高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体的制备及性能研究
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
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。
电活性聚合物
离子EAP材料
离子EAP材料
碳纳米管
碳纳米管是一种高性能,多功能复合材料,具有高长径比、直径小、质量轻、机械强度高(类似于金刚石)、导 电导热性好、热稳定性好、空气中稳定性好等优点。在注入离子后,纳米管和电解液的离子电荷平衡被破坏,键长 改变产生电活性。注入的电荷愈多,尺寸变化愈大。因此,人们希望得到CNT/聚合物纳米复合材料,使易于加工的 聚合物基体具备CNT的优点。
分类
分类
按照作用机理的不同,电活性聚合物（EAP）主要分为两大类，电子型EAP和离子型EAP。
电子型EAP包括全有机复合材料(AOC)、介电EAP(DEAP)、电致伸缩接枝弹性体(ESGE)、电致伸缩薄膜(ESP)、 电致粘弹性聚合物(EVEM)、铁电体聚合物(FEP)和液晶弹性体(LCE)等。
利用电活性聚合物收集风能、波浪能等绿色能源发电，开发新型可再生、低廉、环境友好、清洁的能源，可 以促进世界能源可持续发展战略。
发展历史
发展历史
电活性聚合物的起源可以追溯到19世纪80年代,机电响应现象首次被发现。20年后有人将场致应变的规律总 结成公式。上世纪20年代压电聚合物的发现,是电活性聚合物发展史的重要里程碑。40年代末,人们发现了化学活 性聚合物,例如胶原质丝浸泡在酸或碱溶液中时,可以可逆伸缩。但是,关于“化学-机械”的驱动器却很少有人研 究,直到仿生肌肉用合成聚合物发展起来。随着电激励技术的发展,人们开始EAP材料。1969年发现PVDF具有压电 行为后,科学家开始挖掘其它聚合物体系,一系列的EAP材料应运而生。近10年来,EAP材料发展迅速,开发了一系列 具有优异性能的EAP材料,某些EAP材料的形变量甚至可以达到300%。
励作用,并产生诱导弯曲位移。
这类EAP材料的缺点是需要保持一定的湿润度,而且在直流电场激励下很难保持稳定的诱导位移(导电聚合物 除外)。
纯剪切模式介电弹性体发电机发电特性
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
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
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
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。
聚丙烯酸高级醇酯-醋酸乙烯酯共聚物的合成及分子量分析
Ｐｒ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ 一 Ｉ ｙ ａ ｒ ｌ ｔ ｎ ｉ ｙ ｃ ｔ ｔ ｏ ｏｙ ｒ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｆｉ ｓ ｍｏ ｅ ｕ ａ ｉｈ ’ ｅ ａ ａ ｉ ｆ＾ ａ ｋ ｌ ｃ ｙ ａ ｅ ａ ｄ ｖｎ ｌａ ｅａ ｅ ｃ ｐ ｌ ｍｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓｏ ｌｃ ｌ ｒ ｗｅｇ ｔ ｏ ｔ
对其效 果有很 大影 响…。本 文对丙 烯酸 酯 一醋酸 乙
烯 酯在 一 定 比例 条 件 下 聚合 的共 聚物 进 行 了结 构 分析 ， 对其降 低凝点 和降低冷 滤点进 行 了研究 。 并
受性 差 。从 炼油厂 （ 齐化化 工有限公 司 ） 的使用情 况
来 看 ， 可 明显 降低 柴 油 的凝 点 ， 对 降低 柴 油 冷 其 但 滤 点 的作 用不 明 显 ， 至 出现 冷滤 点 “ 甚 回升 ” 现象 。 有针 对性 的设 计 、 开发适 合我 国高 含蜡 柴油 油 品的 新型 高效降凝剂 非常有 意义 。带 有支链 的高分 子聚
吴柏 生 安 ， 红 ， 一 高树 刚。
（ ．哈 尔滨 轻 工 化 学总 厂 ， １ 黑龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ２ ；． 海 工 学 院 化 工 学 院 。 苏 连 云 港 ２ ２ ０ ； ５ ０ ８ ２淮 江 ２ ０ ５
３齐 齐 哈尔 大 学 。 龙 江 齐 齐 哈 尔 １ １ Ｏ ． 黑 ６ Ｏ ６）
摘
要： 本文采用酯化法合成了丙烯 酸高级醇酯 ， 并在一定条件下和醋酸乙烯酯共 聚， 合成 了不同链 长
的丙烯酸高级醇酯和醋酸乙烯酯共聚物 。用红外光谱对产物进行了结构验证 ， 同时分析 了聚合物的分子量 ， 测定 了该聚合物降低柴油凝点和冷滤点的性能。
介电弹性体发电原理分析及应用
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]。
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高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体的制备及性能研究
高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体的制备及性能研究
引言：
随着电器和电子设备的迅猛发展，对高性能电驱动应变材料的需求越来越迫切。
制备高电驱动应变材料成为了当前研究的热点之一。
本文以聚丙烯酸酯为基础材料，通过改变聚合方法、添加改性剂、调节反应条件等途径，制备高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体，并对其性能进行研究。
一、制备方法的选择
目前，制备聚丙烯酸酯介电弹性体的常用方法主要有溶液聚合法、乳液聚合法和悬浮聚合法。
本文选择常用的溶液聚合法进行制备，因其简单、成本低且易于控制反应参数。
二、改性剂的添加
为了提高聚丙烯酸酯介电弹性体的电驱动应变性能，本文添加了改性剂。
改性剂可通过增强材料及优化材料结构等方式改善其电性能。
根据实验结果，选择添加碳纳米管（CNT）作为改性剂，以期提高聚丙烯酸酯介电弹性体的导电性能。
三、反应条件的调节
反应条件对聚合反应有重要影响，包括温度、时间、反应物浓度和溶剂选择等。
本实验通过调节温度和反应时间对聚丙烯酸酯介电弹性体的形貌和性能进行了研究。
实验结果表明，合适的温度和反应时间可以使得聚丙烯酸酯介电弹性体具有更好的电驱动应变性能。
四、性能研究
通过SEM、XRD、电场-应变测试等手段对制备的高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体进行了性能研究。
结果表明，添加CNT
后的聚丙烯酸酯介电弹性体具有较好的导电性能和应变特性。
聚丙烯酸酯介电弹性体在电场作用下能够产生显著的机械应变，具有很好的电驱动应变性能。
结论：
本文通过溶液聚合法制备了高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体，并添加碳纳米管作为改性剂，提高了材料的导电性能。
在合适的反应条件下，制备的高电驱动应变聚丙烯酸酯介电弹性体展现出很好的电驱动应变性能。
这对于开发高性能电驱动应变材料具有重要意义，为相关领域的研究提供了有益参考
通过本文的研究，我们成功制备了具有高电驱动应变性能的聚丙烯酸酯介电弹性体。
通过添加碳纳米管作为改性剂，我们成功提高了材料的导电性能。
在合适的反应条件下，制备的聚丙烯酸酯介电弹性体展现出了显著的电驱动应变性能。
这项研究对于开发高性能电驱动应变材料具有重要意义，并为相关领域的研究提供了有益的参考。