本发明公开了一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料的制备方法，属于介电弹性体材料技术领域。
背景技术：
介电弹性体是制造主动驱动器最有潜力的电场活性聚合物材料。电活性聚合物是一种新型的智能高分子材料，它能在外加电场的作用下，通过材料内部结构的改变发生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等变形。它可以产生强大的位移，但是要求激励电场的场强较高。随着精密制造、微电子技术的不断发展，人们对于现代驱动器提出越来越高的要求，并将具有驱动力大、输出位移大、工作频率高、相应速度快、环境适应能力强以及易于控制等特点的驱动器作为理想驱动器的发展趋势。近年来，经过研究人员的不懈努力，有许多智能驱动材料被应用于新型驱动器的制造领域，随之带来的是各类新型高性能驱动器的应运而生，其中广泛应用于机电系统的种类有：1）压电式驱动器，其特点是工作频率高，易于实现电信号驱动，控制精度高，驱动力较大，但它的驱动位移非常小，只能提高纳米、微米量级的位移或移动；2）静电式驱动器，其特点是响应速度快，工作频率高，易于控制，便于集成，耗能低，不易发热，但这种驱动器驱动力小，且静电力与电极的间隙大小密切相关，因此驱动位移很小，且容易失稳；3）双金属驱动器，其特点是工作频率较低，但它的移动位移相对较大，并且驱动位移能够通过调节加热电流实现线性控制；4）形状记忆合金驱动器，其特点是可提供相对较大的驱动力和驱动位移，但是需要较大的激发能量。介电弹性体属于化学交联的高分子弹性聚合物，它在外电场的作用下可以产生很大的电致应变。一旦电场撤除，可以迅速恢复到其初始的尺寸。
但是介电弹性体中的介电性能和弹性模量参数之间存在对立关系，添加高介电性能填料将增加材料模量，但可能不会较好改善机电性能。偏置高压电源的限制，导致每毫米弹性体材料要采用上千伏驱动电压，驱动电压过高，限制了应用范围，电极电阻过高，电极导电率低，能量损耗较大且电致形变性能不佳。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对传统介电弹性体材料存在电致形变性能不佳、驱动电压过高，以及电极电阻过高的缺陷，本发明取甲基苯基二氯硅烷与二甲基二氯硅烷反应，收集有机层后加入氢氧化钾继续反应，然后再与硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应，随后与丙烯酸甲酯进行酯化，用二乙胺封端，再丙酮抽提，制得树形硅橡胶丙酮溶液备用，取处理后的钛酸钡分散液与海藻酸钠进行超声分散，过滤、煅烧、球磨，所得颗粒与树形硅橡胶丙酮溶液搅拌，最后加入磷酸二丁酯等置于模具中固化、脱模即得一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料，本发明利用海藻酸钠粒子与硅橡胶复合材料之间的界面相互作用，有效提高了填料分散，使复合材料的介电性能及电致形变性能明显提高，具有较佳的使用价值。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取10～15g甲基苯基二氯硅烷加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，再加入100～200mL去离子水，并置于水浴锅中，升温至60～70℃，搅拌5～10min，再加入15～20g二甲基二氯硅烷，搅拌反应3～4h，反应结束，静置10～20min，分液，除去水层，得到有机层，向有机层中加入3～5g氢氧化钾粉末，升温至80～90℃，搅拌反应1～2h，得到环状聚甲基苯基硅氧烷；
（2）向上述环状聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3～5g八甲基环四硅氧烷、5～8g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，搅拌反应5～6h，再加入2～3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应7～8h，过滤，得到的滤渣即为3-氨基丙基硅橡胶；
（3）将3-氨基丙基硅橡胶加入到三口烧瓶中，并加入100～200mL甲醇，搅拌5～10min，再加入3～5g丙烯酸甲酯，搅拌反应5～6h，得到酯化的氨丙基硅橡胶，降温至5～10℃，再加入10～20mL二乙胺，搅拌反应7～8h，过滤，得到滤渣，并用100～150mL丙酮进行抽提，得到树形硅橡胶丙酮溶液，备用；
（4）称取8～10g钛酸钡加入到球磨机中球磨2～3h，过200～300目筛，得到钛酸钡粉末，并置于烧杯中，再加入100～200mL去离子水、0.3～0.5g十二烷基苯磺酸钠，并置于超声波振荡仪中，在180～200W下超声分散30～40min，得到钛酸钡分散液；
