专利名称：介电弹性体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种介电弹性体材料及其制备方法。
技术背景现今介电弹性体是制造主动驱动器的最有潜力的材料之一。由于其产生的 弹性、韧性、刺激应变能力和固有振动的振幅与生物的肌肉极其相似，所以获 得了 "人造肌肉"的美誉，同时也被广泛应用于航空航天业、机器人或昆虫的 制造、人工假肢的制造、噪声的控制、肌肉的复位与增长、液体和气体流量控制等众多领域。但是，现有的介电弹性体材料的介电常数很低(约1.4 2.S)， 形变不明显(施加高电压的情况下形变量约为150%)等缺点，且现有的介电 弹性体材料若产生形变则必须对其施加高电压才能实现，而所施加的电压高易 击穿介电弹性体材料，导致材料的失效。 发明内容本发明为了解决现有介电弹性体材料介电常数低、形变量小、产生形变所 施加的电压接近于材料的击穿电压的问题，而提供的介电弹性体材料及其制备 方法。介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01 0.3 : 1;硅橡胶溶液由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01 5.5 : 1 : 10的重量比组成。介电弹性体材料按以下方法进行制备 一、将硅树脂BJBTC5005中的可 塑齐l」、催化剂和硅橡胶原胶按0.01 5.5 : 1 : IO的重量比混合，在常温条件下 以^ 恥0r/min的速率搅拌3 Smin，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷 材料和硅橡胶溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合，在常温条件下以50 斗OOr/min的速率搅拌l5 25min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性 体硅橡胶溶液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶溶液均匀分布且与模 具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化 18 48h;五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。本发明介电弹性体材料的介电常数提高到80 360。本发明介电弹性体材料在施加5 7kV电压条件下的形变量为200% 360%。在本发明介电弹性体材料上施加10kV电压仍没有被击穿。本发明介电弹性体材料的制备方法简单、易操作、工艺容易控制。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅 橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01 0.3 :1;硅橡胶溶液由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01 5.5 : l : 10的重量比组成。硅橡胶溶液直接经过固化处理得到的介电弹性体材料的介电常数很低，仅为1.8，形变量仅为150%。本实施方式中所使用的硅树脂BJB TC5005由美国BJB Enterprises公司制造和销售。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是驰豫型铁电陶瓷材料为钛酸钡，钛酸钡的介电常数为3000 5000。其它与具体实施方式
一 相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点是钛酸钡的介电常数为4000。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.1 0.28: 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.2 0.26: 1。其它与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.25 : 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为2.75 4.4 : 1 : 10。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为3.3 4,0 : 1 : 10。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是可塑剂、催化剂与硅橡胶原胶重量比为3.85 : 1 : 10。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式介电弹性体材料按以下方法进行制备一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01 5.5 : 1 : 10 的重量比混合，在常温条件下以40 400r/min的速率搅拌3 5min，得硅橡胶 溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合， 在常温条件下以50 400r/min的速率搅拌15 25min，得介电弹性体硅橡胶溶 液；三、将介电弹性体硅橡胶溶液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶 溶液均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具 在常温条件下固化18 48h;五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中将可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按3.85 : 1 : IO的重量比混合。其它步骤及参 数与具体实施方式
