本發明公開了一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料的制備方法，屬于介電彈性體材料技術領域。
背景技術：
介電彈性體是制造主動驅動器最有潛力的電場活性聚合物材料。電活性聚合物是一種新型的智能高分子材料，它能在外加電場的作用下，通過材料內部結構的改變發生伸縮、彎曲、束緊或膨脹等變形。它可以產生強大的位移，但是要求激勵電場的場強較高。隨著精密制造、微電子技術的不斷發展，人們對于現代驅動器提出越來越高的要求，并將具有驅動力大、輸出位移大、工作頻率高、相應速度快、環境適應能力強以及易于控制等特點的驅動器作為理想驅動器的發展趨勢。近年來，經過研究人員的不懈努力，有許多智能驅動材料被應用于新型驅動器的制造領域，隨之帶來的是各類新型高性能驅動器的應運而生，其中廣泛應用于機電系統的種類有：1）壓電式驅動器，其特點是工作頻率高，易于實現電信號驅動，控制精度高，驅動力較大，但它的驅動位移非常小，只能提高納米、微米量級的位移或移動；2）靜電式驅動器，其特點是響應速度快，工作頻率高，易于控制，便于集成，耗能低，不易發熱，但這種驅動器驅動力小，且靜電力與電極的間隙大小密切相關，因此驅動位移很小，且容易失穩；3）雙金屬驅動器，其特點是工作頻率較低，但它的移動位移相對較大，并且驅動位移能夠通過調節加熱電流實現線性控制；4）形狀記憶合金驅動器，其特點是可提供相對較大的驅動力和驅動位移，但是需要較大的激發能量。介電彈性體屬于化學交聯的高分子彈性聚合物，它在外電場的作用下可以產生很大的電致應變。一旦電場撤除，可以迅速恢復到其初始的尺寸。
但是介電彈性體中的介電性能和彈性模量參數之間存在對立關系，添加高介電性能填料將增加材料模量，但可能不會較好改善機電性能。偏置高壓電源的限制，導致每毫米彈性體材料要采用上千伏驅動電壓，驅動電壓過高，限制了應用范圍，電極電阻過高，電極導電率低，能量損耗較大且電致形變性能不佳。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對傳統介電彈性體材料存在電致形變性能不佳、驅動電壓過高，以及電極電阻過高的缺陷，本發明取甲基苯基二氯硅烷與二甲基二氯硅烷反應，收集有機層后加入氫氧化鉀繼續反應，然后再與硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷反應，隨后與丙烯酸甲酯進行酯化，用二乙胺封端，再丙酮抽提，制得樹形硅橡膠丙酮溶液備用，取處理后的鈦酸鋇分散液與海藻酸鈉進行超聲分散，過濾、煅燒、球磨，所得顆粒與樹形硅橡膠丙酮溶液攪拌，最后加入磷酸二丁酯等置于模具中固化、脫模即得一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料，本發明利用海藻酸鈉粒子與硅橡膠復合材料之間的界面相互作用，有效提高了填料分散，使復合材料的介電性能及電致形變性能明顯提高，具有較佳的使用價值。
為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：
（1）稱取10～15g甲基苯基二氯硅烷加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，再加入100～200mL去離子水，并置于水浴鍋中，升溫至60～70℃，攪拌5～10min，再加入15～20g二甲基二氯硅烷，攪拌反應3～4h，反應結束，靜置10～20min，分液，除去水層，得到有機層，向有機層中加入3～5g氫氧化鉀粉末，升溫至80～90℃，攪拌反應1～2h，得到環狀聚甲基苯基硅氧烷；
（2）向上述環狀聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3～5g八甲基環四硅氧烷、5～8g四甲基四乙烯基環四硅氧烷，攪拌反應5～6h，再加入2～3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌反應7～8h，過濾，得到的濾渣即為3-氨基丙基硅橡膠；
（3）將3-氨基丙基硅橡膠加入到三口燒瓶中，并加入100～200mL甲醇，攪拌5～10min，再加入3～5g丙烯酸甲酯，攪拌反應5～6h，得到酯化的氨丙基硅橡膠，降溫至5～10℃，再加入10～20mL二乙胺，攪拌反應7～8h，過濾，得到濾渣，并用100～150mL丙酮進行抽提，得到樹形硅橡膠丙酮溶液，備用；
（4）稱取8～10g鈦酸鋇加入到球磨機中球磨2～3h，過200～300目篩，得到鈦酸鋇粉末，并置于燒杯中，再加入100～200mL去離子水、0.3～0.5g十二烷基苯磺酸鈉，并置于超聲波振蕩儀中，在180～200W下超聲分散30～40min，得到鈦酸鋇分散液；
