高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体的制备及性能研究

doi:10.19677/j.issn.1004-7964.2024.03.005基于配位键和氢键的聚丙烯酸酯自修复膜材料的制备与性能麻寿江1,2，胡婷1,2，陈子越3，李雪1,2，刘军1,2，陈华林1,2*（1.西南民族大学化学与环境学院，化学基础国家民委重点实验室，四川成都610041；2.西南民族大学化学与环境学院，青藏高原污染控制化学与环境功能材料国家民委重点实验室，四川成都610041；3.同济大学海洋与地球科学学院，上海200092）摘要：通过乳液聚合合成一系列含金属离子的聚丙烯酸酯乳液，得到含金属离子的聚丙烯酸酯自修复膜材料。

该材料利用单体丙烯酰胺上的酰胺官能团与金属离子Cr3+进行配位，并且单体丙烯酰胺上的酰胺基团可以形成具有可逆作用的氢键，形成金属配位键和氢键双重动态可逆作用的自修复聚丙烯酸酯膜材料。

研究发现加入金属离子后薄膜具有自我修复能力，金属离子含量不同时其修复效果也不同。

研究了薄膜的最佳自修复温度和最佳自修复时间，实验结果表明，金属离子含量为0.15g时，聚合物的拉伸强度修复率最高可达80％；薄膜最佳自修复时间为12h，薄膜最佳自修复温度为60℃。

利用聚合物中特殊官能团与金属离子配位作用，赋予了自修复材料优异的机械性能和修复性能。

关键词:自修复聚合物；金属配位键；氢键；聚丙烯酸酯膜；涂层中图分类号:TS529.5文献标志码:APreparation and Properties of Self-healing Polyacrylate Mem-brane Materials based on Coordination Bond and Hydrogen Bond(1.Key Laboratory of General Chemistry of the National Ethnic Affairs Commission,School of Chemistry and Environment,Southwest Minzu University,Chengdu610041,China;2.Key Laboratory of Pollution Control Chemistry and EnvironmentalFunctional Materials for Qinghai-Tibet Plateau of the National Ethnic Affairs Commission,School of Chemistry and Environment,Southwest Minzu University,Chengdu610041,China;3.School of Ocean and Earth Science,Tongji University,Shanghai200092,China)Abstract:The self-repair properties of polyacrylate membrane material were mainly realized through the dual dynamic reversible effect of metal coordination bond and hydrogen bond.A series of polyacrylate emulsions containing metal ions were synthesized through emulsion polymerization.The self-healing polyacrylate membrane material containing metal ions was coordinated with metal ions Cr3+by the functional group(amide group)on the monomer acrylamide,and the functional group(amide group)on the monomer acrylamide could form reversible hydrogen bonds.It is found that the film has self-healing ability after adding metal ions,and the repair effect is different with different content of metal ions.The best self-healing temperature and the best self-healing time of the film were studied.The tensile test shows that when the content of metal ions was0.15g,the tensile strength repair rate of the polymer was up to80%.The best self-healing time of the film was 12h,and the best self-healing temperature was60℃.The coordination of metal ions and special functional groups in polymers has made the self-healing materials have excellent mechanical properties and good repair performances.Key words:self-healing polymer;metal coordination bond;hydrogen bond;polyacrylate membrane;coating收稿日期：2023-11-07修回日期：2023-12-28接受日期：2023-12-30基金项目：西南民族大学2022年研究生创新型项目（ZD2022592）第一作者简介：麻寿江（2000-），男，硕士研究生，主要研究方向为功能高分子材料，皮革化工材料。

