[發(fā)明專利]一種高機-電轉(zhuǎn)換效率天然橡膠復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711278357.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108164843A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊丹;阮夢楠;郭文莉;李樹新;伍一波;商育偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號: C08L23/28
• 分類號: C08L23/28;C08L75/04;C08K3/24;C08K3/06;C08K5/12;C08K3/22
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發(fā)明涉及一種高機?電轉(zhuǎn)換效率天然橡膠復(fù)合材料及其制備方法。所述復(fù)合材料含有橡膠基體：100份，硫化劑：2?5份，無機填料：10?50份，增塑劑：10?50份。所述制備方法采用高介電常數(shù)的無機填料和增塑劑填充到天然橡膠基體中，獲得了兼顧高介電常數(shù)和低彈性模量的介電彈性體復(fù)合材料，這種復(fù)合材料具有大拉伸比、高電擊穿強度、高機?電轉(zhuǎn)換效率和高能量密度。天然橡膠介電彈性體復(fù)合材料為介電彈性體發(fā)電機領(lǐng)域提供了一種新材料的制備方法和思路。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及高機-電轉(zhuǎn)換效率天然橡膠介電彈性體復(fù)合材料及其制備方法。具體涉及采用高介電陶瓷填料及增塑劑制備具有高機-電轉(zhuǎn)換效率和高能量密度的介電彈性體發(fā)電機用天然橡膠復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

介電彈性體發(fā)電機(DEG)由彈性體薄膜及涂覆在其上下表面的柔順電極組成，能將自然環(huán)境中的多種機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽赏蔀橐环N再生能源新方式。DEG較傳統(tǒng)的電磁式、壓電式發(fā)電機相比，具有質(zhì)量輕、能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、成本低等優(yōu)點。介電彈性體具有柔韌性好、形變量大、能量密度高、響應(yīng)時間快、介電損耗和粘彈滯后損耗小、加工成本低、能大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，是制備DEG用材料的良好選擇。

近年來，應(yīng)用于介電彈性體發(fā)電機上的介電材料大部分來自美國3M公司的丙烯酸酯VHB4910膠帶。但是VHB4910介電常數(shù)較低(4.8)、黏彈滯后損耗大，嚴重制約其機-電轉(zhuǎn)換效率的提高。因此，設(shè)計并制備具有高介電常數(shù)、低介電損耗、低彈性模量、大拉伸比、高擊穿強度的介電彈性體材料是發(fā)展高機-電轉(zhuǎn)換效率DEG的關(guān)鍵因素。如，Dongrui Wang等，在“Dielectric elastomer generator withimproved energy density andconversionefficiency based onpolyurethane composites”(《ACS Applied Materials&Interfaces》2017，9：5237-5243)一文中，詳細介紹了以聚氨酯(PU)為基體材料，通過填充鈦酸鋇(BT)陶瓷填料和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)增塑劑，制備出介電彈性體復(fù)合材料。相比較于純聚氨酯材料，這種聚氨酯復(fù)合材料將能量密度從0.1mJ/cm³提高到1.6mJ/cm³，同時機-電轉(zhuǎn)換效率從0.1％提高到0.7％。該工作雖然提出了一種新材料的制備方法，但復(fù)合材料的機-電轉(zhuǎn)換效率的提高非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種高機-電轉(zhuǎn)換效率天然橡膠復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明是向天然橡膠介電彈性體基體中添加高介電常數(shù)的介電陶瓷填料來提高彈性體的介電常數(shù)，同時通過填充小分子增塑劑進一步降低彈性模量，從而制備兼顧高介電常數(shù)和大拉伸比的介電彈性體復(fù)合材料，從而獲得高機-電轉(zhuǎn)換效率和高能量密度，為介電彈性體發(fā)電領(lǐng)域提供了一種新材料的制備方法。

本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其包括以下組分和質(zhì)量份數(shù)：100質(zhì)量份的橡膠基體，2-5質(zhì)量份硫化劑、10-50質(zhì)量份的高介電無機填料，10-50質(zhì)量份的增塑劑。

上述彈性體基體為：天然橡膠，所述天然橡膠具有優(yōu)異的電絕緣性、大拉伸比、良好的抗撕裂性、耐磨性和耐旱性；上述高介電無機填料為：鈦酸鋇、二氧化鈦、氧化鋁、鈮鎂鋯鈦酸鉛、銅鈦酸鉛陶瓷填料；上述增塑劑為：鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、芳香油、石蠟油或環(huán)烷油。所述半導(dǎo)體填料的粒徑為30nm-200nm。

上述高機-電轉(zhuǎn)換效率天然橡膠復(fù)合材料制備方法為：

(1)將溴化丁基橡膠100質(zhì)量份與2-5質(zhì)量份硫化體系、10-50質(zhì)量份無機填料和10-50質(zhì)量份增塑劑在20-60℃混煉均勻出片，

(2)將步驟(1)所得片材停放7-9h后，在平板硫化機上硫化，混合物在140-150℃模壓硫化制成天然橡膠介電彈性體復(fù)合材料。