（5）向上述分散液中加入3～5g海藻酸鈉，超聲分散1～2h，過濾，得到濾渣，并置于馬弗爐中，在300～400℃下煅燒2～3h，再自然冷卻至室溫，并置于球磨機中球磨1～2h，得到海藻酸鈉包覆鈦酸鋇顆粒；
（6）將上述顆粒加入到燒杯中，再依次加入上述步驟（3）備用的樹形硅橡膠丙酮溶液，磁力攪拌10～20min，再依次加入2～4g磷酸二丁酯、3～5g硬脂酸鈣，攪拌30～40min，隨后倒入模具中，在60～70℃下固化24～26h，再自然冷卻至室溫，脫模，得到一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料。
本發明的物理性質是：本發明所得的樹形有機硅橡膠介電彈性體材料驅動應變為300～400%，彈性模量為0.5～6MPa，驅動電壓為10～100V/μm。
本發明的有益效果是：
（1）本發明的產品具有形變能力大、彈性能密度高、反應時間短、疲勞壽命高、體積小、精度高、柔性好、仿生性能好的優點；
（2）本發明的方法具有工藝簡單、工藝流程短、生產的產品質量可靠的優點。
具體實施方式
首先稱取10～15g甲基苯基二氯硅烷加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，再加入100～200mL去離子水，并置于水浴鍋中，升溫至60～70℃，攪拌5～10min，再加入15～20g二甲基二氯硅烷，攪拌反應3～4h，反應結束，靜置10～20min，分液，除去水層，得到有機層，向有機層中加入3～5g氫氧化鉀粉末，升溫至80～90℃，攪拌反應1～2h，得到環狀聚甲基苯基硅氧烷；向上述環狀聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3～5g八甲基環四硅氧烷、5～8g四甲基四乙烯基環四硅氧烷，攪拌反應5～6h，再加入2～3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌反應7～8h，過濾，得到的濾渣即為3-氨基丙基硅橡膠；將3-氨基丙基硅橡膠加入到三口燒瓶中，并加入100～200mL甲醇，攪拌5～10min，再加入3～5g丙烯酸甲酯，攪拌反應5～6h，得到酯化的氨丙基硅橡膠，降溫至5～10℃，再加入10～20mL二乙胺，攪拌反應7～8h，過濾，得到濾渣，并用100～150mL丙酮進行抽提，得到樹形硅橡膠丙酮溶液，備用；稱取8～10g鈦酸鋇加入到球磨機中球磨2～3h，過200～300目篩，得到鈦酸鋇粉末，并置于燒杯中，再加入100～200mL去離子水、0.3～0.5g十二烷基苯磺酸鈉，并置于超聲波振蕩儀中，在180～200W下超聲分散30～40min，得到鈦酸鋇分散液；向上述分散液中加入3～5g海藻酸鈉，超聲分散1～2h，過濾，得到濾渣，并置于馬弗爐中，在300～400℃下煅燒2～3h，再自然冷卻至室溫，并置于球磨機中球磨1～2h，得到海藻酸鈉包覆鈦酸鋇顆粒；將上述顆粒加入到燒杯中，再依次加入上述備用的樹形硅橡膠丙酮溶液，磁力攪拌10～20min，再依次加入2～4g磷酸二丁酯、3～5g硬脂酸鈣，攪拌30～40min，隨后倒入模具中，在60～70℃下固化24～26h，再自然冷卻至室溫，脫模，得到一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料。
實例1
首先稱取10g甲基苯基二氯硅烷加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，再加入100mL去離子水，并置于水浴鍋中，升溫至60℃，攪拌5min，再加入15g二甲基二氯硅烷，攪拌反應3h，反應結束，靜置10min，分液，除去水層，得到有機層，向有機層中加入3g氫氧化鉀粉末，升溫至80℃，攪拌反應1h，得到環狀聚甲基苯基硅氧烷；向上述環狀聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3g八甲基環四硅氧烷、5g四甲基四乙烯基環四硅氧烷，攪拌反應5h，再加入2g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌反應7h，過濾，得到的濾渣即為3-氨基丙基硅橡膠；將3-氨基丙基硅橡膠加入到三口燒瓶中，并加入100mL甲醇，攪拌5min，再加入3g丙烯酸甲酯，攪拌反應5h，得到酯化的氨丙基硅橡膠，降溫至5℃，再加入10mL二乙胺，攪拌反應7h，過濾，得到濾渣，并用100mL丙酮進行抽提，得到樹形硅橡膠丙酮溶液，備用；稱取8g鈦酸鋇加入到球磨機中球磨2h，過200目篩，得到鈦酸鋇粉末，并置于燒杯中，再加入100mL去離子水、0.3g十二烷基苯磺酸鈉，并置于超聲波振蕩儀中，在180W下超聲分散30min，得到鈦酸鋇分散液；向上述分散液中加入3g海藻酸鈉，超聲分散1h，過濾，得到濾渣，并置于馬弗爐中，在300℃下煅燒2h，再自然冷卻至室溫，并置于球磨機中球磨1h，得到海藻酸鈉包覆鈦酸鋇顆粒；將上述顆粒加入到燒杯中，再依次加入上述備用的樹形硅橡膠丙酮溶液，磁力攪拌10min，再依次加入2g磷酸二丁酯、3g硬脂酸鈣，攪拌30min，隨后倒入模具中，在60℃下固化24h，再自然冷卻至室溫，脫模，得到一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料。