（5）向上述分散液中加入3～5g海藻酸钠，超声分散1～2h，过滤，得到滤渣，并置于马弗炉中，在300～400℃下煅烧2～3h，再自然冷却至室温，并置于球磨机中球磨1～2h，得到海藻酸钠包覆钛酸钡颗粒；
（6）将上述颗粒加入到烧杯中，再依次加入上述步骤（3）备用的树形硅橡胶丙酮溶液，磁力搅拌10～20min，再依次加入2～4g磷酸二丁酯、3～5g硬脂酸钙，搅拌30～40min，随后倒入模具中，在60～70℃下固化24～26h，再自然冷却至室温，脱模，得到一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料。
本发明的物理性质是：本发明所得的树形有机硅橡胶介电弹性体材料驱动应变为300～400%，弹性模量为0.5～6MPa，驱动电压为10～100V/μm。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的产品具有形变能力大、弹性能密度高、反应时间短、疲劳寿命高、体积小、精度高、柔性好、仿生性能好的优点；
（2）本发明的方法具有工艺简单、工艺流程短、生产的产品质量可靠的优点。
具体实施方式
首先称取10～15g甲基苯基二氯硅烷加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，再加入100～200mL去离子水，并置于水浴锅中，升温至60～70℃，搅拌5～10min，再加入15～20g二甲基二氯硅烷，搅拌反应3～4h，反应结束，静置10～20min，分液，除去水层，得到有机层，向有机层中加入3～5g氢氧化钾粉末，升温至80～90℃，搅拌反应1～2h，得到环状聚甲基苯基硅氧烷；向上述环状聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3～5g八甲基环四硅氧烷、5～8g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，搅拌反应5～6h，再加入2～3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应7～8h，过滤，得到的滤渣即为3-氨基丙基硅橡胶；将3-氨基丙基硅橡胶加入到三口烧瓶中，并加入100～200mL甲醇，搅拌5～10min，再加入3～5g丙烯酸甲酯，搅拌反应5～6h，得到酯化的氨丙基硅橡胶，降温至5～10℃，再加入10～20mL二乙胺，搅拌反应7～8h，过滤，得到滤渣，并用100～150mL丙酮进行抽提，得到树形硅橡胶丙酮溶液，备用；称取8～10g钛酸钡加入到球磨机中球磨2～3h，过200～300目筛，得到钛酸钡粉末，并置于烧杯中，再加入100～200mL去离子水、0.3～0.5g十二烷基苯磺酸钠，并置于超声波振荡仪中，在180～200W下超声分散30～40min，得到钛酸钡分散液；向上述分散液中加入3～5g海藻酸钠，超声分散1～2h，过滤，得到滤渣，并置于马弗炉中，在300～400℃下煅烧2～3h，再自然冷却至室温，并置于球磨机中球磨1～2h，得到海藻酸钠包覆钛酸钡颗粒；将上述颗粒加入到烧杯中，再依次加入上述备用的树形硅橡胶丙酮溶液，磁力搅拌10～20min，再依次加入2～4g磷酸二丁酯、3～5g硬脂酸钙，搅拌30～40min，随后倒入模具中，在60～70℃下固化24～26h，再自然冷却至室温，脱模，得到一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料。
实例1
首先称取10g甲基苯基二氯硅烷加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，再加入100mL去离子水，并置于水浴锅中，升温至60℃，搅拌5min，再加入15g二甲基二氯硅烷，搅拌反应3h，反应结束，静置10min，分液，除去水层，得到有机层，向有机层中加入3g氢氧化钾粉末，升温至80℃，搅拌反应1h，得到环状聚甲基苯基硅氧烷；向上述环状聚甲基苯基硅氧烷中依次加入3g八甲基环四硅氧烷、5g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，搅拌反应5h，再加入2g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应7h，过滤，得到的滤渣即为3-氨基丙基硅橡胶；将3-氨基丙基硅橡胶加入到三口烧瓶中，并加入100mL甲醇，搅拌5min，再加入3g丙烯酸甲酯，搅拌反应5h，得到酯化的氨丙基硅橡胶，降温至5℃，再加入10mL二乙胺，搅拌反应7h，过滤，得到滤渣，并用100mL丙酮进行抽提，得到树形硅橡胶丙酮溶液，备用；称取8g钛酸钡加入到球磨机中球磨2h，过200目筛，得到钛酸钡粉末，并置于烧杯中，再加入100mL去离子水、0.3g十二烷基苯磺酸钠，并置于超声波振荡仪中，在180W下超声分散30min，得到钛酸钡分散液；向上述分散液中加入3g海藻酸钠，超声分散1h，过滤，得到滤渣，并置于马弗炉中，在300℃下煅烧2h，再自然冷却至室温，并置于球磨机中球磨1h，得到海藻酸钠包覆钛酸钡颗粒；将上述颗粒加入到烧杯中，再依次加入上述备用的树形硅橡胶丙酮溶液，磁力搅拌10min，再依次加入2g磷酸二丁酯、3g硬脂酸钙，搅拌30min，随后倒入模具中，在60℃下固化24h，再自然冷却至室温，脱模，得到一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料。
