硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能研究

北 京 化 工 大 学硕士研究生学位论文题 目 硅橡胶介电弹性体复合材料 的制备与性能研究 研 究 生 刘 浩 亮 专 业 材 料 科 学 与 工 程 指导教师 田明 教授 日 期: 二零一二 年 六 月 五 日北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 学位论文数据集中图分类号 TQ334.9 学科分类号 430.5530论文编号 1001020120386 密 级 公开学位授予单位代码 10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名 刘浩亮 学 号 2009000386获学位专业名称 材料科与工程 获学位专业代码 080502课题来源 基金课题 研究方向 介电弹性体论文题目 硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能研究关 键 词 硅橡胶，二氧化钛，聚乙二醇，介 电常数，电致应变， 优化指数论文答辩日期 2012.05.27 * 论 文 类 型 基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名 职称 工作单位 学科专长指导教师 田明 教授 北京化工大学 高分子材料评阅人 1 吴文彪 高工北京橡胶工业研究 设计院高分子材料评阅人 2 吴卫东 高工 北京化工大学 高分子材料评阅人 3评阅人 4答 辩 委 员 会 主 席 吴文彪 高工北京橡胶工业研究设计院高分子材料答辩委员 1 张立群 教授 北京化工大学 高分子材料答辩委员 2 田明 教授 北京化工大学 高分子材料答辩委员 3 吴丝竹 教授 北京化工大学 高分子材料答辩委员 4 赵秀英 副教授 北京化工大学 高分子材料答辩委员 5 吴卫东 高工 北京化工大学 高分子材料注：一. 论文类型：1.基础研究 2.应用研究 3.开发研究 4.其它二. 中图分类号在中国图书资料分类法查询。三. 学科分类号在中华人民共和国国家标准（GB/T 13745-9）学科分类与代码中查询。四. 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要I硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能研究摘要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（-TiO 2） 、纳米金红石型二氧化钛(n-TiO 2)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/m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、30 phr 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 与硅胶北京化工大学硕士学位论文II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。 摘要III关键词：硅橡胶，二氧化钛，聚乙二醇，介电常数，电致应变，优化指数 北京化工大学硕士学位论文IVTHE PREPARATION AND STUDY OF SILICONE DIELECTRIC ELASTOMER COMPOSITESABSTRACTDielectric silicone elastomer composites have the merits of low modulus, high dielectric constant, high elastic energy density, fast response speed and good process ability, so they enjoy the most common research in the dielectric elastomer field. The composites of silicone/TiO2 and silicone/PEG were fabricated. Then the influence of TiO2 and PEG on the dielectric, electric, mechanical and electromechanical properties of silicone composites was tested. The details are as followed:1. The composites composed of silicone(DC3481) and three types of TiO2(micro rutile, Nano rutile and Nano mixed) were fabricated through room temperature vulcanization method. First, 30phr of the three types of TiO2 were added in silicone separately. Both the dielectric constant and the Young modulus of the resulted three kinds of composites were higher than them of the pure silicone. The dielectric constant of rutile TiO2 was higher than it of the mixed TiO2,