一種溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于介電彈性體復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溴化丁基橡膠介電彈性 體復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 介電彈性體具有柔韌性好、驅(qū)動(dòng)形變大、驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)、能量密度高、響應(yīng)時(shí)間快、介電 損耗和粘彈滯后損耗小、加工成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在微型機(jī)器人，傳感器，驅(qū)動(dòng)器以 及人工肌肉等極具應(yīng)用價(jià)值的高科技領(lǐng)域。隨著信息、電子和電力工業(yè)向微型化方向發(fā)展， 具有高介電常數(shù)和低介電損耗的介電彈性體材料成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。
[0003] 近年來(lái)，介電彈性體的研究方向主要是向介電彈性體中摻雜高介電陶瓷填料或?qū)?電填料以提高基體的介電常數(shù)。雖然高介電常數(shù)的陶瓷填料能提高彈性體基體的介電常 數(shù)，但是陶瓷填料機(jī)械性能差，導(dǎo)致復(fù)合材料的脆性增大，模量明顯提高，且需要較高電壓 才能產(chǎn)生形變，不利于實(shí)際應(yīng)用。向彈性體基體中添加少量導(dǎo)電填料能顯著提高彈性體的 介電常數(shù)，其機(jī)理是基于逾滲理論，即當(dāng)導(dǎo)電粒子達(dá)到逾滲閾值時(shí)，介電常數(shù)迅猛增大。但 是當(dāng)導(dǎo)電粒子填充量達(dá)到或超過(guò)逾滲閾值，復(fù)合材料將產(chǎn)生較大的介電損耗，發(fā)生電擊穿 現(xiàn)象。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)"一種具有高介電常數(shù)的納米Fe2〇3摻雜的聚偏氟乙烯復(fù)合材料"（專 利申請(qǐng)?zhí)?01410123589.4)提出了將Fe 203與聚偏氟乙烯復(fù)合，得到的彈性體介電常數(shù)高達(dá) 210。但是復(fù)合材料的模量大幅提高，要在很高的電壓下才能使其發(fā)生形變。而且Fe 203與聚 偏氟乙烯的界面相容性較差，無(wú)機(jī)填料難以分散均勻，引起局部電場(chǎng)過(guò)高，材料容易在較低 電場(chǎng)下?lián)舸?br>[0005] 中國(guó)專利申請(qǐng)"一種高介電常數(shù)低介電損耗的石墨烯彈性體納米復(fù)合材料及其制 備方法"（專利申請(qǐng)?zhí)?01310128269.3)提出了低填充量的石墨烯/彈性體復(fù)合材料的制備 方法。得到的復(fù)合材料在保持良好的機(jī)械性能的同時(shí)獲得較高的介電常數(shù)，但由于片狀氧 化石墨烯在彈性體基體中存在一定團(tuán)聚現(xiàn)象，影響逾滲閾值進(jìn)一步降低，且容易形成導(dǎo)電 通路，電擊穿強(qiáng)度較低，限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制 備方法。
[0007] -種溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，其組成為，
[0008] 橡膠基體:100份，
[0009] 硫化體系：1.5-9份，
[0010] 高介電陶瓷填料：10-50份，
[0011] 極性增塑劑：10-50份；
[0012]所述橡膠基體為溴化丁基橡膠；
[0013] 所述硫化體系為氧化鋅和硬脂酸鈣；
[0014] 所述高介電陶瓷填料為鈦酸鋇、二氧化鈦或氧化鋁陶瓷填料；
[0015] 所述極性增塑劑為磷酸三丁脂（TBP)、癸二酸二異辛酯（DI0S)、癸二酸二辛酯 (D0S)、丁氧基乙醇壬酯(BCP)、己二酸二異辛酯(D0A)、壬二酸二異辛酯(DI0Z)、癸二酸二丁 酯(DBS)、癸二酸二(2-乙基己基)酯(DOS)或磷酸三(2-乙基己基)酯(TOP)。
[0016] 溴化丁基橡膠含溴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%-2%。
[0017] 以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述硫化體系為1-7份氧化鋅和0.5-2份硬脂酸鈣。
[0018] 所述高介電陶瓷填料的粒徑為30nm_60nm。
[0019] 所述溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度為0.72-1.41MPa，斷裂伸長(zhǎng) 率為795 %-3399% ; 1kHz下的介電常數(shù)為2.07-6.25;楊氏模量為0.12-0.78MPa;擊穿電壓 為20-601^/臟，產(chǎn)生的電致形變?yōu)?0%-38%。
[0020] 上述一種溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0021 ]以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將溴化丁基橡膠100份、硫化體系1.5-9份、高介電陶瓷填料10-50 份、極性增塑劑10-50份共混，在20-60 °C混煉均勻，出片，混煉膠室溫停放7-16h后，在平板 硫化機(jī)上硫化，制得溴化丁基橡膠介電彈性體復(fù)合材料。
[0022] 所述硫化壓力為10-20MPa，溫度為150-180°C，時(shí)間為25-40min。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：
[0024] 本發(fā)明選取溴化丁基橡膠為基體，向基體中添加高介電常數(shù)的介電陶瓷填料和極 性小分子增塑劑，所制備的介電彈性體復(fù)合材料具有高介電常數(shù)、低彈性模量及優(yōu)良延展 性的特點(diǎn)，同時(shí)可以在較低的外加電壓下獲得高電致形變。溴化丁基橡膠保留了丁基橡膠 所固有的耐熱、耐臭氧、耐化學(xué)腐蝕介質(zhì)、滯后性高、屈撓疲勞強(qiáng)度高以及透氣性低等優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)由于取代溴原子的存在，提高了溴化丁基橡膠的極性，改善了其與無(wú)機(jī)填料的相容性； 添加高介電常數(shù)的介電陶瓷填料能夠提高彈性體的介電常數(shù)，同時(shí)通過(guò)加入極性小分子增 塑劑，使復(fù)合材料模量顯著降低;這種高介電低模量的介電彈性體復(fù)合材料可以在低電場(chǎng) 下獲得高電致形變，改善了傳統(tǒng)方法中介電彈性體需要在高電壓下才能產(chǎn)生大電致形變的 情況。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是 示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0026] 本實(shí)施方式中，
[0027] 斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定:根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 528-2009,采用型號(hào)為RG 2000-100的微機(jī)控制 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線，從應(yīng)力應(yīng)變曲線中獲得拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。 [0028]電致形變測(cè)定:將復(fù)合材料上下表面噴上自制柔性電極，放置于鼓風(fēng)烘箱中30-40 °C下干燥4h，使得柔性電極固化，所述柔性電極由型號(hào)為sylgardl84娃橡膠5-10g、二甲基 硅油5-10g、EC-300J超導(dǎo)炭黑2-6g、正庚烷100-500ml、81NW固化劑0.5-2g混合而成。將直流 高壓電源的正負(fù)極搭在柔性電極上下兩個(gè)表面，控制電壓由初始電壓0V以50-lOOV/s的速 度勻速上升，測(cè)定介電彈性體柔性電極方向上的電致形變和擊穿電壓。
[0029]介電常數(shù)測(cè)定:采用美國(guó)Agilent E4980A阻抗儀在室溫下測(cè)試介電性能，測(cè)試頻 率范圍為20-106Hz。
[0030] 楊氏模量測(cè)定:依照HG4-834-81標(biāo)準(zhǔn)(化工行標(biāo)），采用靜態(tài)重物法測(cè)其楊氏模量。
[0031] 實(shí)施例1