專利名稱：一種聚酯介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚酯介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法。特別是涉及一種在小驅(qū)動(dòng)電壓下可產(chǎn)生大電致形變的聚酯介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
介電彈性體(Dielectric Elastomer, DE)是一種綜合性能優(yōu)異的電活性聚合物， 具有電致變形大、彈性能量密度高、響應(yīng)時(shí)間快(ms)、介電損耗和粘彈滯后損耗小、高轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)，在人工肌肉、生物醫(yī)學(xué)、微型機(jī)器人、平面擴(kuò)音器、假肢器官等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。彈性體具有獨(dú)特的高彈性(反應(yīng)時(shí)間短、粘彈性滯后小)、柔韌性好和高的填充能力，然而大多數(shù)彈性體室溫不結(jié)晶，極性小，介電常數(shù)(O小，對(duì)外電場(chǎng)感應(yīng)較弱，不能直接作為電活性聚合物。為了獲得更大的電致形變，不少研究者通過在彈性體中添加高介電填料(無機(jī)陶瓷填料和導(dǎo)電填料)來提高介電彈性體的介電常數(shù)。陶瓷材料，尤其是馳豫型鐵電陶瓷，具有高介電常數(shù)(高達(dá)幾千)，但是陶瓷材料易脆、電擊穿強(qiáng)度低且機(jī)械性能差， 且通常不能兼容電流電路集成技術(shù)。彈性體加入無機(jī)粒子后，材料的脆性增大，楊氏模量增大明顯，需要在較高電場(chǎng)強(qiáng)度下才能產(chǎn)生形變，明顯限制了其發(fā)展與應(yīng)用，尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，高驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)生物體和設(shè)備都是危險(xiǎn)因素。導(dǎo)電填料達(dá)到一定填充量時(shí)，介電彈性體的介電常數(shù)激增，出現(xiàn)逾滲現(xiàn)象。但是材料的介電損耗也大大增加，這將導(dǎo)致介電彈性體材料的介電強(qiáng)度和電機(jī)轉(zhuǎn)換效率大大降低，從而不利于介電彈性體獲得大的電致形變。中國(guó)專利申請(qǐng)“介電彈性體材料及其制備方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?00810064238. 5) 提出了采用馳豫型鐵電陶瓷材料和硅橡膠溶液混合制成介電彈性體，其介電常數(shù)可以達(dá)到 80 360。美國(guó)賓州大學(xué)將鈮鎂酸鉛(PMN-PT)陶瓷粉末通過溶液法添加到聚二氟乙烯-聚三氟乙烯P (VDF-TrFE)中，當(dāng)陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為50 %時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)可以高達(dá) 200。但是陶瓷粉末和橡膠基體之間的相容性差，大量陶瓷粉末的加入使得復(fù)合材料的模量大大增加，損耗了材料的韌性，需要很高的驅(qū)動(dòng)電壓才可以獲得大的電致形變。中國(guó)專利申請(qǐng)“含有碳納米管的高介電復(fù)合材料及其制備方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?03104776. 9)提出了采用碳納米管CNT、鈦酸鋇BaTiO3和有機(jī)聚偏氟乙烯(PVDF)制成的復(fù)合材料，其介電常數(shù)可以高達(dá)450。中國(guó)專利申請(qǐng)“新型高介電常數(shù)無機(jī)/有機(jī)三元復(fù)合材料及其制備方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?2131239. 7)采用無機(jī)材料鎳和鈦酸鋇和有機(jī)材料聚偏氟乙烯混合熱壓成的復(fù)合材料。具有高于800以上的介電常數(shù)。但是由于介電常數(shù)的提高主要是依賴于鈦酸鋇的填充并且碳納米管或金屬鎳的體積用量必須控制在一定范圍內(nèi)。否則當(dāng)復(fù)合材料的導(dǎo)電率增大到大于復(fù)合材料的滲流閾值，復(fù)合材料發(fā)生絕緣體向?qū)w的轉(zhuǎn)變，電擊穿強(qiáng)度會(huì)大大降低。Hristiyan Moyanov在SEBS-g-MA基體中添加導(dǎo)電性聚苯胺， 可以將介電常數(shù)提高至1000多，但是介電損耗急劇增加，這將大大減少電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換效率。 其最大電致形變?yōu)? %，驅(qū)動(dòng)電壓卻高達(dá)90kv/mm。本發(fā)明的申請(qǐng)人在“一種高介電低模量介電彈性體材料及其制備方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?01010222160. 2)中公開了采用高介電液體提高介電彈性體材料的介電常數(shù)，同時(shí)降低彈性模量的方法，可以提高介電彈性體的電致形變。但是介電液體的添加有限，當(dāng)添加量超過橡膠基體的最大吸收量時(shí)，介電液體會(huì)溢出，不利于施加電壓。另外，這種方法雖然獲得的介電彈性體電致形變較其它介電彈性體有些提高，仍然需要較大電壓才能產(chǎn)生大的電致形變。盡管加入高介電常數(shù)的介電填料明顯提高聚合物的介電常數(shù)，但是目前研制的介電彈性體材料均需要很高的驅(qū)動(dòng)電壓(高達(dá)150kv/mm)，才能獲得理想的驅(qū)動(dòng)形變。高驅(qū)動(dòng)電壓，極大地限制了介電彈性體的發(fā)展與應(yīng)用，尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，高驅(qū)動(dòng)電壓
