CN110240719A - 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法 - Google Patents

天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110240719A
CN110240719A CN201910432428.6A CN201910432428A CN110240719A CN 110240719 A CN110240719 A CN 110240719A CN 201910432428 A CN201910432428 A CN 201910432428A CN 110240719 A CN110240719 A CN 110240719A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid crystal
composite material
elastic body
preparation
crystal elastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910432428.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李辰砂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heilongjiang University
Original Assignee
Heilongjiang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilongjiang University filed Critical Heilongjiang University
Priority to CN201910432428.6A priority Critical patent/CN110240719A/zh
Publication of CN110240719A publication Critical patent/CN110240719A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C08J3/247—Heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/045—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with vegetable or animal fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/12—Polymers characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2497/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C08J2497/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2499/00—Characterised by the use of natural macromolecular compounds or of derivatives thereof not provided for in groups C08J2401/00 - C08J2407/00 or C08J2489/00 - C08J2497/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2265—Oxides; Hydroxides of metals of iron
    • C08K2003/2275—Ferroso-ferric oxide (Fe3O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/01—Magnetic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，该液晶弹性体复合材料是一种以柔性的天然植物绒纤维为增强相、液晶弹性体为基体的纳米复合材料，制备方法：将聚硅氧烷聚合物、1，4‑丁烯氧基苯甲酸‑对位甲氧基苯酚脂和1,4‑双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，同时加入催化剂配置成反应混合液，天然植物绒纤维事先布置于模具底部，浇注反应混合液，采取两步交联加一步施力改形的制备方法制备而成；经过在液晶弹性体中引入其它纳米相成分后，可以被电磁场，或广光谱可见光致动，包括太阳光；由于天然植物绒纤维的柔性，使其可随液晶弹性体基体同步伸缩而不影响其可逆变形性能，但可以显著提高材料的力学性能和耐用性能。

Description

天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法。
背景技术
智能材料是在一定的外界条件刺激下形状发生改变的材料，在工业、环境以及医疗等领域具有重要应用价值。液晶弹性体(Liquid crystalline elastomers,LCEs)是近年发展起来的新型智能材料，具有液晶的各向异性结构特性和橡胶弹性体的弹性特性，具有变形幅度大、响应速度快以及变形具有可逆性等优点，在微机电系统，智能致动器和传感器等领域具有更优越的应用价值。不同种类的液晶弹性体可被不同的外界刺激因素所致动，如光、热和电磁场等。现有的液晶弹性体存在材料强度偏低的问题，在长时间高温环境下，较大的致动负载下易于损伤以至断裂，反复致动下的抗疲劳损伤能力也不高。通过结合增强相制成复合材料是提高材料的力学性能有效方法。由于液晶弹性体是一种大变形幅度的聚合物弹性智能材料，一般认为引入连续性增强相，可能严重影响其变形致动性能。目前主要是加入微纳米分散相材料来提高其理化性能，包括力学性能。但微纳米分散性的添加材料，其对力学复合增强作用不及连续性增强相材料。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法，在液晶弹性体中引入其它纳米相成分后，可以被电磁场，或广光谱可见光致动，包括太阳光；由于天然植物绒纤维的柔性，使其可随液晶弹性体基体同步伸缩而不影响其可逆变形性能，但可以显著提高材料的力学性能和耐用性能。
本发明所采用的技术如下：一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，方法步骤如下：
