一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法。在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；碳基介电弹性体在10

A carbon based dielectric elastomer based on the dynamic vulcanization of nuclear shell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法
本专利技术涉及一种热塑性弹性体材料，特别是涉及一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法，该碳基介电弹性体是核壳结构的碳系导电填料/热塑性弹性体复合材料。
技术介绍
介电弹性体是一种电子活性聚合物，在Maxwell效应的作用下将电能转换成机械能。介电弹性体具有质量轻、电致形变大、质量能量密度高、转换效率高等优点。由于介电弹性体上述的优点，使得它被广泛应用于医疗设备、能量储存、仿生材料、航空机械、机器人等领域。聚合物具有柔性好，易成型加工等优点。但是聚合物的介电常数通常来说很小，难以达到工程技术要求。因此提高聚合物基体介电常数显得尤为重要，目前主要有两种方法来提高聚合物基体的介电常数：一种是添加高介电常数填料，这种方法虽然能够有效提高材料的介电常数，但由于加入量多，导致材料出现模量增加、缺陷多、击穿强度低等问题；另一种是添加导电填料，此种方法在填料含量很低的情况便能得到很高的介电常数，但是当填料含量超过逾渗阈值时，介电弹性体中的导电填料形成导电通路，介电损耗大幅度增加，电击穿强度大幅度降低。中国专利技术专利申请CN104830072A通过改变交联密度，调控高介电半导体填料用量，获得分散良好的氟硅橡胶复合材料。使所得复合材料能够在较少半导体填料填充下，提高介电常数，同时弹性模量没有明显提高，电击穿强度保持不变，最终产生较大的电致形变，但是半导体填料含量较低使得介电常数提高不多。中国专利技术专利申请CN103183847A提出在橡胶乳液中加入氧化石墨烯水溶液使氧化石墨烯以分子水平分散在橡胶基体中，采用原位热还原方法将氧化石墨烯还原为石墨烯，形成石墨烯片层包裹乳胶粒子的三维网络结构。此方法降低了弹性体复合材料的逾渗阂值，提高了介电常数，降低了弹性模量，但由于氧化石墨烯在弹性体基体中存在一定团聚现象，介电损耗仍较高，电击穿强度较低。导电填料填充聚合物基介电弹性体复合材料的相关研究都致力于构成导电填料网络来降低导电填料的逾渗阈值，从获得高介电常数复合材料。但是介电损耗高的问题一直没有得到有效的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的问题，提供一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体及制备方法，所得碳基介电弹性体在101‐106Hz频率范围内介电常数维持在55以上；介电损耗都能保持在0.1以下。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；所述碳基介电弹性体在101‐106Hz频率范围内介电常数维持在55以上，介电损耗都能保持在0.1以下；按质量份数计，所述碳基介电弹性体的原料配方组成为：所述的塑料连续相为聚丙烯、全氟(乙烯丙烯)(FEP)共聚物、聚全氟烷氧基(PFA)树脂、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、乙烯‐三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯‐四氟乙烯(ETFE)共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)中的一种或多种；所述的壳橡胶为氟橡胶、氟硅橡胶或乙丙橡胶接枝聚丙烯；所述壳橡胶交联剂为胺类硫化剂、双酚类硫化剂或过氧化物硫化剂；所述的壳橡胶交联助剂为双酚类硫化剂促进剂、季铵盐促进剂或季磷盐促进剂；所述的核橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶或乙丙橡胶；所述的核橡胶交联剂为过氧化物硫化剂或硅氢加成交联剂；所述的核橡胶交联助剂为过氧化物体系助交联剂；或者是所述的核橡胶交联助剂为硅氢加成交联体系催化剂或抑制剂；所述的硅氢加成交联体系催化剂为过渡金属形成的配位类催化剂；所述的碳基导电填料包括导电炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯、富勒烯中的一种或多种。