十相同。 .具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中以100 300r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中以150 250r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中 以200r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤一中的搅拌时间为4min。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中的驰豫型铁电陶瓷材料为钛酸钡，钛酸钡的介电常数为3000 5000。其它步 骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.1 0.28 : 1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.2 0.26 : 1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中 将驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.25 : 1的重量比混合。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中以100 350r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中以170 330r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十二本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二 中以300r/min的速率搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤二中搅拌时间为20min。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤三中制膜模具为长度为30cm，宽度为30cm，厚度为5mm的长方体。其它步骤 及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤四 中固化时间为22 44h。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤四中固化时间为26 40h。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
十的不同点是步骤四中固化时间为35h。其它步骤及参数与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
二十八本实施方式介电弹性体材料按以下方法进行制备一、将硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按4.4 : 1 : 10的 重量比混合，在常温条件下以200r/min的速率搅拌4min，得硅橡胶溶液；二、 将驰豫型铁龟陶瓷材料和硅橡胶溶液按0.3 : 1的重量比混合，在常温条件下 以350r/min的速率搅拌20min,得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体 硅橡胶溶液倒入长度为30cm，宽度为Mcm，厚度为5mm的长方体制膜模具 中，然后使其均匀分布且与模具上边缘平齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶 液的模具在常温条件下固化35h;五、脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹 性体材料。本实施方式中所得介电弹性体材料经测试，介电常数为360;在施加7kV电压下测得，形变量为360%。
权利要求
1、介电弹性体材料，其特征在于介电弹性体材料由驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液制成；其中驰豫型铁电陶瓷材料与硅橡胶溶液的重量比为0.01～0.3∶1；硅橡胶溶液由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂和硅橡胶原胶按0.01～5.5∶1∶10的重量比组成。
2、 根据权利要求1所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电陶瓷 材料与硅橡胶溶液的重量比为0.2 0.26 : 1。
3、 根据权利要求1或2所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电 陶瓷材料为介电常数为3000 5000的钛酸钡。
4、 根据权利要求1或2所述的介电弹性体材料，其特征在于驰豫型铁电 陶瓷材料为介电常数为4000的钛酸钡。
5、 如权利要求1所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于介电弹 性体材料按以下方法进行制备 一、将硅树脂BJBTC5005中的可塑剂、催化 剂和硅橡胶原胶按0.01 5.5 : 1 : 10的重量比混合，在常温条件下以40 400r/min的速率搅拌3 5min，得硅橡胶溶液；二、将驰豫型铁电陶瓷材料和 硅橡胶溶液按0.01 0.3 : 1的重量比混合，在常温条件下以50 400r/min的 速率搅拌15 25min，得介电弹性体硅橡胶溶液；三、将介电弹性体硅橡胶溶 液倒入制膜模具中，然后使介电弹性体硅橡胶溶液均匀分布且与模具上边缘平 齐；四、将装有介电弹性体硅橡胶溶液的模具在常温条件下固化18 48h;五、 脱模，得介电弹性体薄膜，即为介电弹性体材料。
6、 根据权利要.求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤 二中驰豫型铁电陶瓷材料为介电常数为3000 5000的钛酸钡。
7、 根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤 一中将以150 250r/min的速率搅拌3 5min。
8、 根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤 二中驰豫型铁电陶瓷材料和硅橡胶溶液按重量比为0.2 0.26 : 1的比例混合。
9、 根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤 二将以170 330r/min的速率搅拌15 25min。
10、 根据权利要求5所述的介电弹性体材料的制备方法，其特征在于步骤 四中在常温条件下，固化时间为26 40h。
全文摘要
介电弹性体材料及其制备方法，它涉及介电弹性体材料及其制备方法。它解决了现有介电弹性体材料介电常数低、形变量小、产生形变所施加的电压接近于材料的击穿电压的问题。介电弹性体材料由硅树脂BJB TC5005中的可塑剂、催化剂、硅橡胶原胶和驰豫型铁电陶瓷材料制成。制备方法先将除驰豫型铁电陶瓷材料以外的原材料进行常温搅拌，再加入驰豫型铁电陶瓷材料再次进行常温搅拌，将制得物倒入制模模具中进行固化处理。本发明介电弹性体材料介电常数高、形变量大、形变所需电压远低于本发明介电弹性体材料的击穿电压。本发明制备方法简单、易操作、工艺容易控制。
文档编号H01B3/46GK101250327SQ200810064238
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者凯 于, 冷劲松, 刘彦菊, 刘立武, 震 张, 亮 施 申请人:哈尔滨工业大学