本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，尤其涉及一種電致伸縮性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：電致伸縮復(fù)合材料是在電場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換的一種材料。電致伸縮復(fù)合材料由于其電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換中類似肌肉的運(yùn)動(dòng)形式又被稱為人工肌肉材料?，F(xiàn)有技術(shù)中的基于電致伸縮復(fù)合材料的電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)化的材料和器件中，所述的電致伸縮復(fù)合材料主要是以單組分的材料形成，其驅(qū)動(dòng)電壓較高、輸出應(yīng)力較小，使得其性能與肌肉相比還有較大的差距。CN101604727A公開了一種電致伸縮復(fù)合材料，其包括：一柔性高分子基底，分散在所述柔性高分子基底中的多個(gè)談納米管。其中，所述電致伸縮復(fù)合材料還進(jìn)一步包括分散在所述柔性高分子基底中的多個(gè)陶瓷顆粒。該發(fā)明制備得到的材料的電致伸縮率僅為1-8％。在本領(lǐng)域中，期望得到一種電致伸縮率更大的復(fù)合材料。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電致伸縮性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一方面，本發(fā)明提供了一種電致伸縮性復(fù)合材料，所述電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：在本發(fā)明所述的電致伸縮性復(fù)合材料的原料中，所述TPU顆粒的重量百分比為50-60％，例如51％、51.5％、52％、52.5％、53％、53.5％、54％、54.5％、55％、55.5％、56％、56.5％、57％、57.5％、58％、58.5％或59％。優(yōu)選地，所述TPU顆粒為聚酯型TPU顆粒和/或聚醚型TPU顆粒。在本發(fā)明所述的電致伸縮性復(fù)合材料的原料中，所述碳納米管的重量百分比為5-10％，例如5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％。優(yōu)選地，所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管中的任意一種或至少兩種的組合。在本發(fā)明所述的電致伸縮性復(fù)合材料的原料中，所述納米鈦酸鋇的重量百分比為15-20％，例如15.5％、16％、16.3％、16.5％、16.8％、17％、17.5％、17.8％、18％、18.4％、18.8％、19％、19.3％、19.5％或19.8％。在本發(fā)明所述的電致伸縮性復(fù)合材料的原料中，所述導(dǎo)電炭黑的重量百分比為5-20％，例如6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。另一方面，本發(fā)明提供了如本發(fā)明第一方面所述的電致伸縮性復(fù)合材料的制備方法，所述方法為將各原料成分預(yù)先干燥，混合均勻，擠出得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。在本發(fā)明所述電致伸縮性復(fù)合材料的制備方法中，所述干燥溫度為50-60℃，例如50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃，干燥時(shí)間為1-2h。在本發(fā)明所述電致伸縮性復(fù)合材料的制備方法中，所述擠出利用流延機(jī)擠出。優(yōu)選地，所述流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為130-140℃；濾網(wǎng)溫度為140-150℃；彎頭溫度為150-160℃；連接溫度為135-150℃；模頭溫度為150-165℃。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述電致伸縮性復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在50-60℃下干燥1-2h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為130-140℃；濾網(wǎng)溫度為140-150℃；彎頭溫度為150-160℃；連接溫度為135-150℃；模頭溫度為150-165℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。另一方面，本發(fā)明提供了如本發(fā)明第一方面所述的電致伸縮性復(fù)合材料在功能性材料領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，本發(fā)明的電致伸縮性復(fù)合材料可用于人造肌肉、電敏感材料、傳感器等領(lǐng)域。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明利用50-60％TPU顆粒、5-10％碳納米管、15-20％納米鈦酸鋇和5-20％導(dǎo)電炭黑制備得到電致伸縮復(fù)合材料，各組分之間相互配合，協(xié)同作用，使得其電致伸縮率可高達(dá)22-25％，可應(yīng)用于功能性材料領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例1在本實(shí)施例中，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在50℃下干燥2h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為140℃；濾網(wǎng)溫度為150℃；彎頭溫度為160℃；連接溫度為135℃；模頭溫度為150℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在60℃下干燥1.5h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為140℃；濾網(wǎng)溫度為140℃；彎頭溫度為150℃；連接溫度為150℃；模頭溫度為165℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在55℃下干燥1h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為135℃；濾網(wǎng)溫度為145℃；彎頭溫度為160℃；連接溫度為135℃；模頭溫度為150℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在60℃下干燥1h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為140℃；濾網(wǎng)溫度為145℃；彎頭溫度為155℃；連接溫度為150℃；模頭溫度為165℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法包括以下步驟：將各原料成分預(yù)先在50℃下干燥2h，混合均勻，經(jīng)流延機(jī)擠出，流延機(jī)的各段溫度設(shè)置如下：料筒溫度為130℃；濾網(wǎng)溫度為150℃；彎頭溫度為155℃；連接溫度為150℃；模頭溫度為155℃，得到所述電致伸縮性復(fù)合材料。對(duì)比例1本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于用硅橡膠彈性體代替TPU顆粒，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)比例2本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于用氧化鋁代替納米鈦酸鋇，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)比例3本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)比例4本對(duì)比例與實(shí)施例3不同之處在于，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法和條件均與實(shí)施例3相同。對(duì)比例5本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)比例6本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)比例7本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處在于，電致伸縮性復(fù)合材料主要由以下重量百分比的原料制備得到：制備方法和條件均與實(shí)施例1相同。對(duì)實(shí)施例1-5以及對(duì)比例1-7制備得到的電致伸縮復(fù)合材料施加40伏特的電壓，測(cè)定材料的電致伸縮率，結(jié)果如表1所示。表1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5對(duì)比例1電致伸縮率(％)25222023205對(duì)比例2對(duì)比例3對(duì)比例4對(duì)比例5對(duì)比例6對(duì)比例7電致伸縮率(％)678786由表1可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-5制備的電致伸縮材料的電致伸縮率為16-20％，而當(dāng)用硅橡膠彈性體代替TPU顆粒(對(duì)比例1)或用另一種陶瓷顆粒氧化鋁代替納米鈦酸鋇(對(duì)比例2)時(shí)，或者將某種原料的用量限定在本發(fā)明范圍之外時(shí)(對(duì)比例3-7)，制備得到的電致伸縮材料的電致伸縮率僅為4-8％，顯著低于本發(fā)明制備得到的電致伸縮復(fù)合材料的電致伸縮率。因此，本發(fā)明中各原料組分之間相互協(xié)調(diào)，相互配合使得材料電致伸縮率獲得了顯著提高，本發(fā)明的電致伸縮復(fù)合材料可以用于功能性材料領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的電致伸縮性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述實(shí)施例才能實(shí)施。所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3