CN101250327A - 介电弹性体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
介电弹性体材料及其制备方法，它涉及介电弹性体材料及其制备方法。它解决了现有介电弹性体材料介电常数低、形变量小、产生形变所施加的电压接近于材料的击穿电压的问题。介电弹性体材料由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂、硅橡胶原胶和驰豫型铁电陶瓷材料制成。制备方法：先将除驰豫型铁电陶瓷材料以外的原材料进行常温搅拌，再加入驰豫型铁电陶瓷材料再次进行常温搅拌，将制得物倒入制模模具中进行固化处理。本发明介电弹性体材料介电常数高、形变量大、形变所需电压远低于本发明介电弹性体材料的击穿电压。本发明制备方法简单、易操作、工艺容易控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种介电弹性体材料及其制备方法。
背景技术
现今介电弹性体是制造主动驱动器的最有潜力的材料之一。由于其产生的弹性、韧性、刺激应变能力和固有振动的振幅与生物的肌肉极其相似，所以获得了“人造肌肉”的美誉，同时也被广泛应用于航空航天业、机器人或昆虫的制造、人工假肢的制造、噪声的控制、肌肉的复位与增长、液体和气体流量控制等众多领域。但是，现有的介电弹性体材料的介电常数很低(约1.4～2.8)，形变不明显(施加高电压的情况下形变量约为150％)等缺点，且现有的介电弹性体材料若产生形变则必须对其施加高电压才能实现，而所施加的电压高易击穿介电弹性体材料，导致材料的失效。
发明内容
本发明为了解决现有介电弹性体材料介电常数低、形变量小、产生形变所施加的电压接近于材料的击穿电压的问题，而提供的介电弹性体材料及其制备方法。
介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01～0.3∶1；硅橡胶溶液由硅树脂BJBTC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比组成。
介电弹性体材料按以下方法进行制备：一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比混合，在常温条件下以40～400r/min的速率搅拌3～5min，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.01～0.3∶1的重量比混合，在常温条件下以50～400r/min的速率搅拌15～25min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体硅橡胶溶液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶溶液均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化18～48h；五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
本发明介电弹性体材料的介电常数提高到80～360。
本发明介电弹性体材料在施加5～7kV电压条件下的形变量为200％～360％。
在本发明介电弹性体材料上施加10kV电压仍没有被击穿。
本发明介电弹性体材料的制备方法简单、易操作、工艺容易控制。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01～0.3∶1；硅橡胶溶液由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比组成。
硅橡胶溶液直接经过固化处理得到的介电弹性体材料的介电常数很低，仅为1.8，形变量仅为150％。
本实施方式中所使用的硅树脂BJB TC5005由美国BJB Enterprises公司制造和销售。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：驰豫型铁电陶瓷材料为钛酸钡，钛酸钡的介电常数为3000～5000。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：钛酸钡的介电常数为4000。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.1～0.28∶1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.2～0.26∶1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.25∶1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为2.75～4.4∶1∶10。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为3.3～4.0∶1∶10。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为3.85∶1∶10。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式介电弹性体材料按以下方法进行制备：一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比混合，在常温条件下以40～400r/min的速率搅拌3～5min，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.01～0.3∶1的重量比混合，在常温条件下以50～400r/min的速率搅拌15～25min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体硅橡胶溶液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶溶液均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化18～48h；五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤一中将可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按3.85∶1∶10的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤一中以100～300r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤一中以150～250r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤一中以200r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤一中的搅拌时间为4min。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中的驰豫型铁电陶瓷材料为钛酸钡，钛酸钡的介电常数为3000～5000。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.1～0.28∶1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.2～0.26∶1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.25∶1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中以100～350r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中以170～330r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中以300r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤二中搅拌时间为20min。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤三中制膜模具为长度为30cm，宽度为30cm，厚度为5mm的长方体。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤四中固化时间为22～44h。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤四中固化时间为26～40h。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：步骤四中固化时间为35h。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式二十八：本实施方式介电弹性体材料按以下方法进行制备：一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按4.4∶1∶10的重量比混合，在常温条件下以200r/min的速率搅拌4min，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.3∶1的重量比混合，在常温条件下以350r/min的速率搅拌20min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体硅橡胶溶液倒入长度为30cm，宽度为30cm，厚度为5mm的长方体制膜模具中，然后使其均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化35h；五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
本实施方式中所得介电弹性体材料经测试，介电常数为360；在施加7kV电压下测得，形变量为360％。
Claims (10)
1、介电弹性体材料，其特征在于介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01～0.3∶1；硅橡胶溶液由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比组成。
2、根据权利要求1所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.2～0.26∶1。
3、根据权利要求1或2所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电陶瓷材料为介电常数为3000～5000的钛酸钡。
4、根据权利要求1或2所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电陶瓷材料为介电常数为4000的钛酸钡。
5、如权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于介电弹性体材料按以下方法进行制备：一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比混合，在常温条件下以40～400r/min的速率搅拌3～5min，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.01～0.3∶1的重量比混合，在常温条件下以50～400r/min的速率搅拌15～25min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体硅橡胶溶液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶溶液均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化18～48h；五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
6、根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤二中驰豫型铁电陶瓷材料为介电常数为3000～5000的钛酸钡。
7、根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤一中将以150～250r/min的速率搅拌3～5min。
8、根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤二中驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按重量比为0.2～0.26∶1的比例混合。
9、根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤二将以170～330r/min的速率搅拌15～25min。
10、根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤四中在常温条件下，固化时间为26～40h。
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| CNA2008100642385A CN101250327A (zh) | 2008-04-03 | 2008-04-03 | 介电弹性体材料及其制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101899177A (zh) * | 2010-07-09 | 2010-12-01 | 北京化工大学 | 一种高介电常数低模量介电弹性体材料及其制备方法 |
| CN107890350A (zh) * | 2017-11-18 | 2018-04-10 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法 |
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2008
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