一种改性离子聚合物金属复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性离子聚合物金属复合材料，由下列重量份的原料制成：全氟磺酸25?35份、N,N?二甲基甲酰胺10?15份、苯胺5?9份、硼氢化钠3?7份、盐酸羟胺2?5份、咪唑基四氟硼酸钠3?7份、钛铁矿15?20份、铂铵复合物10?15份、镍粉5?17份、铜粉3?9份、碳酸锂6?12份、甲基苯并三氮唑2?3份、变性剂3?5份、热稳定剂5?10份。制备而成的改性离子聚合物金属复合材料，其驱动电压低、反应速度快、形变位移大。同时，还公开了相应的制备方法。
【专利说明】
一种改性离子聚合物金属复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种改性离子聚合物金属复合材料及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，新型智能材料的开发与应用在推动科学的发展中起着巨大 的作用。这些信息材料包括:压电陶瓷、电磁变液体、电流变液体、记忆合金等。但是它们因 为有着像形变量小、信号刺激相对迟钝、极脆易破碎等缺点，同时给它们的推广和应用带来 局限。
[0003] 离子聚合物金属复合材料是一种新兴的电致动复合材料，在特定的电压下能产生 弯曲形变，进而产生一定的输出力和输出位移，同时有较好的柔韧性，可以在一定范围内任 意切割成需要的形状。离子聚合物金属复合材料作为一种新生事物正在被进行着广泛的研 究。和其他相类似的材料相比，离子聚合物金属复合材料制备工艺简单、驱动电压低、响应 速度快、输出位移大、无噪音不产生废弃物环保问题、柔韧性好等优点。所以研制出一款全 新的改性离子聚合物金属复合材料来应对行业的需求和要求相对尤为重要。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种改性离子聚合物金属复合材料及其制备方 法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了一种改性离子聚合物金属复 合材料，其驱动电压低、反应速度快、形变位移大，能够满足行业的要求，具有较好的应用前 景。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现： 一种改性离子聚合物金属复合材料，由下列重量份的原料制成:全氟磺酸25-35份、N， N-二甲基甲酰胺10-15份、苯胺5-9份、硼氢化钠3-7份、盐酸羟胺2-5份、咪唑基四氟硼酸钠 3-7份、钛铁矿15-20份、铂铵复合物10-15份、镍粉5-17份、铜粉3-9份、碳酸锂6-12份、甲基 苯并三氮唑2-3份、变性剂3-5份、热稳定剂5-10份。
[0006] 优选地，所述的变性剂选自对羟基苯胺、对硝基苯酚、氨丙基三乙氧基硅烷、六亚 甲基四胺中的一种或几种。
[0007] 优选地，所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯 二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。
[0008] 所述的改性离子聚合物金属复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 按照重量份称取各原料； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、热稳定剂加入混合 罐，以1000-1500转/分的速度搅拌3-5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为500-700°C，预烧 时间为2-3小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、变 性剂加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为500-600°C，出口温度为220-280°C，得到颗粒状物料，然后过20目 筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20-30分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品。
[0009] 优选地，步骤(7)中的烧结为真空烧结，真空度为1.5 X H^Pa，烧结温度为700-850 °C，烧结时间为2-3小时。
[0010] 本发明与现有技术相比，其有益效果为： (1)本发明的改性离子聚合物金属复合材料以全氟磺酸、钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜 粉、碳酸锂为主要成分，通过加入甲基苯并三氮唑、N，N_二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐 酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、变性剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过 筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的改性离子聚合物金属复合材料，其驱 动电压低、反应速度快、形变位移大，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
[0011] (2)本发明的改性离子聚合物金属复合材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业 化运用，实用性强。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
[0013] 实施例1 (1) 称取全氟磺酸25份、N，N-二甲基甲酰胺10份、苯胺5份、硼氢化钠3份、盐酸羟胺2份、 咪唑基四氟硼酸钠3份、钛铁矿15份、铂铵复合物10份、镍粉5份、铜粉3份、碳酸锂6份、甲基 苯并三氮唑2份、对羟基苯胺3份、己二酸二辛酯5份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、己二酸二辛酯加入混 合罐，以1000转/分的速度搅拌3小时，送入高温炉预烧，预烧温度为500°C，预烧时间为2小 时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、对 羟基苯胺加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为500°C，出口温度为220°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X H^Pa，烧结温度为700°C，烧结时间为2小时。
[0014] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0015] 实施例2 (1) 称取全氟磺酸29份、N，N-二甲基甲酰胺102份、苯胺7份、硼氢化钠4份、盐酸羟胺3 份、咪唑基四氟硼酸钠4份、钛铁矿17份、钼铵复合物12份、镍粉9份、铜粉5份、碳酸锂8份、甲 基苯并三氮唑2份、对硝基苯酚4份、丙二醇甲醚醋酸酯7份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、丙二醇甲醚醋酸酯加 入混合罐，以1200转/分的速度搅拌4小时，送入高温炉预烧，预烧温度为550°C，预烧时间为 2.4小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、对 硝基苯酚加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为530°C，出口温度为240°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却24分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X ，烧结温度为750°C，烧结时间为2.4小时。
[0016] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0017] 实施例3 (1) 称取全氟磺酸32份、N，N-二甲基甲酰胺14份、苯胺8份、硼氢化钠6份、盐酸羟胺4份、 咪唑基四氟硼酸钠6份、钛铁矿18份、铂铵复合物14份、镍粉15份、铜粉8份、碳酸锂10份、甲 基苯并三氮唑3份、氨丙基三乙氧基硅烷4份、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡8份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、双巯基乙酸异辛酯二 正辛基锡加入混合罐，以1400转/分的速度搅拌4.5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为600 °C，预烧时间为2.8小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、氨 丙基三乙氧基硅烷加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为580°C，出口温度为260°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却28分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X ，烧结温度为800°C，烧结时间为2.8小时。