纯剪切模式介电弹性体发电机发电特性鄂世举;金建华;曹建波;蔡建程;夏文俊【摘要】为研究介电弹性体发电机的发电特性,基于COMSOL有限元软件建立了在纯剪切拉伸方式下的介电弹性体发电机有限元仿真机电耦合模型.该模型基于Y eo h超弹性材料本构,同时耦合发电机膜内静电力,根据可变电容理论对发电机电容变化及发电效果进行研究.设计了可Y向预拉伸的纯剪切拉伸装置,并在不同预拉伸条件下对发电机薄膜样本进行了拉伸实验,分析了其电容变化及发电效果.对比了仿真数据与实验结果,仿真模型的电容变化与实验测得的电容变化情况基本吻合,仿真模型一个周期内的输出电压变化与实验测得的电压变化基本吻合.实验及仿真结果表明,在相同的拉伸条件下,Y向预拉伸增大了初始电容及电容变化速率,且当Y向预拉伸λ=1时的上升电压为83 V,而λ=2时的上升电压达到252 V,改善了发电性能.本文提出的介电弹性体发电机新的研究方法为发电机样机设计提供了新的思路.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)007【总页数】11页(P1708-1718)【关键词】有限元建模;纯剪切;Y向预拉伸;机电特性【作者】鄂世举;金建华;曹建波;蔡建程;夏文俊【作者单位】浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004;浙江师范大学工学院 ,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.91 引言电活性聚合物(Electroactive Polymer， EAP)是一种新型的功能性材料，可广泛应用于驱动器、传感器和发电领域[1-4]。

介电弹性体(Dielectric Elastomer，DE)是EAP材料中最具代表性的一类，包括聚丙烯酸酯、硅橡胶及天然橡胶等，具有变形大、质量轻、能量密度高及柔顺性好等特点。

UV固化聚丙烯酸酯压敏胶的配方研究作者：陈雪峰来源：《科技资讯》 2014年第33期陈雪峰(苏州健雄职业技术学院生物与化学工程系江苏太仓 215411)摘要:该文用预聚体、单体、光引发剂和助剂等按不同比例混合,对不同配方产品进行测试。

测试结果可以看出,官能度越高的树脂,碳碳双键越多,结构越稳定,所带来的硬度和耐摩擦越好,但是有个缺点就是柔韧性比较差。

通过单因素对比实验和测试分析,得到抗摩耐划力强、透过率高、耐化学品性好的优化配方为,聚氨酯丙烯酸酯Ⅸ:DPHA:光引发剂:流平剂:其他助剂=70份:23份:6份:0.5份(1173:184=4:6):0.5份。

关键词:聚氨酯丙烯酸酯光引发剂硬度中图分类号:TQ436 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)11(c)-0047-011 实验和分析方法1.1 主要原料聚氨酯丙烯酸酯Ⅲ、聚氨酯丙烯酸酯Ⅶ、聚氨酯丙烯酸酯Ⅸ、TMPTA、DPHA、NPGDA、HDDA、甲苯、乙酸乙酯、引发剂184、引发剂1173、助剂(流平剂)、PET film。

1.2 实验和测试设备MRD-600TS铅笔硬度计、QLH漆膜划格仪、FA2004电子天平、NM-I磨耗试验仪、WGW透过率雾度仪、DYL达因笔、Mayer线棒涂布器、手机专用UV固化机、SM-112厚度计。