步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.05-0.25克：0.02-0.1克：0.01-0.3克：1-5毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.001-0.1克：0.05-4毫升：5-50毫升；
步骤二，复合材料的交联制备：然后天然植物绒纤维事先布置于模具底部，浇注反应混合液，进行第一步热交联，之后，进行施力改形，形成材料内的向列分子结构，而后进行第二步热交联，完成交联过程，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
本发明还具有如下技术特征：
1、如上所述的制备方法，步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.16克：0.65克：0.088克：2.6毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.025克：2毫升：20毫升。
2、如上所述的制备方法，步骤一，配置反应混合液：所述的聚硅氧烷聚合物为聚甲基硅氢氧烷。
3、如上所述的制备方法，步骤二，复合材料的交联制备：将反应混合液倒入模具内，模具底部事先布置天然植物绒纤维，而后将模具密封加热，此时模具内生成了预交联的复合材料凝胶体，打开模具，加入脱膜剂，将其内埋有天然植物绒纤维的复合材料凝胶体取出，凉干，待凝胶体内的甲苯逐渐挥发干净,复合材料凝胶体逐渐收缩成膜，埋在其内的天然植物绒纤维由于具有柔性，也随材料同步收缩；而后在其下端挂载重物，间隔一端时间逐渐加挂重物，在此重量重物作用下继续持续一端时间，使复合材料凝胶膜被拉伸，埋在其内的天然植物绒纤维也同步延展，从而不产生弹性预应力，在此拉伸过程中，凝胶基体内也形成了液晶的向列分子结构；而后将材料热处理，完成第二步交联，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
4、如上所述的制备方法，步骤二，复合材料的交联制备：将反应混合液倒入一长方形聚四氟模具内，此模具的尺寸为长90毫米、宽14毫米、深10毫米，模具底部事先布置适量的天然植物绒纤维，而后将模具密封并在65℃下加热50分钟，此时模具内生成了预交联的复合材料凝胶体，打开模具，加入7毫升的脱膜剂正己烷，将其内埋有天然植物绒纤维的复合材料凝胶体小心取出，挂在架子上凉干，待凝胶体内的甲苯逐渐挥发干净,此条形复合材料凝胶体逐渐缩成63毫米长的长方条形膜，埋在其内的天然植物绒纤维由于具有柔性，也随材料同步收缩；而后在其下端挂载6.5克重物，并每2小时加挂2.5克重物，直至重物总重达到14克，在此重量重物作用下继续持续12小时，此复合材料凝胶膜被拉伸至90毫米，埋在其内的天然植物绒纤维也同步延展，不产生弹性预应力；在此拉伸过程中，凝胶基体内也形成了液晶的向列分子结构，而后将材料在70℃下热处理24小时，完成第二步交联，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料，其尺寸为90mm×12mm×0.8mm。
5、按如上所述的制备方法制备的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料。
6、如上所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料，该液晶弹性体复合材料能够在78℃以上收缩，在10秒内收缩达到最大收缩幅度为27％，当温度低于60℃后，能够在10秒内恢复原长，其收缩所产生的最大致动力为260KPa。
7、在如上所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料内加入Fe3O4纳米粒子，所制成的液晶弹性体纳米复合材料能够被交流磁场可逆致动。
8、在如上所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料内加入碳纳米管、石墨烯材料或纳米碳黑粒子，所制成的纳米复合材料能够被可逆地光致动。原理是碳纳米管、石墨烯材料或纳米碳黑粒子可以吸收光能，转化成热能，加热液晶弹性体产生致动。
9、在如上所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料内加入碳纳米管，当加入的碳纳米管的比例为液晶弹性体基体复合材料质量的0.4％时，所制得的液晶弹性体纳米复合材料在室温25℃，在200mW/cm2的拟日光光谱的白光光照下，在10秒内沿轴向收缩最大收缩率为27％，并产生260KPa的最大收缩致动力，移除光源后，在10秒内恢复原长，具有完全的可逆光致动性能。
本发明的优点及有益效果：天然植物绒纤维直径一般为微米级，长度一般为厘米级，长径比大且具有高度的柔性。纤维之间通过缠结作用形成连续性网状结构，其对材料的增强作用类似连续性的增强材料，而且不易与聚合物基体材料发生化学反应而影响材料性能。由天然植物绒纤维形成的纤维网具有高度的柔性，使其可随液晶弹性体基体同步伸缩而不影响其可逆变形性能。液晶弹性体基体内复合天然植物绒纤维，显著提高材料的力学性能。使材料经历多次接近满负载负荷条件下反复致动，无明显的疲劳损伤。可在高温条件下长时间工作。而且显著提高了实际致动力。复合材料制备工艺有效地结合基体材料的合成工艺，制备方法相对简便高效。
具体实施方式
下面举例对本发明做进一步说明:
实施例1
一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，方法如下：
反应混合溶液为0.16克聚甲基硅氢氧烷、0.65克1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和0.088克1,4-双十一烯氧基苯溶解在2.6毫升的甲苯内，加入120微升的催化剂溶液。
催化剂溶液配制过程为0.025克的1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入2毫升的二氯甲烷，而后用20毫升甲苯稀释，配成溶液；
将反应混合液倒入一长方形聚四氟模具内，此模具的尺寸为长90毫米、宽14毫米、深10毫米，模具底部事先布置一定量的天然植物绒纤维，所述的天然植物绒纤维包括木棉纤维、杨树绒纤维、柳树绒纤维、香蒲绒纤维或蒲公英绒纤维；
而后将模具密封并在65℃下加热50分钟，此时模具内生成了预交联的复合材料凝胶体，打开模具，加入7毫升的脱膜剂正己烷，将其内埋有天然植物绒纤维的复合材料凝胶体小心取出，挂在架子上凉干，待凝胶体内的甲苯逐渐挥发干净,此条形复合材料凝胶体逐渐缩成63毫米长的长方条形膜，埋在其内的天然植物绒纤维由于具有柔性，也随材料同步收缩；