[0018] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0019] 实施例4 (1)称取全氟磺酸35份、N，N-二甲基甲酰胺15份、苯胺9份、硼氢化钠7份、盐酸羟胺5份、 咪唑基四氟硼酸钠7份、钛铁矿20份、铂铵复合物15份、镍粉17份、铜粉9份、碳酸锂12份、甲 基苯并三氮唑3份、六亚甲基四胺5份、双丙烯酸丁二酯10份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、双丙烯酸丁二酯加入 混合罐，以1500转/分的速度搅拌5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为700Γ，预烧时间为3 小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、六 亚甲基四胺加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为600°C，出口温度为280°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却30分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X H^Pa，烧结温度为850°C，烧结时间为3小时。
[0020] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0021] 对比例1 (1) 称取全氟磺酸25份、苯胺5份、硼氢化钠3份、盐酸羟胺2份、咪唑基四氟硼酸钠3份、 钛铁矿15份、钼铵复合物10份、镍粉5份、铜粉3份、碳酸锂6份、对羟基苯胺3份、己二酸二辛 酯5份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、己二酸二辛酯加入混合罐，以1000转/ 分的速度搅拌3小时，送入高温炉预烧，预烧温度为500°C，预烧时间为2小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、对羟基苯胺加入超声 震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为500°C，出口温度为220°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X H^Pa，烧结温度为700°C，烧结时间为2小时。
[0022] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0023] 对比例2 (1) 称取全氟磺酸35份、N，N-二甲基甲酰胺15份、盐酸羟胺5份、咪唑基四氟硼酸钠7份、 钛铁矿20份、铂铵复合物15份、镍粉17份、铜粉9份、甲基苯并三氮唑3份、六亚甲基四胺5份、 双丙烯酸丁二酯10份； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、甲基苯并三氮唑、双丙烯酸丁二酯加入混合罐， 以1500转/分的速度搅拌5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为700°C，预烧时间为3小时； (3)再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4 )将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、六亚甲基四胺加入 超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5)将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为600°C，出口温度为280°C，得到颗粒状物料，然后过20目筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却30分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品，烧结为真 空烧结，真空度为1.5 X H^Pa，烧结温度为850°C，烧结时间为3小时。
[0024] 制得的改性离子聚合物金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0025] 将实施例1-4和对比例1-2的改性离子聚合物金属复合材料分别进行驱动电压、反 应速度、形变位移性能的测试。
[0026] 表 1
本发明的改性离子聚合物金属复合材料以全氟磺酸、钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、 碳酸锂为主要成分，通过加入甲基苯并三氮唑、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟 胺、咪唑基四氟硼酸钠、变性剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、 压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的改性离子聚合物金属复合材料，其驱动 电压低、反应速度快、形变位移大，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的改 性离子聚合物金属复合材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
[0027] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种改性离子聚合物金属复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成:全氟磺 酸25-35份、N，N-二甲基甲酰胺10-15份、苯胺5-9份、硼氢化钠3-7份、盐酸羟胺2-5份、咪唑 基四氟硼酸钠3-7份、钛铁矿15-20份、铂铵复合物10-15份、镍粉5-17份、铜粉3-9份、碳酸锂 6-12份、甲基苯并三氮唑2-3份、变性剂3-5份、热稳定剂5-10份。2. 根据权利要求1所述的改性离子聚合物金属复合材料，其特征在于:所述的变性剂选 自对羟基苯胺、对硝基苯酚、氨丙基三乙氧基硅烷、六亚甲基四胺中的一种或几种。3. 根据权利要求1所述的改性离子聚合物金属复合材料，其特征在于:所述热稳定剂选 自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的 一种或几种。4. 根据权利要求1-3任一所述的改性离子聚合物金属复合材料的制备方法，其特征在 于，包括以下步骤： (1) 按照重量份称取各原料； (2) 将钛铁矿、铂铵复合物、镍粉、铜粉、碳酸锂、甲基苯并三氮唑、热稳定剂加入混合 罐，以1000-1500转/分的速度搅拌3-5小时，送入高温炉预烧，预烧温度为500-700°C，预烧 时间为2-3小时； (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中，添加混合物重量20%的异丙醇，进行球 磨处理，得粉末状混合物； (4) 将全氟磺酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、硼氢化钠、盐酸羟胺、咪唑基四氟硼酸钠、变 性剂加入超声震荡器中，在50kHz、250W的条件下分散均匀，得到混合料浆； (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔，进口温度为500-600°C，出口温度为220-280°C，得到颗粒状物料，然后过20目 筛； (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20-30分钟； (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结，烧结完成后冷却至室温，得到成品。5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(7)中的烧结为真空烧结，真空度 为1.5 X 10-4a，烧结温度为700-850 °C，烧结时间为2-3小时。
【文档编号】C08L101/00GK106084869SQ201610420563
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201610420563.5, CN 106084869 A, CN 106084869A, CN 201610420563, CN-A-106084869, CN106084869 A, CN106084869A, CN201610420563, CN201610420563.5
【发明人】黄润翔
【申请人】苏州洪河金属制品有限公司