1.3 测试方法1.3.1 涂层的附着力(百格测试)参照GB9256--88方法。

1.3.2 铅笔硬度测试参照GBT 6739-2006方法测试。

1.3.3 涂层抗擦伤性擦伤测试用钢丝绒1000 g来回10次测试作为标准,将硬化膜切小片用胶带固定在测试区,调节机器的转速为40 r/min和往复10次。

1.3.4 涂层表观测试将涂层置于强光下观察表观的彩虹纹和晶点。

1.3.5 涂层透光率雾度测试将仪器的三只保护盖旋下,测试样品时,需将样品架装与接收器左侧。

校准完毕,准备测试,读出示数就是该硬化膜的透过率雾度。

不对称电极介电弹性体的电致动响应与有限元分析陈鹿民;王晨;王才东;史波;郭东杰【摘要】Dielectric elastomers (DE) actuator with asymmetric electrodes is assembled, where DowCorning 186 silicone rubber is acted as the dielectric elastomer substrate, and silicone elastomers of 184 doped by Ag nanoparticles and conductive graphite are used to fabricate the asymmetric electrodes.There exist evident difference between the mechanical and conductive properties, and the corresponding electrode film thicknesses, moduli, surface resistance are 96.8 μm, 26.6 MPa, 8.42kΩ/cm2 and 179.3 μm, 32.6 MPa, 3.87 kΩ/cm2, respectively.Under the excitation signal of 4 kV voltage, 2 Hz frequency, and 25% duty cycle, the largest amplitude deviation from the equilibrium position of the asymmetric DE membrane is 3.6 mm, and the deviation angle is 17.4°.The relationship among the excited displacement, driving voltage and the frequency are studied by using a laser displacement sensor.The results show that the excited displacement increases with the driving voltage, and decreases with the increase of frequency.Meanwhile, ANSYS software is used to simulate the outputted stress, power, and flow of the asymmetric DE pump, and the calculation results can provide experimental data and research foundations for developing a new intelligent controllable micropump.%以DowCorning 186硅橡胶为介电弹性体(DE)基底膜,以精细Ag 纳米颗粒和导电石墨掺杂的硅橡胶为电极,组装了不对称DE电致动膜.两电极膜存在显著的力学性能、导电性能差异,其厚度、模量、面电阻分别为96.8 μm、26.6MPa、8.42 kΩ/cm2和179.3 μm、32.6 MPa、3.87 kΩ/cm2.导入4 kV、2 Hz、25%占空比的激励信号,不对称DE膜发生上下振动,中心偏离平衡位置的最大振幅为3.6 mm,偏离角为17.4°.利用激光位移传感器研究了偏振位移与驱动电压、频率之间的关系,结果表明,偏振位移随驱动电压的增加而增加,随激励频率的增加而减小.同时利用ANSYS模拟了不对称DE泵膜的应力输出、功率、流量,计算结果可为研制新型智能可控微泵提供实验数据和研究基础.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2017(048)006【总页数】6页(P6074-6079)【关键词】电活性聚合物;绝缘弹性体;硅橡胶;微泵;有限元分析【作者】陈鹿民;王晨;王才东;史波;郭东杰【作者单位】郑州轻工业学院机电工程学院,郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州 450002;南京航空航天大学能源动力学院,南京 210016;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TB381介电弹性体(DE)属电子型的电活性聚合物(EAP)，又称“人工肌肉”[1-3]。

高模量高抗冲聚丙烯复合材料的制备及性能研究郑智焕;付梓阳;杨丽庭;李彦涛;张惠;唐梓健【摘要】通过熔融共混法研究了乙烯辛烯共聚物(POE)、滑石粉和高密度聚乙烯(PE-HD)的含量对高模量、高抗冲聚丙烯(PP)复合材料力学性能、结晶行为、热分解行为以及相态的影响.结果表明,PP与POE的黏度比越小,PP/POE复合材料的韧性越好;当PP/POE/滑石粉/PE-HD复合材料的质量比为13/4/12/3时,综合力学性能最佳;相比纯PP,复合材料的弯曲模量提高了60.1%,缺口冲击强度提高了435.9%,拉伸强度和弯曲强度分别降低了27.4%和17.4%;PE-HD能够增强PP与POE的界面相互作用,提高复合材料的韧性;加入滑石粉和PE-HD均可提高复合材料的起始分解温度以及最大热失重速率温度,提高了复合材料的热稳定性.%This paper reported a study of effects of ethylene-octene copolymer (POE),talc,and high-density polyethylene (PE-HD)contents on mechanical properties,crystallization behavior, thermal decomposition behavior,and morphology of polypropylene (PP )composites.Impact toughness of the composites tended to increase with a decrease in the PP/POE viscosity ratio.The optimum mechanical properties were gained for the composites with PP/POE/talc/PE-HD weight ratio of 13/4/12/pared with pure PP,the composites achieved an increase in flexural modulus by 60.1 %and in impact strength by 435.9 %,whereas their tensile strength and flexural strength were reduced by 27.4 %and 17.4 %,respectively.The interface interaction between PP and POE phases was enhanced due to the presence of PE-HD,thus improving the impact toughness of the composites.The introduction of talc or PE-HD into the composites alsoresulted in an improvement in initial decomposition temperature and the temperature at the maximum weight-loss rate and,therefore,enhanced the thermal stability of the composites.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】8页(P46-53)【关键词】聚丙烯;乙烯辛烯共聚物;高密度聚乙烯;高模量;冲击强度【作者】郑智焕;付梓阳;杨丽庭;李彦涛;张惠;唐梓健【作者单位】华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006;广州石头造环保科技股份有限公司,广东广州511483;华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TQ325.1+4PP是一种结构规整的结晶性聚合物，为无味、无毒、质轻的热塑性塑料，具有易加工、挠曲性与电绝缘性优异、耐腐蚀、价廉等优点，广泛应用于汽车、家电、电子、包装、建材及家具行业。