而后在其下端挂载6.5克重物，并每2小时加挂2.5克重物，直至重物总重达到14克，在此重量重物作用下继续持续12小时，此复合材料凝胶膜被拉伸至90毫米，埋在其内的天然植物绒纤维同步延展，不产生弹性应力；
在此拉伸过程中，凝胶基体内也形成了液晶的向列分子结构，
而后将材料在70℃下热处理24小时，完成第二步交联，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料，其尺寸为90mm×12mm×0.8mm。
该复合材料能够在78℃以上收缩，在10秒内收缩达到最大收缩幅度为27％，当温度低于60℃后，能够在10秒内恢复原长，其收缩所产生的最大致动力为260KPa。
实施例2
一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，方法如下：
步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.05克：0.02克：0.01克：1毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.001克：0.05毫升：5毫升；
步骤二，复合材料的交联制备：然后天然植物绒纤维事先布置于模具底部，浇注反应混合液，进行第一步热交联，之后，进行施力改形，形成材料内的向列分子结构，而后进行第二步热交联，完成交联过程，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
实施例3
一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，方法如下：
步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.25克：0.1克：0.3克：5毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.1克：4毫升：50毫升；
步骤二，复合材料的交联制备：然后天然植物绒纤维事先布置于模具底部，浇注反应混合液，进行第一步热交联，之后，进行施力改形，形成材料内的向列分子结构，而后进行第二步热交联，完成交联过程，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
实施例4
按实施例1至实施例3的方法，制备过程中如不添加天然植物绒纤维，其余工艺同上，则制备的以液晶弹性体为基体的液晶弹性体材料能够被热致动。对于加入天然植物绒纤维的液晶弹性体材料，由于具有天然植物绒纤维的增强作用，显著提高了抗断裂损伤疲劳等性能，可在最大致动载荷下——即260KPa的最大收缩致动力，反复使用1000次以上而无明显的疲劳损伤迹象。而无增强相的同种液晶弹性体，在最大致动载荷下使用不超过10次既断裂。由于天然植物绒纤维的柔性，使其可随液晶弹性体基体同步伸缩而不影响其可逆变形性能。
实施例5
按实施例1至实施例3的方法，在液晶弹性体基体内引入其它纳米相功能材料，所制成的纳米复合材料可以利用其它条件来可逆地致动。例如在液晶弹性体基体内引入Fe3O4纳米粒子，所制成的纳米复合材料可以被交流磁场可逆致动，机理是分散在液晶弹性体基体内的Fe3O4纳米粒子吸收磁能转变成热能加热液晶弹性体基体，对材料产生致动。在液晶弹性体基体内引入碳纳米管、石墨烯材料或纳米碳黑粒子，所制成的纳米复合材料可以被可逆地光致动，机理是这些纳米材料可以吸收光能转变成热能加热液晶弹性体基体，对材料产生致动。材料的致动收缩率和最大致动力基本不变。制备方法是在上述材料制备过程中，在反应混合液内加入所需纳米材料，其余工序相同。
实施例6
按实施例1至实施例3的方法，在液晶弹性体基体内加入碳纳米管，当碳纳米管的比例为液晶弹性体基体质量的0.4％时，所制得的液晶弹性体纳米复合材料在室温25℃，在200mW/cm2的拟日光光谱的白光光照下，在10秒内沿轴向收缩约27％(最大收缩率)，并产生260KPa的最大收缩致动力，移除光源后，可在10秒内恢复原长，具有完全的可逆光致动性能。该材料也可以被自然阳光进行可逆光致动。除广光谱光源外，也可被单色光致动，无专门的光谱依赖性。原理为分散在液晶弹性体基体内的碳纳米管可以吸收光能转化为热能，将液晶弹性体基体加热，当温度超过向列相态到各向同性相态的转变温度Tni后，液晶弹性体基体由各向异性的向列相结构转变成各向同性相结构，使得材料发生轴向收缩并产生力学致动。当移除光照，温度下降低于Tni，材料恢复向列相态结构，材料恢复原形状。该材料也可被热致动，且致动具有可逆性，当温度升至超过/或降至低于液晶弹性体基体的Tni之时，材料将收缩或恢复原长，收缩幅度以及收缩致动力相同。由于具有天然植物绒纤维的增强作用，显著提高了其光热致动过程的抗断裂损伤疲劳等性能，可在最大致动载荷下——即260KPa的最大收缩致动力，反复使用1000次以上而无明显的疲劳损伤迹象。而无增强相的同种液晶弹性体(虽然同样具有光热致动性质)，在最大致动载荷下使用不超过10次既断裂。由于天然植物绒纤维的柔性，使其可随液晶弹性体基体同步伸缩而不影响其可逆变形性能。
按实施例1至实施例3的方法(制备过程中不添加碳纳米管)，则制备的以天然植物绒纤维为增强相、以液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料不能被光致动，但可被可逆热致动，致动力学性能与上述结合了碳纳米管和天然植物绒纤维的液晶弹性体纳米复合材料一致。如果不加碳纳米管和天然植物绒纤维，所制备的液晶弹性体材料也只具有可逆热致动能力，致动的力学性能与上述只加碳纳米管而无天然植物绒纤维为增强相的液晶弹性体纳米复合材料一样。

Claims (10)

1.一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.05-0.25克：0.02-0.1克：0.01-0.3克：1-5毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.001-0.1克：0.05-4毫升：5-50毫升；
