硅橡膠基電活性介電彈性體復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、電活性聚合物材料(EAP)是新型的電敏感材料,能直接將電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,具有高的能量密度,高效率和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)?；陔娀钚跃酆衔锏慕殡姀椥泽w(DE)致動(dòng)器,具有變形量大、驅(qū)動(dòng)負(fù)載大、可塑性好等特點(diǎn),在智能驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但介電彈性體需要極高的驅(qū)動(dòng)電壓(＞100kV)才能具有高的能量密度和較大的形變量,高電壓的局限性束縛了其在多方面的應(yīng)用。從材料角度看,DE的電機(jī)轉(zhuǎn)換性能在本質(zhì)上都由材料的介電性能控制,提高材料的介電性能

2、的同時(shí)降低材料的模量有利于降低驅(qū)動(dòng)電壓,提高材料的應(yīng)變行為。因此,制備高介電常數(shù)和柔性好的介電彈性體復(fù)合材料有重要意義。
　　 本文以電機(jī)響應(yīng)性能良好且綜合性能優(yōu)異的硅橡膠(RTV)為基體,選用導(dǎo)電炭黑(CB)為導(dǎo)電填料,鈦酸鋇(BaTiO3,BT)為高介電填料,具有特殊表面結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(TiO2)為半導(dǎo)體填料,采用機(jī)械混合法分別制備了CB-BT/RTV和TiO2/RTV納米復(fù)合材料;研究了填料的組分含量和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料介

3、電性能、力學(xué)性能及電機(jī)應(yīng)變響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)填料的微觀結(jié)構(gòu)和組成與介電彈性體復(fù)合材料的電機(jī)應(yīng)變響應(yīng)關(guān)系極為密切。
　　 首先制備了CB-BT/RTV三相復(fù)合材料,由于填料之間的相互作用(在微觀上體現(xiàn)為對(duì)彼此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響),復(fù)合材料的介電性能和力學(xué)性能隨填料含量的增加不再是單調(diào)的變化形式。通過(guò)調(diào)整CB和BT填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù),改變微觀結(jié)構(gòu)和兩相粒子之間的相互作用,可以達(dá)到同時(shí)提高復(fù)合材料的介電常數(shù)而降低復(fù)合材料的拉伸模量的目的,從而得

4、到應(yīng)變性能良好的三相復(fù)合材料。這種三組分納米復(fù)合材料的制備為改善功能材料的電機(jī)性能提供了新思路。
　　 制備了TiO2/RTV兩相復(fù)合材料,通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑KH570改性TiO2,研究了改性對(duì)復(fù)合材料的介電性能、力學(xué)性能、擊穿場(chǎng)強(qiáng)和應(yīng)變響應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)KH570對(duì)TiO2的改性可以顯著改善TiO2與RTV的相容性和相互作用力,因此改性后的介電常數(shù)提高,介電損耗降低,彈性模量增大,擊穿場(chǎng)強(qiáng)提高。而應(yīng)變響應(yīng)卻因改性后填料與基體相容性增