卻至室溫，脫模即可製備得強電荷感應性複合介電彈性體。
本發明製備的強電荷感應性複合介電彈性體介電常數穩定性較好，在100Hz下，介電常數可達25.32，且在高頻狀態下，介電損耗為0.2楊氏模量為0.95MPa，拉伸強度為1.58MPa，斷裂伸長率為250.5%。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備的強電荷感應性複合介電彈性體通過腐殖酸吸附凝膠顆粒進行填充，有效提髙了複合材料力學性能，保證了複合材料良好的柔韌性，同時使複合材料在低電壓下能夠獲得高的電致形變；
（2）本發明製備步驟簡單，綠色安全無汙染。
具體實施方式
首先稱取0.3～0.5gN,N』-亞甲基雙丙烯醯胺、22～25g（3-丙烯醯胺丙基）三甲基氯化銨和8～10mL去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合25～30min後，對三口燒瓶中添加2～3g納米四氧化三鐵顆粒和1～2g過硫酸鉀，在65～70℃下水浴加熱25～30min後，製備得磁性凝膠液；將上述製備的磁性凝膠液冷凍乾燥並碾磨，收集得磁性凝膠顆粒，隨後按質量比1:500，將腐殖酸粉末置於去離子水中，攪拌混合併用0.45μm的微孔濾膜過濾，收集濾液製備得腐殖酸溶液，隨後按質量比1:10，將磁性凝膠顆粒與腐殖酸溶液攪拌混合，在室溫下靜置陳化20～24h，隨後過濾並收集濾餅，真空冷凍乾燥製備得腐殖酸吸附凝膠顆粒；稱取5～8g矽橡膠置於80～100mL四氫呋喃中，攪拌混合併置於燒杯中，對燒杯中添加8～10g上述製備的腐殖酸吸附凝膠顆粒，在200～300W下超聲分散10～15min，製備得基體分散液；按重量份數計，分別稱量10～15份四氫呋喃、10～15份聚二甲基矽氧烷、35～40份基體分散液和1～2份二月桂酸二丁基錫置於三口燒瓶中，攪拌混合10～15min後，並將其澆注至不鏽鋼模具中，在室溫下靜置固化1～2h後，再在175～180℃、3～5MPa條件下，熱壓處理1～2h，隨後靜置冷卻至室溫，脫模即可製備得強電荷感應性複合介電彈性體。
實例1
首先稱取0.3gN,N』-亞甲基雙丙烯醯胺、22g（3-丙烯醯胺丙基）三甲基氯化銨和8mL去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合25min後，對三口燒瓶中添加2g納米四氧化三鐵顆粒和1g過硫酸鉀，在65℃下水浴加熱25min後，製備得磁性凝膠液；將上述製備的磁性凝膠液冷凍乾燥並碾磨，收集得磁性凝膠顆粒，隨後按質量比1:500，將腐殖酸粉末置於去離子水中，攪拌混合併用0.45μm的微孔濾膜過濾，收集濾液製備得腐殖酸溶液，隨後按質量比1:10，將磁性凝膠顆粒與腐殖酸溶液攪拌混合，在室溫下靜置陳化20h，隨後過濾並收集濾餅，真空冷凍乾燥製備得腐殖酸吸附凝膠顆粒；稱取5g矽橡膠置於80mL四氫呋喃中，攪拌混合併置於燒杯中，對燒杯中添加8g上述製備的腐殖酸吸附凝膠顆粒，在200W下超聲分散10min，製備得基體分散液；按重量份數計，分別稱量10份四氫呋喃、10份聚二甲基矽氧烷、35份基體分散液和1份二月桂酸二丁基錫置於三口燒瓶中，攪拌混合10min後，並將其澆注至不鏽鋼模具中，在室溫下靜置固化1h後，再在175℃、3MPa條件下，熱壓處理1h，隨後靜置冷卻至室溫，脫模即可製備得強電荷感應性複合介電彈性體。
實例2
首先稱取0.4gN,N』-亞甲基雙丙烯醯胺、23g（3-丙烯醯胺丙基）三甲基氯化銨和9mL去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合27min後，對三口燒瓶中添加2g納米四氧化三鐵顆粒和2g過硫酸鉀，在67℃下水浴加熱27min後，製備得磁性凝膠液；將上述製備的磁性凝膠液冷凍乾燥並碾磨，收集得磁性凝膠顆粒，隨後按質量比1:500，將腐殖酸粉末置於去離子水中，攪拌混合併用0.45μm的微孔濾膜過濾，收集濾液製備得腐殖酸溶液，隨後按質量比1:10，將磁性凝膠顆粒與腐殖酸溶液攪拌混合，在室溫下靜置陳化22h，隨後過濾並收集濾餅，真空冷凍乾燥製備得腐殖酸吸附凝膠顆粒；稱取7g矽橡膠置於90mL四氫呋喃中，攪拌混合併置於燒杯中，對燒杯中添加9g上述製備的腐殖酸吸附凝膠顆粒，在250W下超聲分散12min，製備得基體分散液；按重量份數計，分別稱量12份四氫呋喃、12份聚二甲基矽氧烷、37份基體分散液和2份二月桂酸二丁基錫置於三口燒瓶中，攪拌混合12min後，並將其澆注至不鏽鋼模具中，在室溫下靜置固化2h後，再在177℃、4MPa條件下，熱壓處理2h，隨後靜置冷卻至室溫，脫模即可製備得強電荷感應性複合介電彈性體。
實例3
首先稱取0.5gN,N』-亞甲基雙丙烯醯胺、25g（3-丙烯醯胺丙基）三甲基氯化銨和10mL去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合30min後，對三口燒瓶中添加3g納米四氧化三鐵顆粒和2g過硫酸鉀，在70℃下水浴加熱30min後，製備得磁性凝膠液；將上述製備的磁性凝膠液冷凍乾燥並碾磨，收集得磁性凝膠顆粒，隨後按質量比1:500，將腐殖酸粉末置於去離子水中，攪拌混合併用0.45μm的微孔濾膜過濾，收集濾液製備得腐殖酸溶液，隨後按質量比1:10，將磁性凝膠顆粒與腐殖酸溶液攪拌混合，在室溫下靜置陳化24h，隨後過濾並收集濾餅，真空冷凍乾燥製備得腐殖酸吸附凝膠顆粒；稱取8g矽橡膠置於100mL四氫呋喃中，攪拌混合併置於燒杯中，對燒杯中添加10g上述製備的腐殖酸吸附凝膠顆粒，在300W下超聲分散15min，製備得基體分散液；按重量份數計，分別稱量15份四氫呋喃、15份聚二甲基矽氧烷、40份基體分散液和2份二月桂酸二丁基錫置於三口燒瓶中，攪拌混合15min後，並將其澆注至不鏽鋼模具中，在室溫下靜置固化2h後，再在180℃、5MPa條件下，熱壓處理2h，隨後靜置冷卻至室溫，脫模即可製備得強電荷感應性複合介電彈性體。