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的胺类硫化剂为己二胺氨基甲酸盐、胺氨基甲酸盐、N，N’‐双亚肉桂基‐l，6一已二胺和双‐(4‐氨己基环己基)甲烷氨基甲酸盐中的一种或多种；所述的双酚类硫化剂为双酚AF、对苯二酚、取代对苯二酚和4,4‐二取代二酚中的一种或多种。优选地，所述的壳橡胶交联剂和核橡胶交联剂中的过氧化物硫化剂都为过氧化苯甲酰、2，4‐二氯过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5‐二甲基‐2，5‐双(叔丁基过氧)‐3‐已炔、叔丁基过氧化异丙、2，5‐二甲基‐2，5‐二叔丁基过氧化己烷和3，3，5，7，7‐五甲基‐1，2，4‐三氧杂环庚烷中的一种或多种；所述吸酸剂为氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化铅、二盐基亚磷酸铅和氢氧化钙中的一种或多种；所述季磷盐促进剂为苄基三苯基氯化磷(BPP)。优选地，所述的壳橡胶交联剂和核橡胶交联剂的过氧化物硫化剂都为过氧化苯甲酰、2，4‐二氯过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5‐二甲基‐2，5‐双(叔丁基过氧)‐3‐已炔、叔丁基过氧化异丙、2，5‐二甲基‐2，5‐二叔丁基过氧化己烷和3，3，5，7，7‐五甲基‐1，2，4‐三氧杂环庚烷中的一种或多种。优选地，所述抑制剂为二甲基亚矾、乙烯基环体、顺丁烯二酸酐和吡啶中的一种或多种；所述的过氧化物体系助交联剂为三丙烯基异氰脲酸酯和三丙烯基氰脲酸酯中的一种或多种；所述基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体的制备方法：该制备方法为两步法或一步法；所述两步法包括如下步骤：1)将碳基导电填料预分散在核橡胶中制得分散均匀的碳基导电填料与核橡胶共混物；2)在开炼机上将壳橡胶和吸酸剂制得混炼均匀的壳橡胶混炼胶；3)在强制密闭混炼机中加入塑料连续相，在170～330℃的温度下，使塑料连续相完全熔融塑化；4)往步骤3)中加入步骤1)中制备的核橡胶/碳基导电填料共混物，使物料达到均匀分散；5)往步骤4)中加入核橡胶交联剂和核橡胶交联助剂，核橡胶发生交联并被剪切成颗粒，并达到均相分散；6)往步骤5)中加入步骤2)中制备的壳橡胶混炼胶，并达到均匀分散；7)往步骤6)中加入壳橡胶交联剂和壳橡胶交联助剂，壳橡胶发生交联。所述一步法为如下两种中任一种；第一种一步法包括如下步骤：1)将碳基导电填料预分散在核橡胶中制得分散均匀的碳基导电填料与核橡胶共混物；2)在开炼机上将核橡胶/碳基导电填料和壳橡胶以及吸酸剂制得混炼均匀的橡胶混炼胶；3)在强制密闭混炼机中加入塑料连续相，在170～330℃的温度下，使塑料连续相完全熔融塑化；4)往步骤3)中加入步骤2)中制备的核/壳橡胶混炼胶，使物料达到均匀分散；5)往步骤4)中加入核橡胶交联剂和核橡胶交联助剂，核橡胶发生交联并被剪切成颗粒，并达到均相分散；6)往步骤5)中加入壳橡胶交联剂和壳橡胶交联助剂，壳橡胶发生交联。第二种一步法包括如下步骤：1)将碳基导电填料预分散在核橡胶中制得分散均匀的碳基导电填料与核橡胶共混物；2)在强制密闭混炼机中加入塑料连续相，在170～330℃的温度下，使塑料连续相完全熔融塑化；3)往步骤2)中加入步骤1)中制备的核橡胶混炼胶、壳橡胶以及吸酸剂，使物料分散；4)往步骤3)中加入核橡胶交联剂和核橡胶交联助剂，核橡胶发生交联并被剪切成颗粒，并达到均相分散；5)往步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，其特征在于，在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；所述碳基介电弹性体在10

