[发明专利]介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用。所述介电弹性体预聚物的制备方法包括如下步骤：将原料组合物的各组分混合均匀，即可；所述原料组合物包括如下质量百分比含量的组分：60～75％的双官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、15～25％的活性稀释剂、4～6％的增韧剂、5～15％的交联剂和0.1～0.2％的光引发剂。所述介电弹性体复合材料由所述介电弹性体预聚物经光固化得到。本发明介电弹性体复合材料在无需预拉伸的情况下即拥有高能量密度的变形输出，大大提升介电弹性体这一智能材料的应用潜能，拓宽其应用边界，尤其适合于高柔性的驱动器构建。

技术领域

本发明涉及一种介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用。

背景技术

介电弹性体作为一种电活性智能软材料，具有变形大、响应快、机电转换效率高以及质轻价廉等突出特性，在仿生机器人、智能传感与驱动、可控光学以及降噪减震等领域得到了广泛的研究与应用。

介电弹性体的驱动变形本质上是由外加电场引发的麦克斯韦应力引起的。在介电弹性体薄膜的上下表面分别涂上一层柔性电极，形成三明治的结构。当施加外界电场时，介电弹性体薄膜的上下表面分别会产生正负电荷，上下表面上的异性电荷相互吸引，同一表面上的同性电荷相互排斥，薄膜中产生静电力或麦克斯韦应力，从而使薄膜在径向方向发生压缩，平面方向发生扩张。

目前常用的介电弹性体主要是3M公司的VHB系列(4910、4905等)，这类材料通常需要高度预拉伸，避开介电弹性体自身的机电不稳定后才能发挥大变形、快响应、高能量密度等实用的价值。但是预拉伸介电弹性体薄膜应用过程中最大的问题就是需要复杂的支架去固定薄膜维持其拉伸状态，一般固定支架的体积和重量都远远大于介电弹性体薄膜本身的体积和重量，因此大幅度降低了其能量密度，而且介电弹性体薄膜与固定支架的界面处还会不可避免的产生应力集中，会造成薄膜提早断裂、拉伸状态下的应力松弛等问题，严重影响驱动器的寿命。

发明内容

针对现有技术中介电弹性体在应用过程需要经过预拉伸的缺陷，本发明提供了一种介电弹性体复合材料、介电弹性体预聚物、制备方法和应用，该介电弹性体预聚物通过紫外光固化的方式快速成型得到介电弹性体复合材料，在无需预拉伸的情况下即拥有高能量密度的变形输出，大大提升介电弹性体这一智能材料的应用潜能，拓宽其应用边界，尤其适合于高柔性的驱动器构建。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种介电弹性体预聚物的制备方法，其包括如下步骤：将原料组合物的各组分混合均匀，即可；

所述原料组合物包括如下质量百分比含量的组分：60～75％的双官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、15～25％的活性稀释剂、4～6％的增韧剂、5～15％的交联剂和0.1～0.2％的光引发剂。

本发明中，所述双官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸酯的型号为CN9023或CN9021，购自Sartomer公司。

本发明中，所述活性稀释剂可为本领域常规的活性稀释剂，较佳地，所述活性稀释剂为自由基型活性稀释剂，更佳地，所述活性稀释剂为丙烯酸酯类活性稀释剂，包括单官能度丙烯酸酯类活性稀释剂(例如丙烯酸异冰片酯)和/或多官能度丙烯酸酯类活性稀释剂。

本发明中，所述增韧剂可为本领域常规的增韧剂，较佳地，所述增韧剂为甲基丙烯酸异癸酯。

本发明中，所述交联剂可为本领域常规的交联剂，较佳地，所述交联剂为丙烯酸酯类交联剂，包括多官能度丙烯酸酯类交联剂(例如1,6-己二醇二丙烯酸酯)。

本发明中，多官能度丙烯酸酯类交联剂是指通常多羟基醇和丙烯酸或甲基丙烯酸的反应产物，具有至少两个碳碳双键。

本发明中，所述光引发剂可为本领域常规的光引发剂，较佳地，所述光引发剂为自由基紫外光引发剂，例如苯甲酮和/或安息香二乙醚，更佳地，所述引发剂为苯甲酮和安息香二乙醚。