對(duì)生物體和設(shè)備都是危險(xiǎn)因素。依據(jù)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器工作原理4(式
中&為厚度方向的形變量；ε和^分別為介電彈性體的相對(duì)介電常數(shù)和真空介電常數(shù)(8. 85Xl(T12F/m) ；U 為施加電壓；ζ 為薄膜厚度)(R. Pelrine，R. KornbIuh, Q.Pei，and J. Joseph, High-speed electrically actuated elastomers with strain greater than 100%, Science 2000，287，836-839)，因此，需要具有高介電常數(shù)和低模量的材料可以在低電場(chǎng)下獲得大電致形變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚酯介電彈性復(fù)合材料及其制備方法。通過采用脂肪族二元醇、脂肪族二元酸與衣康酸縮聚合成的不飽和脂肪族聚酯，降低聚酯彈性體的交聯(lián)密度，同時(shí)添加高介電半導(dǎo)體填料，獲得高介電常數(shù)、低彈性模量的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料可以在很低的外場(chǎng)電壓下獲得高的電致形變。解決了目前介電彈性體需要在高電壓下產(chǎn)生大電致形變的難題。本發(fā)明所提供的一種聚酯介電彈性體復(fù)合材料，其基本組成和質(zhì)量份數(shù)為聚酯彈性體100半導(dǎo)體填料10-50硫化體系0· 1-1所述的半導(dǎo)體填料為納米二氧化鈦(粒徑為10nm-40nm)。二氧化鈦介電常數(shù)為 100，是一種高介電常數(shù)的半導(dǎo)體材料。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，可以使復(fù)合材料的介電常數(shù)增加，同時(shí)彈性模量沒有明顯增加。所述的硫化體系為過氧化物交聯(lián)劑。所述的聚酯彈性體為采用脂肪族二元醇、脂肪族二元酸與衣康酸縮聚合成的不飽和脂肪族聚酯。本發(fā)明上述聚酯彈性體的制備方法如下將醇酸總摩爾比為1. 05 1. 25 1的飽和脂肪族二元醇(可以是1，6己二醇、 1，10-癸二醇或兩者的混合物)、飽和脂肪族二元酸(可以是丁二酸、癸二酸或兩者的混合物)與衣康酸單體混和，其中衣康酸占全部二元酸摩爾量的5% -25%，在氮?dú)鈿夥罩校捎眉尤雴误w總質(zhì)量的0. 01-0. 5%的對(duì)苯二酚作為阻聚劑，升溫至160-200°C至酯化出水完全，得到聚酯預(yù)聚物。將反應(yīng)體系降溫至80°C以下，加入單體總質(zhì)量0.01-0. 2%的鈦酸四丁酯，然后逐漸升高溫度至200-240°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5_8小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯彈性體。本發(fā)明還提供了上述聚酯介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，取上述不飽和脂肪族聚酯100質(zhì)量份與0. 1-1質(zhì)量份過氧化物交聯(lián)劑(如過氧化二異丙苯(DCP)或過氧化苯甲酰(BPO))、10-50質(zhì)量份的高介電半導(dǎo)體納米二氧化鈦40-70°C共混，在150_180°C模壓硫化制成聚酯介電彈性體復(fù)合材料。介電常數(shù)測(cè)定首先把導(dǎo)電銀膠用丙酮稀釋，然后用細(xì)毛刷在聚酯介電彈性體復(fù)合材料的一個(gè)表面上涂刷均勻，盡可能涂刷均勻并且涂層要盡可能薄。然后涂面朝上在60°C的鼓風(fēng)烘箱中烘0.5小時(shí)，取出后，涂另一面，在烘箱中烘2小時(shí)，使導(dǎo)電銀膠固化。然后用砂布把四邊拋至無銀屑，即制得電極。電致形變測(cè)定將聚酯介電彈性體復(fù)合材料上下表面噴上柔性電極，放置鼓風(fēng)烘箱中4小時(shí)，使柔性電極固化。將智能直流高壓發(fā)生器的正負(fù)極緊密接觸柔性電極，通過控制箱以800V/S 的速度升壓至設(shè)定電壓，測(cè)試其介電彈性體的電致形變量。對(duì)本發(fā)明制備的聚酯介電彈性體，采用美國(guó)安捷倫4294A型阻抗分析儀測(cè)試其介電常數(shù)和介電損耗。介電性能的測(cè)試選用阻抗測(cè)試方法，將厚為1mm，面積為IcmXlcm的兩面有電極的試片，用安捷倫4294A型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)。依照GB/T528-1998標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，計(jì)算出楊氏模量，拉伸速度為20mm/min。采用智能直流高壓發(fā)生器(武漢多泰電氣有限公司)測(cè)試平面方向電致形變量。本發(fā)明獲得的聚酯介電彈性體復(fù)合材料在13 17 kv/mm的電場(chǎng)下可獲得30% 40%的電致形變。滿足了介電彈性體在小電場(chǎng)強(qiáng)度下產(chǎn)生大形變的需求。
