硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能研究

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硅橡胶介电弹性体复合材料在介电弹性体研究领域中研究最为广泛,具有模量低、介电常数高、弹性能量密度高、应变响应速度快、加工性好等优点,有着良好的应用前景。本文分别制备了硅胶/二氧化钛和硅胶/聚乙二醇复合材料,研究了二氧化钛和聚乙二醇对硅胶介电性能、力学性能以及电致应变性能的影响。主要内容如下:1、以液体硅胶DC3481为基体,分别以微米金红石型二氧化钛(μ-TiO2)、纳米金红石型二氧化钛(n-TiO2)和纳米混合型二氧化钛(Mix-TiO2)为填料,通过溶液室温硫化法制备了硅胶/TiO2复合材料薄膜。首先将30份这三种不同类型的TiO2分别添加到硅胶中,这三种不同类型TiO2与硅胶的复合材料的介电常数、杨氏模量均高于纯硅胶。两种金红石型TiO2复合材料的介电常数最高,比纯硅胶提高了80%,金红石型微米TiO2复合材料的优化指数(介电常数与杨氏模量的比值)最高,因此在50V/μm驱动电压下其电致应变达到18%,比纯硅胶高出50%。然后分别添加10、20、30phr微米金红石型TiO2到硅胶中,研究了其用量对硅胶介电、力学、电致应变等性能的影响,复合材料的模量与介电常数随TiO2用量增加会持续提高,30份TiO2与硅胶复合材料的优化指数最高,其电致应变也最高。将实际电致应变与理论计算值进行了对比分析,阐述了介电损耗和力学损耗对电致应变的影响。2、以液体硅胶DC3481为基体,分别以重均分子量为600和1500的聚乙二醇(PEG)为填料,通过溶液室温硫化法制备硅胶/PEG复合材料。首先分别将5phr这两种不同分子量的PEG添加到硅胶中,这两种复合材料的介电常数均高于纯硅胶,PEG1500/硅胶复合材料的介电常数最高,比纯硅胶高出50%。PEG600/硅胶的杨氏模量低于纯硅胶,PEG1500/硅胶复合材料的模量高于纯硅胶。这是由于PEG600为液态,具有增塑作用,能够降低分子间力,PEG1500为半结晶结构具有增强的作用。最终PEG600/硅胶复合材料的优化指数高于纯硅胶,PEG1500/硅胶复合材料的优化指数低于纯硅胶,导致PEG600/硅胶的电致应变最高,PEG1500/硅胶的电致应变最低。然后分别添加2、5、8份PEG600到硅胶中,研究PEG600用量对硅胶介电、力学和电致应变性能的影响。随着PEG600用量增加,复合材料的介电常数持续提高,模量持续下降,电致应变持续提高。但是复合材料的体积电阻率也持续下降,使复合材料的击穿强度下降。此外,将理论计算应变与实际电致应变进行了比较分析,讨论了介电常数、介电损耗、杨氏模量、力学损耗与电致应变之间的关系,对今后的研究有一定的指导意义。
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