硅橡胶复合介电弹性体的制备与性能研究
介电弹性体因为具有很高的介电常数，在外加电场作用下可以产生较大的形状或体积变化，作为一种弹性体材料其在外加电场撤除后又能够回复到初始状态，此过程中存在电能与机械能的转化。介电弹性体因其具有较好的可塑性、电致形变量高、驱动负载大、能量密度高的优良性能，在智能驱动器，传感器尤其是生物医用材料中具有较大的发展前景。为了使此类材料在这些领域中得到更好的应用，提高材料的介电性能，降低材料的弹性模量，使材料在较小的驱动电压下产生较大形变成为了研究的重点。 本研究首先以综合性能良好的室温硫化硅橡胶(RTV107)作基体，将无机粒子(TiO2、BaTiO3)作为填料，运用溶液共混法制备了TiO2/RTV和BaTiO3/RTV复合材料，并研究了填料的质量百分数对复合材料力学性能及介电性能的影响，发现添加TiO2能够显著提高硅橡胶的断裂伸长率，并改善其介电性能，适量添加填料可以降低复合材料的弹性模量。通过各种偶联剂（KH550、KH570、钛酸酯偶联剂、氟偶联剂）对TiO2、BaTiO3进行改性，发现经过KH550改性后的TiO2形成的复合材料其力学性能介电性能等得到提高，电致形变达到16％，比硅橡胶提高了约167％。 然后又以RTV为基体，原位聚合法通过改变反应时间得到不同PANI壳层厚度的核壳结构的TiO2@PANI、BaTiO3@PANI填料，制备了TiO2@PANI和BaTiO3@PANI/硅橡胶复合材料，探究了包覆不同PANI厚度的TiO2@PANI和BaTiO3@PANI核壳结构填料对复合材料性能的影响，与未改性无机粒子所制硅橡胶复合材料的相比，发现改性填料能够使复合材料的介电性能与力学性能等得到较大提升，其中电致形变性能得到大幅提升，在低电压下就能获得大的电致形变:nm-TiO2@PANI-2h复合材料，在34kV/mm的电场下，得到最大的电致形变11％，在相同电压下，与纯硅橡胶(1.9％)相比，提高5.8倍。 最后为了提高以nm-TiO2@PANI-2h为填料制备的硅橡胶介电弹性体的击穿强度，用不同浓度的PVP溶液对nm-TiO2@PANI-2h核壳结构进行改性，发现nm-TiO2@PANI-2h@PVP-3与硅橡胶制备的介电弹性体击穿强度最大，提高到52kV/mm，比未经过PVP改性的介电弹性体提高了52.9％。
硅橡胶复合介电弹性体;制备工艺;力学性能;介电性能;弹性模量
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
刘玲
2019
中文
TQ333.93
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）