具體實(shí)施方案下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1(1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 165mol 1，6_ 己二醇、0. 165mol 1，10_ 癸二醇、 0. 1275mol癸二酸、0. 1275mol 丁二酸、0. 045mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 5%的對(duì)苯二酚， 氮?dú)鈿夥障拢厰嚢柽吷郎刂?80°C至酯化出水完全。降溫至50°C，然后加入單體總質(zhì)量 0. 01%的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)220°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 1質(zhì)量份DCP和10質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、50°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t90 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按160°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例2(1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 175mol 1，6_ 己二醇、0. 175mol 1，10_ 癸二醇、 0. 157mol癸二酸、0. 157mol 丁二酸、0. 0165mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 5%的對(duì)苯二酚， 氮?dú)鈿夥障?，邊攪拌邊升溫?80°C至酯化出水完全。降溫至50°C，然后加入單體總質(zhì)量 0. 01%的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)220°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 5質(zhì)量份DCP和30質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、60°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按170°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例3(1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 185mol 1，6_ 己二醇、0. 185mol 1，10_ 癸二醇、 0. Illmol癸二酸、0. Illmol 丁二酸、0. 074mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 5%的對(duì)苯二酚， 氮?dú)鈿夥障拢厰嚢柽吷郎刂?80°C至酯化出水完全。降溫至50°C，然后加入單體總質(zhì)量 0. 01%的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)220°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 8質(zhì)量份DCP和50質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、60°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按180°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例4 (1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 23mol 1，10-癸二醇和 0. 1275mol 癸二酸、 0. 1275mol 丁二酸0. 045mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 01 %的對(duì)苯二酚，氮?dú)鈿夥障?，邊攪拌邊升溫?90°C至酯化出水完全。降溫至60°C然后加入單體總質(zhì)量0. 的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)230°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 5質(zhì)量份DCP和20質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、50°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按150°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例5 (1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 25mol 1，10-癸二醇和 0. 157mol 癸二酸、0. 157mol 丁二酸0. 0165mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 01 %的對(duì)苯二酚，氮?dú)鈿夥障拢厰嚢柽吷郎刂?90°C至酯化出水完全。降溫至60°C然后加入單體總質(zhì)量0. 的鈦酸四丁酯為催化劑， 升高溫度到達(dá)230°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 8質(zhì)量份DCP和40質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、50°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按160°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例6 (1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 165mol 1，6-己二醇、0. 165mol 1，10_ 癸二醇和 0. 255mol癸二酸、0. 045mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 2%的對(duì)苯二酚，氮?dú)鈿夥障?，邊攪拌邊升溫?80°C至酯化出水完全。