步骤二，复合材料的交联制备：然后天然植物绒纤维事先布置于模具底部，浇注反应混合液，进行第一步热交联，之后，进行施力改形，形成材料内的向列分子结构，而后进行第二步热交联，完成交联过程，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一，配置反应混合液：将聚硅氧烷聚合物、1，4-丁烯氧基苯甲酸-对位甲氧基苯酚脂和1,4-双十一烯氧基苯溶解在甲苯内，其比例为固液比＝0.16克：0.65克：0.088克：2.6毫升，同时加入催化剂配置成反应混合液，催化剂加入比例为：每2.6毫升甲苯加入120微升的催化剂溶液，所述的催化剂溶液配制方法如下：将1氯铂(II)-1,5-环辛二烯溶入二氯甲烷，而后用甲苯稀释，配成溶液；其比例为固液比＝0.025克：2毫升：20毫升。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤一，配置反应混合液：所述的聚硅氧烷聚合物为聚甲基硅氢氧烷。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤二，复合材料的交联制备：将反应混合液倒入模具内，模具底部事先布置天然植物绒纤维，而后将模具密封加热，此时模具内生成了预交联的复合材料凝胶体，打开模具，加入脱膜剂，将其内埋有天然植物绒纤维的复合材料凝胶体取出，凉干，待凝胶体内的甲苯逐渐挥发干净,复合材料凝胶体逐渐收缩成膜，埋在其内的天然植物绒纤维由于具有柔性，也随材料同步收缩；而后在其下端挂载重物，间隔一端时间逐渐加挂重物，在此重量重物作用下继续持续一端时间，使复合材料凝胶膜被拉伸，埋在其内的天然植物绒纤维也同步延展，从而不产生弹性预应力，在此拉伸过程中，凝胶基体内也形成了液晶的向列分子结构；而后将材料热处理，完成第二步交联，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤二，复合材料的交联制备：将反应混合液倒入一长方形聚四氟模具内，此模具的尺寸为长90毫米、宽14毫米、深10毫米，模具底部事先布置适量的天然植物绒纤维，而后将模具密封并在65℃下加热50分钟，此时模具内生成了预交联的复合材料凝胶体，打开模具，加入7毫升的脱膜剂正己烷，将其内埋有天然植物绒纤维的复合材料凝胶体小心取出，挂在架子上凉干，待凝胶体内的甲苯逐渐挥发干净,此条形复合材料凝胶体逐渐缩成63毫米长的长方条形膜，埋在其内的天然植物绒纤维由于具有柔性，也随材料同步收缩；而后在其下端挂载6.5克重物，并每2小时加挂2.5克重物，直至重物总重达到14克，在此重量重物作用下继续持续12小时，此复合材料凝胶膜被拉伸至90毫米，埋在其内的天然植物绒纤维也同步延展，不产生弹性预应力；在此拉伸过程中，凝胶基体内也形成了液晶的向列分子结构，而后将材料在70℃下热处理24小时，完成第二步交联，制备成以天然植物绒纤维为增强相的、以向列型液晶弹性体为基体的液晶弹性体复合材料，其尺寸为90mm×12mm×0.8mm。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法制备的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法制备的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料，其特征在于：能够在78℃以上收缩，在10秒内收缩达到最大收缩幅度为27％，当温度低于60℃后，能够在10秒内恢复原长，其收缩所产生的最大致动力为260KPa。
8.根据权利要求6所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料，其特征在于：在所述的液晶弹性体基体复合材料内加入Fe3O4纳米粒子，所制成的液晶弹性体纳米复合材料能够被交流磁场可逆致动。
9.根据权利要求6所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料，其特征在于：在所述的液晶弹性体基体复合材料内加入碳纳米管、石墨烯材料或纳米碳黑粒子，所制成的纳米复合材料能够被可逆地光致动。
10.根据权利要求6所述的一种天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料，其特征在于：在所述的液晶弹性体基体复合材料内加入碳纳米管，当加入的碳纳米管的比例为液晶弹性体基体复合材料质量的0.4％时，所制得的液晶弹性体纳米复合材料在室温25℃，在200mW/cm2的拟日光光谱的白光光照下，在10秒内沿轴向收缩最大收缩率为27％，并产生260KPa的最大收缩致动力，移除光源后，在10秒内恢复原长。
CN201910432428.6A 2019-05-23 2019-05-23 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法 Pending CN110240719A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910432428.6A CN110240719A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910432428.6A CN110240719A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110240719A true CN110240719A (zh) 2019-09-17

Family

ID=67884840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910432428.6A Pending CN110240719A (zh) 2019-05-23 2019-05-23 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110240719A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378190A (zh) * 2020-02-26 2020-07-07 华中科技大学 一种柔性纳米复合材料薄膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106633888A (zh) * 2016-09-27 2017-05-10 黑龙江大学 以连续性纤维为增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法
WO2018141587A1 (de) * 2017-02-03 2018-08-09 ATP Aicher + Tröbs Produktentwicklung GmbH Kunststoffzusammensetzung, herstellungsverfahren und verwendung