【技术特征摘要】
1.一种基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，其特征在于，在塑料连续相中分散形成多个壳橡胶完全包覆交联的核橡胶的核壳结构；介电弹性体中碳基导电填料选择分散在核橡胶中，并被壳橡胶包覆形成一个个分散的微米级微电容；所述碳基介电弹性体在101‐106Hz频率范围内介电常数维持在55以上，介电损耗都能保持在0.1以下；按质量份数计，所述碳基介电弹性体的原料配方组成为：塑料连续相10～80份壳橡胶5～80份壳橡胶交联剂0.1～5份壳橡胶交联助剂0.01～10份核橡胶5～85份核橡胶交联剂0.1～5份核橡胶交联助剂0.01～10份碳基导电填料0.1～50份吸酸剂0.5～8份所述的塑料连续相为聚丙烯、全氟(乙烯丙烯)共聚物、聚全氟烷氧基树脂、聚三氟氯乙烯、乙烯‐三氟氯乙烯共聚物、乙烯‐四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚氟乙烯中的一种或多种；所述的壳橡胶为氟橡胶、氟硅橡胶或乙丙橡胶接枝聚丙烯；所述壳橡胶交联剂为胺类硫化剂、双酚类硫化剂或过氧化物硫化剂；所述的壳橡胶交联助剂为双酚类硫化剂促进剂、季铵盐促进剂或季磷盐促进剂；所述的核橡胶为硅橡胶、丁腈橡胶或乙丙橡胶；所述的核橡胶交联剂为过氧化物硫化剂或硅氢加成交联剂；所述的核橡胶交联助剂为过氧化物体系助交联剂；或者是所述的核橡胶交联助剂为硅氢加成交联体系催化剂或抑制剂；所述的硅氢加成交联体系催化剂为过渡金属形成的配位类催化剂；所述的碳基导电填料包括导电炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯、富勒烯中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的基于核壳动态硫化的介电弹性体，其特征在于：所述的胺类硫化剂为己二胺氨基甲酸盐、胺氨基甲酸盐、N，N’‐双亚肉桂基‐l，6一已二胺和双‐(4‐氨己基环己基)甲烷氨基甲酸盐中的一种或多种；所述的双酚类硫化剂为双酚AF、对苯二酚、取代对苯二酚和4,4‐二取代二酚中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的基于核壳动态硫化的介电弹性体，其特征在于：所述的壳橡胶交联剂和核橡胶交联剂中的过氧化物硫化剂都为过氧化苯甲酰、2，4‐二氯过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5‐二甲基‐2，5‐双(叔丁基过氧)‐3‐已炔、叔丁基过氧化异丙、2，5‐二甲基‐2，5‐二叔丁基过氧化己烷和3，3，5，7，7‐五甲基‐1，2，4‐三氧杂环庚烷中的一种或多种；所述吸酸剂为氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化铅、二盐基亚磷酸铅和氢氧化钙中的一种或多种；所述季磷盐促进剂为苄基三苯基氯化磷。4.根据权利要求1所述的基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，其特征在于：所述的壳橡胶交联剂和核橡胶交联剂的过氧化物硫化剂都为过氧化苯甲酰、2，4‐二氯过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5‐二甲基‐2，5‐双(叔丁基过氧)‐3‐已炔、叔丁基过氧化异丙、2，5‐二甲基‐2，5‐二叔丁基过氧化己烷和3，3，5，7，7‐五甲基‐1，2，4‐三氧杂环庚烷中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的基于核壳动态硫化的碳基介电弹性体，其特征在于：所述抑制剂为二甲基亚矾、乙烯基环体、顺丁烯二酸酐和吡啶中的一种或多种；所述的过氧化物体系助交联剂为三丙烯基异氰脲...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉坤，龚舟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44