基于滑轮效应的丙烯酸酯介电弹性体制备及性能研究

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介电弹性体驱动器在外加电场的刺激下可以发生可逆的驱动应变,在软体机器人和医疗器械等领域中具有极大的应用潜力。介电弹性体驱动器的电致输出性能受介电材料的弹性模量、介电常数和击穿场强的影响较大,因此,本文致力于研究新型高介电常数的介电弹性体,并使其弹性模量尽可能低,以提升材料的电致输出性能。本文通过控制聚乙二醇封端基团体积,与α-环糊精自组装制备两种包覆率的聚轮烷,在α-环糊精上接枝羟丙基提高其溶解性,再与己内酯单体本体聚合接枝柔性链,通过六亚甲基二异氰酸酯交联聚己内酯末端制得两种滑环弹性体薄膜。以综合性能更优的聚轮烷作为交联链,与丙烯酸单体聚合制备出一种丙烯酸酯滑环弹性体,通过引入氰基提高其介电性能。论文取得的研究成果如下:(1)通过~1HNMR和FTIR表明合成了结构稳定的聚轮烷及其衍生物,交联剂含量相同的条件下,包覆率为7.0%的聚轮烷(PR07)弹性体的弹性模量明显低于包覆率为25.0%的聚轮烷(PR25)弹性体,此外,两种弹性体的介电常数相近,介电损耗处于较低水平。因此,PR07的综合性能更好。(2)乙烯基改性的HyPR07作为交联剂与两种丙烯酸酯单体聚合,获得弹性佳的高介电常数AE/PR滑环弹性体薄膜。FTIR证明交联成功,DSC和TGA数据表明AE/PR滑环弹性体的热稳定性随着聚轮烷含量的增加而提高。当聚轮烷交联剂含量为1.0 wt%时,弹性体综合性能较好,弹性模量为0.19 MPa,断裂伸长率为678.09%,在1 000 Hz下,介电常数为8.02且介电损耗低于0.10。(3)对AE/PR滑环弹性体薄膜进行氰乙基改性,制备了一种不含任何无机填料的高介电常数和低弹性模量的弹性体薄膜。FTIR证明了氰基基团的成功引入,DSC和TGA分析表明材料的热稳定性得到提高。Cy(AE/PR)滑环弹性体薄膜具有低于3.10MPa的弹性模量和高于300%的断裂伸长率。在1 000 Hz下,其介电常数随着丙烯腈用量的增加从8.02升高至14.98,提高了近2倍,而介电损耗从0.09升至0.42。
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