可拉伸填料掺杂的高介电常数柔性复合材料制造技术

本发明专利技术公开了可拉伸填料掺杂的高介电常数柔性复合材料，由如下制备方法制成：

【技术实现步骤摘要】
可拉伸填料掺杂的高介电常数柔性复合材料


：
[0001]本专利技术涉及机器人
，具体地说，涉及一种高介电常数柔性复合材料
。

技术介绍

：
[0002]在
1959
年，
George Devol
和
Joseph Engelberger
研发出了世界上第一台机器人
Unimate
；
1961
年，他们自动机械设备专利得以通过，并在同年美国通用汽车公司安装了第一台工业机器人，用来生产门和窗把手等汽车内饰
。Unimate
的出现实现了机器人从无到有的重大突破
。
经过
60
多年的发展，工业机器人已被广泛应用于各个行业，大大解放了人力资源，推动了社会和经济的发展
。
[0003]随着科技的发展，机器人的功能越来越多，其可完成的工作也越来越精密
。
但是由于传统的工业机器人结构刚度大
、
运动自由度低
、
灵活性差
、
易受外界冲击或零件磨损等因素产生故障等缺点导致其无法应用于一些特殊领域，例如：深海勘探
、
矿井探测等，在这些特殊的严苛环境工作需要耗费极大的人力和财力资源，且极易造成工作人员的伤亡，而想要零风险的完成上述工作，选择具有高运动自由度
、
可在狭隘的孔隙或运动受限的空间工作
、
不易产生结构以及功能损坏的软体智能机器人代替人力是最优解
。
[0004]软体智能机器人的研究关键在于材料的开发，其要求材料具有较大的形变能力
、
多次可重复形变
、
高形变灵敏度等性能
。
目前，形状记忆合金
、
液晶弹性体
、
介电弹性体是制造软体机器人的常用材料，但是形状记忆合金形变量较小，以及液晶弹性体形变灵敏度低两者缺点明显且瑜不掩瑕
。
而介电弹性体的形变能力大
、
响应灵敏度高
、
操作系统便捷，是综合性能最好的新材料
。
[0005]介电弹性体驱动器：由介电高分子薄膜和膜两侧的柔性电极组成“三明治”复合结构，当施加电压时，膜的两侧电极上会产生并积累电荷，表面上电荷间的相互作用产生麦克斯韦应力，导致薄膜形变
。
在电场强度一定的情况下，弹性体形变能力的决定性因素只有材料本身的介电常数和杨氏模量
。
当前能够简易且廉价制备的介电弹性体有硅橡胶
、
丙烯酸酯弹性体
、
聚氨酯弹性体等
。
但是这些未经修饰或填料掺杂的纯弹性体，其本身的介电常数非常低，一般仅有3～5，这意味着需要极高的电压
(
电场强度
)
才能得到明显的形变，然而过高电压
(
电场强度
)
往往会导致材料的击穿或不可逆损伤
。
因此，在不大幅度降低材料杨氏模量的条件下，适当的对材料进行改性或掺杂形成复合材料，提升其在低电压
(
电场强度
)
的形变能力就显得非常重要
。
[0006]目前最常用的弹性体改性方法有：引入极性基团
、
高介电常数的固体填料掺杂和金属液体掺杂
。
其目的均是提升材料在电场中的极化作用，进而提升介电常数
。
但是这三种方法各有优劣：引入极性基团不是一种简易且泛用性高的改进方法，不同的基团对不同有机分子骨架接入难度不同，操作难度大且性能提升有限，但能够很好的避免复合材料模量的上升；掺杂固体或液体填料是一种非常简单的改性方法，然而固体掺杂含量过高会导致复合材料模量大幅上升而丧失形变能力，液体金属掺杂量过高则会使复合材料变成导体而丧失形变能力或者形变过程导致填料泄露；填料掺杂量较低则性能改善不太明显
。
因此，这
三种改性方法都不够理想
。

技术实现思路

：
[0007]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够大幅改善因掺杂量过高而带来的力学性能下降的问题，同时提高复合材料的介电性能，以实现在低电压条件下，介电弹性体材料有较大形变量的可拉伸填料掺杂的高介电常数柔性复合材料
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种柔性复合材料，由如下制备方法制成：
[0010](1)
制备凝胶前驱液体：将高分子聚合物骨架
、
热引发剂
、
交联剂和高介电常数分散介质均匀混合后，形成凝胶前驱液体；
[0011]所述高分子聚合物骨架和高介电常数分散介质的质量比为1：1；所述热引发剂的质量为高分子聚合物骨架1％
、
所述交联剂的质量为高分子聚合物骨架的
0.1
％；
[0012](2)
将凝胶前驱液体与矿物油搅拌混匀制备出稳定的乳液，将乳液放置于
70℃
下，使凝胶液滴交联形成凝胶微颗粒；离心，将得到的凝胶微颗粒与硅橡胶混匀，加入固化剂正硅酸乙酯，橡胶固化后得到凝胶掺杂的柔性复合材料
。
[0013]作为优选的，在上述的柔性复合材料中，所述高介电常数分散介质为碳酸亚乙酯和碳酸丙二醇酯的混合溶液，其体积比为
4:1。
[0014]作为优选的，在上述的柔性复合材料中，所述高分子聚合物骨架为丙烯酰胺；所述热引发剂为偶氮二异丁腈，所述交联剂为
N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺
。
[0015]作为优选的，在上述的柔性复合材料中，凝胶前驱液体作为乳液的分散相，矿物油作为乳液的连续相，目的是为了制备出不同粒径的凝胶微颗粒，通过调整乳液分散相和连续相之间的比例以及两者在混匀过程的搅拌速度，以制备出不同粒径大小的凝胶微颗粒
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017](1)
凝胶柔性填料本身的模量较低，开发柔性高介电常数填料是一种简易且能有效改善复合材料性能的有效方法
。
凝胶是一种特殊的分散体系，由高分子聚合物网状骨架和分散介质组成，由于构成网架的高分子化合物或线性胶粒仍具有一定的柔顺性，所以整个凝胶也具有一定的弹性
。
那么将高介电常数溶剂分散至高分子骨架中制备出的柔性填料，不但能提高复合材料介电性能，而且不大幅度降低其力学性能，以解决现有的介电弹性体性能的不足
。
[0018](2)
本专利技术采用的原材料廉价易得，制备条件温和
。
本专利技术采用凝胶柔性填料掺杂是一种不过于牺牲材料力学性能且能显著提高材料介电常数的途径，凝胶填料的掺杂量最多可达总质量的
60
％，且复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔性复合材料，其特征在于由如下制备方法制成：
(1)
制备凝胶前驱液体：将高分子聚合物骨架
、
热引发剂
、
交联剂和高介电常数分散介质均匀混合后，形成凝胶前驱液体；所述高分子聚合物骨架和高介电常数分散介质的质量比为1：1；所述热引发剂的质量为高分子聚合物骨架1％
、
所述交联剂的质量为高分子聚合物骨架的
0.1
％；
(2)
将凝胶前驱液体与矿物油搅拌混匀制备出稳定的乳液，将乳液放置于<...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆体涛，袁海沅，薛铭，刘族鹏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：