介电弹性体发电原理分析及应用作者：刘志运周芸悦来源：《机电信息》2021年第17期摘要：介电弹性体（Dielectric Elastomer，DE）是一种电活性聚合物，是一种表现出对电场响应的大应变材料。

现介绍了介电弹性体中基质材料的结构特性，并详细分析了介电弹性体发电的基本原理、发电技术及其相比现有传统发电技术所具备的优势。

根据近年来人们对介电弹性体的研究，总结并提出了介电弹性体未来发展中可能存在的问题以及应用前景。

关键词：介电弹性体;发电原理;应用0 引言介电弹性体研究自20世纪90年代中期开始，作为一类重要的功能材料，介电弹性体各方面已得到各国学者广泛研究，如非线性光学、铁电、压电元件和电致伸缩性等。

近年来，通过改变形状来响应磁场、电场、压力等外部刺激的聚合物研究越来越多，电活性聚合物可能是被研究最多的一类，介电弹性体作为电活性聚合物的一种，具有张力大、工作原理简单的特点。

介电弹性体在外部电场的刺激下可改变其结构形状或体积。

当物体外部承受电能的刺激动作停止时，即可自动恢复或回到原来的物体形状或缩小体积，从而自动产生机械应力和运动应变，将外部电能自动转化为电动机械的性能，机电转换效率高。

1 介电弹性体中基质材料的结构特征1.1 聚丙烯酸酯类弹性体聚丙烯酸酯弹性体，一种由丙烯酸乙酯和其他丙烯酸酯共聚而成的合成橡胶，外加少量（约5%）另一种含有活泼鹵素的化合物，如氯，用于弹性体的其他丙烯酸酯包括丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲氧乙酯和丙烯酸乙酯，这些化合物具有良好的耐热、耐臭氧、耐光和耐油性[1]。