本發明的物理性質是：本發明所得的樹形有機硅橡膠介電彈性體材料驅動應變為300%，彈性模量為0.5MPa，驅動電壓為10V/μm。
實例2
首先稱取13g甲基苯基二氯硅烷加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，再加入150mL去離子水，并置于水浴鍋中，升溫至65℃，攪拌7min，再加入17g二甲基二氯硅烷，攪拌反應3.5h，反應結束，靜置15min，分液，除去水層，得到有機層，向有機層中加入4g氫氧化鉀粉末，升溫至85℃，攪拌反應1.5h，得到環狀聚甲基苯基硅氧烷；向上述環狀聚甲基苯基硅氧烷中依次加入4g八甲基環四硅氧烷、7g四甲基四乙烯基環四硅氧烷，攪拌反應5.5h，再加入2.5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌反應7.5h，過濾，得到的濾渣即為3-氨基丙基硅橡膠；將3-氨基丙基硅橡膠加入到三口燒瓶中，并加入150mL甲醇，攪拌7min，再加入4g丙烯酸甲酯，攪拌反應5.5h，得到酯化的氨丙基硅橡膠，降溫至8℃，再加入15mL二乙胺，攪拌反應7.5h，過濾，得到濾渣，并用130mL丙酮進行抽提，得到樹形硅橡膠丙酮溶液，備用；稱取9g鈦酸鋇加入到球磨機中球磨2.5h，過250目篩，得到鈦酸鋇粉末，并置于燒杯中，再加入150mL去離子水、0.4g十二烷基苯磺酸鈉，并置于超聲波振蕩儀中，在190W下超聲分散35min，得到鈦酸鋇分散液；向上述分散液中加入4g海藻酸鈉，超聲分散1.5h，過濾，得到濾渣，并置于馬弗爐中，在350℃下煅燒2.5h，再自然冷卻至室溫，并置于球磨機中球磨1.5h，得到海藻酸鈉包覆鈦酸鋇顆粒；將上述顆粒加入到燒杯中，再依次加入上述備用的樹形硅橡膠丙酮溶液，磁力攪拌15min，再依次加入3g磷酸二丁酯、4g硬脂酸鈣，攪拌35min，隨后倒入模具中，在65℃下固化25h，再自然冷卻至室溫，脫模，得到一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料。
本發明的物理性質是：本發明所得的樹形有機硅橡膠介電彈性體材料驅動應變為350%，彈性模量為3MPa，驅動電壓為60V/μm。
實例3
首先稱取15g甲基苯基二氯硅烷加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，再加入200mL去離子水，并置于水浴鍋中，升溫至70℃，攪拌10min，再加入20g二甲基二氯硅烷，攪拌反應4h，反應結束，靜置20min，分液，除去水層，得到有機層，向有機層中加入5g氫氧化鉀粉末，升溫至90℃，攪拌反應2h，得到環狀聚甲基苯基硅氧烷；向上述環狀聚甲基苯基硅氧烷中依次加入5g八甲基環四硅氧烷、8g四甲基四乙烯基環四硅氧烷，攪拌反應6h，再加入3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，攪拌反應8h，過濾，得到的濾渣即為3-氨基丙基硅橡膠；將3-氨基丙基硅橡膠加入到三口燒瓶中，并加入200mL甲醇，攪拌10min，再加入5g丙烯酸甲酯，攪拌反應6h，得到酯化的氨丙基硅橡膠，降溫至10℃，再加入20mL二乙胺，攪拌反應8h，過濾，得到濾渣，并用150mL丙酮進行抽提，得到樹形硅橡膠丙酮溶液，備用；稱取10g鈦酸鋇加入到球磨機中球磨3h，過300目篩，得到鈦酸鋇粉末，并置于燒杯中，再加入200mL去離子水、0.5g十二烷基苯磺酸鈉，并置于超聲波振蕩儀中，在200W下超聲分散40min，得到鈦酸鋇分散液；向上述分散液中加入5g海藻酸鈉，超聲分散2h，過濾，得到濾渣，并置于馬弗爐中，在400℃下煅燒3h，再自然冷卻至室溫，并置于球磨機中球磨2h，得到海藻酸鈉包覆鈦酸鋇顆粒；將上述顆粒加入到燒杯中，再依次加入上述備用的樹形硅橡膠丙酮溶液，磁力攪拌20min，再依次加入4g磷酸二丁酯、5g硬脂酸鈣，攪拌40min，隨后倒入模具中，在70℃下固化26h，再自然冷卻至室溫，脫模，得到一種樹形有機硅橡膠介電彈性體材料。
本發明的物理性質是：本發明所得的樹形有機硅橡膠介電彈性體材料驅動應變為400%，彈性模量為6MPa，驅動電壓為100V/μm。