本发明的物理性质是：本发明所得的树形有机硅橡胶介电弹性体材料驱动应变为300%，弹性模量为0.5MPa，驱动电压为10V/μm。
实例2
首先称取13g甲基苯基二氯硅烷加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，再加入150mL去离子水，并置于水浴锅中，升温至65℃，搅拌7min，再加入17g二甲基二氯硅烷，搅拌反应3.5h，反应结束，静置15min，分液，除去水层，得到有机层，向有机层中加入4g氢氧化钾粉末，升温至85℃，搅拌反应1.5h，得到环状聚甲基苯基硅氧烷；向上述环状聚甲基苯基硅氧烷中依次加入4g八甲基环四硅氧烷、7g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，搅拌反应5.5h，再加入2.5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应7.5h，过滤，得到的滤渣即为3-氨基丙基硅橡胶；将3-氨基丙基硅橡胶加入到三口烧瓶中，并加入150mL甲醇，搅拌7min，再加入4g丙烯酸甲酯，搅拌反应5.5h，得到酯化的氨丙基硅橡胶，降温至8℃，再加入15mL二乙胺，搅拌反应7.5h，过滤，得到滤渣，并用130mL丙酮进行抽提，得到树形硅橡胶丙酮溶液，备用；称取9g钛酸钡加入到球磨机中球磨2.5h，过250目筛，得到钛酸钡粉末，并置于烧杯中，再加入150mL去离子水、0.4g十二烷基苯磺酸钠，并置于超声波振荡仪中，在190W下超声分散35min，得到钛酸钡分散液；向上述分散液中加入4g海藻酸钠，超声分散1.5h，过滤，得到滤渣，并置于马弗炉中，在350℃下煅烧2.5h，再自然冷却至室温，并置于球磨机中球磨1.5h，得到海藻酸钠包覆钛酸钡颗粒；将上述颗粒加入到烧杯中，再依次加入上述备用的树形硅橡胶丙酮溶液，磁力搅拌15min，再依次加入3g磷酸二丁酯、4g硬脂酸钙，搅拌35min，随后倒入模具中，在65℃下固化25h，再自然冷却至室温，脱模，得到一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料。
本发明的物理性质是：本发明所得的树形有机硅橡胶介电弹性体材料驱动应变为350%，弹性模量为3MPa，驱动电压为60V/μm。
实例3
首先称取15g甲基苯基二氯硅烷加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，再加入200mL去离子水，并置于水浴锅中，升温至70℃，搅拌10min，再加入20g二甲基二氯硅烷，搅拌反应4h，反应结束，静置20min，分液，除去水层，得到有机层，向有机层中加入5g氢氧化钾粉末，升温至90℃，搅拌反应2h，得到环状聚甲基苯基硅氧烷；向上述环状聚甲基苯基硅氧烷中依次加入5g八甲基环四硅氧烷、8g四甲基四乙烯基环四硅氧烷，搅拌反应6h，再加入3g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应8h，过滤，得到的滤渣即为3-氨基丙基硅橡胶；将3-氨基丙基硅橡胶加入到三口烧瓶中，并加入200mL甲醇，搅拌10min，再加入5g丙烯酸甲酯，搅拌反应6h，得到酯化的氨丙基硅橡胶，降温至10℃，再加入20mL二乙胺，搅拌反应8h，过滤，得到滤渣，并用150mL丙酮进行抽提，得到树形硅橡胶丙酮溶液，备用；称取10g钛酸钡加入到球磨机中球磨3h，过300目筛，得到钛酸钡粉末，并置于烧杯中，再加入200mL去离子水、0.5g十二烷基苯磺酸钠，并置于超声波振荡仪中，在200W下超声分散40min，得到钛酸钡分散液；向上述分散液中加入5g海藻酸钠，超声分散2h，过滤，得到滤渣，并置于马弗炉中，在400℃下煅烧3h，再自然冷却至室温，并置于球磨机中球磨2h，得到海藻酸钠包覆钛酸钡颗粒；将上述颗粒加入到烧杯中，再依次加入上述备用的树形硅橡胶丙酮溶液，磁力搅拌20min，再依次加入4g磷酸二丁酯、5g硬脂酸钙，搅拌40min，随后倒入模具中，在70℃下固化26h，再自然冷却至室温，脱模，得到一种树形有机硅橡胶介电弹性体材料。
本发明的物理性质是：本发明所得的树形有机硅橡胶介电弹性体材料驱动应变为400%，弹性模量为6MPa，驱动电压为100V/μm。