目前，使用最广泛的以丙烯酸酯为基础的DES是商用丙烯酸酯材料，如3M商用胶带VHB 4910和VHB 4905。

亚克力材料因其低廉的价格、优异的性能、对顺应电极的良好附着力等优点而受到许多研究者的青睐。

在高预应变水平下，亚克力材料的最大应力和驱动应变分别达到7.7 MPa和380%，预拉伸后亚克力材料的电击穿强度达到了空前的水平[2]。

聚丙烯酸的电学性能调控研究聚丙烯酸是一种常见的高分子材料，具有优良的电学性能。

在电学器件的应用中，对聚丙烯酸的电学性能进行调控研究可以进一步优化器件的性能和功能。

本文将从聚丙烯酸的导电性、介电性和电致活性等方面来探讨其电学性能的调控研究。

首先，聚丙烯酸的导电性是其电学性能的重要指标之一。

聚丙烯酸本身是一种非导电高分子材料，但通过控制其化学结构、添加导电填料或掺杂导电材料等方法，可以显著提高其导电性。

例如，聚丙烯酸可以通过掺杂导电性分子（如聚噻吩、氧化铟锡等）来增加导电性，从而将其应用于柔性传感器、有机发光二极管等领域。

此外，也可以通过掺杂导电填料（如碳纳米管、导电聚合物等）来增强聚丙烯酸的导电性。

因此，调控聚丙烯酸的导电性是实现其电学性能的重要途径。

其次，聚丙烯酸的介电性在电学器件中也有着重要应用。

介电性是指材料在外加电场下的极化能力，可以用来储存电荷和调节电子传输。

对聚丙烯酸的介电性进行调控研究可以实现对电学器件的性能优化。

例如，通过改变聚丙烯酸的分子结构或引入特定的官能团，可以调节其介电常数、介电损耗等参数。

此外，通过掺杂或添加交联剂等手段，可以增加聚丙烯酸的柔韧性和耐久性，进一步提高其介电性能。

因此，调控聚丙烯酸的介电性有助于提升电学器件的性能和稳定性。

另外，聚丙烯酸还具有电致活性，即在外加电场下可以发生形状、结构或物理性质的可逆变化。

这使得聚丙烯酸在电机械系统、聚合物电致发光器件、智能材料等领域具有广泛的应用前景。

调控聚丙烯酸的电致活性可以通过改变其分子结构、添加加载剂或调节外加电场的施加方式来实现。

例如，通过引入不同的官能团，可以调控聚丙烯酸的晶相结构和形貌，从而影响其电致活性。

此外，通过掺杂导电性分子或添加面向电致应变的填充物，也可以改变聚丙烯酸的电致活性特征。

因此，调控聚丙烯酸的电致活性能够为电学器件的高效运行和功能扩展提供基础。

总结起来，对聚丙烯酸的电学性能进行调控研究可以优化电学器件的性能和功能。

频率和温度对介电弹性材料致动性能的影响1盛俊杰2，陈花玲，李博，王永泉（西安交通大学机械工程学院，西安710049）摘要：介电弹性材料是一种新型的电活性聚合物，在电压驱动下会产生大幅度的应变。

其中材料的介电性能和机械性能对其驱动性能的影响是很关键的。

利用宽频带介电谱仪研究了频率（10-2~107Hz）、温度（-100~100°C）对VHB4910介电材料介电性能的影响，得到材料的低频介电常数为4.9；在不同温度下，介电常数随着温度的增加是先增大后降低，处于玻璃态时的介电常数最小大约为3。

基于此实验结果，利用Cole-Cole方程拟合了VHB的介电频谱，得到了描述VHB介电频谱的数学模型。

接着分析了VHB4910材料的弹性模量与频率以及温度的关系，研究了机械性能对其致动性能的影响，发现频率和温度对致动性能的影响可以达到4个数量级的变化。

结果表明：依赖于频率和温度的介电性能对介电弹性材料致动性能的影响很小，而介电弹性材料的机械性能主导其致动性能。

关键词：介电弹性材料；致动性能；频率；温度；介电常数；Cole-Cole1引言介电弹性材料(Dielectric Elastomer，DE)，在外电场的激励下可产生极大的应变和弹性应变能，这就使得这类材料可以用作致动器、换能器，因而成为近年来国内外研究的热点之一[1-3]。

其中美国3M公司的VHB（very high bonding）丙烯酸系列是最有应用潜力的一类DE材料，其面积致动应变最高可达380%[3]。

图1DE作动器的工作原理在DE材料的两个表面覆盖上柔性电极后形成致动器，当在电极上施加电压时，弹性体将发生厚度和面积的变化，形成机电转换的致动器结构，如图-1所示。

施加电压后形成的沿电场线方向的有效应力p为[1]：1国家自然科学基金(No：10972174)和教育部博士点基金资助（No：20100201120004）资助项目2Email：******************2200()r r V p E hεεεε==（1）其中，0ε和r ε分别是DE 材料真空中的介电常数和DE 的相对介电常数，E 是所施加的电场强度，V 是所施加的电压，h 是变形时薄膜的厚度。