【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于介电弹性体材料，尤其是涉及一种羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体及其制备方法、介电弹性体驱动器。
技术介绍
1、目前，机器人多采用“电机+减速器”的传统驱动方式，存在重量大、动作生硬等问题，严重制约人机交互的自然性、安全性、舒适性。开展仿生柔顺人工肌肉研究，以期实现类人或动物肌肉的柔性驱动，有望为机器人驱动带来变革。
2、介电弹性体驱动器(dea)是一种电刺激响应的软体驱动器，可以将电能转化为机械能而无需齿轮传动，在宽频率范围内高效工作，具有重量轻、柔性好、快速响应和大应变的优势，是有希望的新型软驱动器。
3、dea由介电弹性体(de)薄膜和柔顺电极组成，当在dea施加电压时，由于静电力作用使薄膜收缩，从而在面内方向扩张。根据麦克斯韦应力公式σ＝εrε0(v/d)2＝εrε0e2(σ为压应力，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，v为施加的电压，d为介电弹性体薄膜厚度,e为施加的电场)，应力随着介电弹性体介电常数、电场强度的增加而增加。因此，通过材料改性与优化，增大介电弹性体的介电常数、击穿强度有利于提高驱动能力。
4、为了增加介电弹性体的介电常数，常见的方法是向聚合物中添加导电、高介电常数材料。中国专利cn110564134a公开了一种聚氨酯基复合丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，以氧化石墨烯包裹纳米二氧化钛和超导炭黑为导电填料提高介电弹性体介电常数。虽然该方法介电常数可显著增加，但是击穿强度降低，这极大地限制了介电材料的应用，并且其制备方式复杂，不利于大规模生产。此
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提出了一种介电性能优异、击穿强度高、力学性能好、致动应变强的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体，并提出了制备方式简单、适于大规模制造的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法；同时提出了应用所述羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体，实现高能量密度和高输出力的介电弹性体驱动器，并提出了介电弹性体驱动器的制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术一方面提供了一种羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛(硫化剂tot)混合，得到均匀的混合液；
5、s2、将s1得到的混合液采用刮涂成膜的方式，刮涂后干燥，再硫化，得到所述介电弹性体。
6、相较于直接加入无表面修饰的固体填料，羟基修饰二氧化钛溶胶具有更好的分散性；氢化羧基丁腈橡胶(hxnbr)具有腈基、羧基官能团，偶极子多，因此介电常数高，100hz下高达13，且其具有的羧基(-cooh)，可以与羟基修饰二氧化钛的表面羟基形成氢键，使二氧化钛与hxnbr具有良好的相互作用，hxnbr中的二氧化钛均匀分散，在提高介电常数的同时，提高击穿强度；
7、采用溶液刮涂成型的方式，易于大批量制造，成膜形状可以根据成型模具进行设计且薄膜厚度可调。
8、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述s1中，氢化羧基丁腈橡胶溶液的质量百分数为10～20wt％；氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛的质量比为100：3～20：5～20。
9、厚度方向的形变公式可以近似为：(sz为厚度方向上的应变，y为介电弹性体的弹性模量)。由形变公式可知，当介电弹性体弹性模量较低时，易产生大形变，但输出力小；当弹性模量较大时，能满足大负载驱动需求，输出力大，但形变小。
10、随着添加硫化剂比例越大，制备的介电弹性体弹性模量越高；同样，二氧化钛含量越高，介电弹性体弹性模量越高；通过调控硫化剂与二氧化钛的比例，可以制得不同模量的介电弹性体，综合优化下，控制氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛的质量比为100：3～20：5～20，可实现满足形变要求的同时具有良好的输出力。
11、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述s1中羟基修饰二氧化钛溶胶通过以下方式得到：将钛醇盐加入到溶剂a中，混匀，再加入异丙醇、丁酮和纯水，混匀，于30～60℃下老化1～4小时，得到所述羟基修饰二氧化钛溶胶；其中，所述钛醇盐为四异丙氧基钛、钛酸四丁酯或钛酸异丙酯；所述溶剂a为酰丙酮、四氢呋喃或二甲基甲酰胺。
12、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述钛醇盐：所述溶剂a：所述异丙醇：所述丁酮：纯水的摩尔比1：2～10：0.5～2.5：2～4：3～5。
13、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述氢化羧基丁腈橡胶溶液中的溶剂与所述溶剂a相同。
14、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述s1中氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛通过球磨的方式混合，得到的混合液经抽真空，去除气泡。
15、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法的实施方式中，所述s2中，刮涂后采用室温干燥，100～200℃条件下硫化1～3h。
16、本专利技术第二方面提供了一种采用所述制备方法制备的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体。
17、在本专利技术的一些优选的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的实施方式中，所述介电弹性体为厚度在20～1000μm的薄膜。
18、本专利技术第三方面提供了一种介电弹性体驱动器，包括介电弹性体薄膜及电极，所述介电弹性体薄膜为羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体。
19、本专利技术第四方面提供了一种介电弹性体驱动器的制备方法，包括如下步骤：
20、(1)将碳纳米管含量为10～20wt％多壁碳纳米管水分散液、异丙醇和纯水混合后超声分散，得到分散良好的多壁碳纳米管溶液；
21、(2)采用喷涂的方式喷涂多壁碳纳米管溶液，通过使用特性形状的掩膜框在介电弹性体薄膜上喷涂出所需形状的电极，得到所述介电弹性体驱动器；其中，所述介电弹性体薄膜为所述羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体
22、在本专利技术的一些优选的介电弹性体驱动器的制备方法的实施方式中，所述异丙醇与所述纯水体积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述S1中，氢化羧基丁腈橡胶溶液的质量百分数为10～20wt％；氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛的质量比为100：3～20：5～20。
3.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述S1中羟基修饰二氧化钛溶胶通过以下方式得到：
4.根据权利要求3所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述钛醇盐：所述溶剂A：所述异丙醇：所述丁酮：纯水的摩尔比1：2～10：0.5～2.5：2～4：3～5。
5.根据权利要求3所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述氢化羧基丁腈橡胶溶液中的溶剂与所述溶剂A相同。
6.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述S
7.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述S2中，刮涂后采用室温干燥，100～200℃条件下硫化1～3h。
8.一种羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体，其特征在于：采用权利要求1到7任一项所述的制备方法制备得到。
9.一种介电弹性体驱动器，其特征在于：包括介电弹性体薄膜及电极，所述介电弹性体薄膜为权利要求1到7任一项所述的制备方法制备得到的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体。
10.一种介电弹性体驱动器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述s1中，氢化羧基丁腈橡胶溶液的质量百分数为10～20wt％；氢化羧基丁腈橡胶溶液、羟基修饰二氧化钛溶胶、异辛醇钛的质量比为100：3～20：5～20。
3.根据权利要求1所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述s1中羟基修饰二氧化钛溶胶通过以下方式得到：
4.根据权利要求3所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述钛醇盐：所述溶剂a：所述异丙醇：所述丁酮：纯水的摩尔比1：2～10：0.5～2.5：2～4：3～5。
5.根据权利要求3所述的羟基修饰二氧化钛改性氢化羧基丁腈橡胶介电弹性体的制备方法，其特征在于：所述氢化...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟垂舟，华帅闯，禹伟，李国显，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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