降溫至80°C，然后加入單體總質(zhì)量0.2%的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)220°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、0. 5質(zhì)量份DCP和30質(zhì)量份納米二氧化鈦 (平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、50°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按160°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例7(1)向 IOOml 三口瓶中加入 0. 1 85mol 1，6_ 己二醇、0.1 85mol 1，10_ 癸二醇和 0. 222mol癸二酸、0. 074mol衣康酸和單體總質(zhì)量的0. 2%的對(duì)苯二酚，氮?dú)鈿夥障拢厰嚢柽吷郎刂?80°C至酯化出水完全。降溫至80°C，然后加入單體總質(zhì)量0.2%的鈦酸四丁酯為催化劑，升高溫度到達(dá)220°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯。(2)將100質(zhì)量份不飽和脂肪族聚酯、1質(zhì)量份DCP和50質(zhì)量份納米二氧化鈦(平均粒徑為25nm)加入哈克流變儀中，轉(zhuǎn)速為50rpm、50°C共混30min后放置8小時(shí)。(3)用北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠生產(chǎn)的LH-2型盤式硫化儀測(cè)試硫化曲線，確定硫化條件t9(1 ；(4)在上海橡膠機(jī)械制造生產(chǎn)的25噸電熱平板硫化機(jī)上先冷壓3-5分鐘，最后在 25噸平板硫化機(jī)上按180°C Xt9ci進(jìn)行硫化，得到交聯(lián)的聚酯介電彈性體復(fù)合材料。(5)在復(fù)合材料兩個(gè)表面分別涂上銀電極。將厚為1mm，面積為IcmX Icm的兩面有電極的試片，用安捷倫型阻抗分析儀測(cè)試其在室溫下，IO2 IO7的頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)，得到聚酯介電彈性體介電彈性體的介電常數(shù)數(shù)據(jù)見表1。采用標(biāo)準(zhǔn) 鈴型樣條測(cè)其楊氏模量。得到聚酯介電彈性體介電彈性體的楊氏模量數(shù)據(jù)見表1。將介電彈性體材料上下表面噴上柔性電極，利用智能直流高壓發(fā)生器測(cè)試電致形變量，得到的電致形變量數(shù)據(jù)見表1。對(duì)比例1 采用100質(zhì)量份氫化丁腈橡膠、3質(zhì)量份的DCP、40質(zhì)量份甘油在哈克流變儀中混合，經(jīng)模壓硫化制成氫化丁腈橡膠/甘油介電彈性體材料。測(cè)試其介電常數(shù)、彈性模量和電致形變量，見表1。對(duì)比例2:采用100質(zhì)量份氫化丁腈橡膠、3質(zhì)量份的DCP、40質(zhì)量份甘油和50質(zhì)量份納米二氧化鈦在哈克流變儀中混合，經(jīng)模壓硫化制成氫化丁腈/ ( 二氧化鈦/甘油)介電彈性體材料。測(cè)試其介電常數(shù)、彈性模量和電致形變量，見表1。表權(quán)利要求
1.一種聚酯介電彈性體復(fù)合材料，其基本組成和質(zhì)量份數(shù)為 聚酯彈性體100半導(dǎo)體填料10-50 硫化體系0. 1-1所述的聚酯彈性體為采用飽和脂肪族二元醇、飽和脂肪族二元酸與衣康酸縮聚合成的不飽和脂肪族聚酯彈性體；所述的半導(dǎo)體填料為納米二氧化鈦； 所述的硫化體系為過氧化物交聯(lián)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酯介電彈性體復(fù)合材料，其特征是所述不飽和脂肪族聚酯彈性體采用如下方法制備將醇酸總摩爾比為1.05 1.25 1的飽和脂肪族二元醇、飽和脂肪族二元酸與衣康酸單體混和，其中衣康酸占全部二元酸摩爾量的5% -25%，在氮?dú)鈿夥罩?，加入單體總質(zhì)量0.01-0. 5%的對(duì)苯二酚作為阻聚劑，升溫至160-200°C至酯化出水完全，得到聚酯預(yù)聚物；降溫至80°C以下加入單體總質(zhì)量0. 01-0. 2%的鈦酸四丁酯作為催化劑，然后逐漸升高溫度至200-M0°C，抽真空至300Pa，反應(yīng)5_8小時(shí)，得到不飽和脂肪族聚酯彈性體； 所述的飽和脂肪族二元醇為1，6己二醇或1，10-癸二醇或兩者的混合物； 所述的飽和脂肪族二元酸為丁二酸或癸二酸或兩者的混合物。
3.—種權(quán)利要求1或2所述聚酯介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，將不飽和脂肪族聚酯彈性體100質(zhì)量份與0. 1-1質(zhì)量份過氧化物交聯(lián)劑、10-50質(zhì)量份的納米二氧化鈦半導(dǎo)體填料在40-70°C共混，在150-180°C模壓硫化制成聚酯介電彈性體復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚酯介電彈性體復(fù)合材料及制備方法。通過采用脂肪族二元醇、脂肪族二元酸與衣康酸縮聚合成的不飽和脂肪族聚酯，降低聚酯彈性體的交聯(lián)密度，同時(shí)添加高介電半導(dǎo)體填料，獲得高介電常數(shù)、低彈性模量的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料可以在很低的外場(chǎng)電壓下獲得高的電致形變。解決了傳統(tǒng)方法中介電彈性體需要在高電壓下產(chǎn)生大電致形變的難題。
文檔編號(hào)C08K5/14GK102286197SQ20111017089
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者于迎春, 劉浩亮, 康海瀾, 張立群, 楊丹, 田明, 董穎超 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)