CN109280336A (zh) * 2018-09-12 2019-01-29 浙江理工大学 一种多重驱动型形状记忆复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106633888A (zh) * 2016-09-27 2017-05-10 黑龙江大学 以连续性纤维为增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法
WO2018141587A1 (de) * 2017-02-03 2018-08-09 ATP Aicher + Tröbs Produktentwicklung GmbH Kunststoffzusammensetzung, herstellungsverfahren und verwendung
CN109280336A (zh) * 2018-09-12 2019-01-29 浙江理工大学 一种多重驱动型形状记忆复合材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378190A (zh) * 2020-02-26 2020-07-07 华中科技大学 一种柔性纳米复合材料薄膜及其制备方法
CN111378190B (zh) * 2020-02-26 2021-07-27 华中科技大学 一种柔性纳米复合材料薄膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qi et al. 3D printed shape-programmable magneto-active soft matter for biomimetic applications
Zhao et al. Bioinspired nanocomposite hydrogels with highly ordered structures
Xia et al. A review of shape memory polymers and composites: mechanisms, materials, and applications
Qi et al. Stretchable electronics based on PDMS substrates
Courty et al. Nematic elastomers with aligned carbon nanotubes: New electromechanical actuators
CN105968717B (zh) 一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料及碳纤维复合材料的制备
Chen et al. Electro-mechanical performance of polyurethane dielectric elastomer flexible micro-actuator composite modified with titanium dioxide-graphene hybrid fillers
Chen et al. Dual-gradient PNIPAM-based hydrogel capable of rapid response and tunable actuation
Hsu et al. Stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer nanocomposites
CN101679020B (zh) 定向碳纳米管‑聚合物材料、系统和方法
Martella et al. Advances in cell scaffolds for tissue engineering: the value of liquid crystalline elastomers
Xu et al. Artificial muscle with reversible and controllable deformation based on stiffness-variable carbon nanotube spring-like nanocomposite yarn
CN106751977B (zh) 高耐热的沥青微裂纹自修复用微胶囊及其制备方法
Guo et al. Effects of short carbon fibres and nanoparticles on mechanical, thermal and shape memory properties of SMP hybrid nanocomposites
CN104325652B (zh) 镍钛记忆合金与碳纳米管复合掺杂聚氨酯复合材料及制备方法
CN107365401B (zh) 一种近红外响应主链型液晶弹性体及其制备方法
Li et al. Influence of particle coating on dynamic mechanical behaviors of magnetorheological elastomers
CN110240719A (zh) 天然植物绒纤维增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法
Zhang et al. Reversible thermochromic microencapsulated phase change materials for enhancing functionality of silicone rubber materials
Tanaka A new mechanical stimulator for cultured bone cells using piezoelectric actuator
CN109971128A (zh) 一种制备仿珍珠层环氧-石墨烯纳米复合材料的方法
CN106633888A (zh) 以连续性纤维为增强相的液晶弹性体复合材料及制备方法
Loomis et al. Stimuli-responsive transformation in carbon nanotube/expanding microsphere–polymer composites
WO2014081930A1 (en) Self-healing polyethylene
Wang et al. Switchable shape memory wetting surface based on synergistic regulation of surface chemistry and microstructure

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190917