调控聚氨酯聚集态结构制备高性能介电弹性体

摘要

通过退火保温调控聚氨酯（TPU）的相结构、结晶结构和氢键结构，进而调控其模量和介电常数（ε’），提高TPU的电驱动性能.使用扫描电子显微镜（SEM）和小角X射线（SAXS）研究TPU的结晶结构，基于红外光谱对TPU的氢键变化进行半定量分析，使用原子力显微镜（AFM）研究TPU的微相分离结构.结果显示，退火温度和时间不同导致TPU的聚集态结构各异，对模量、ε’和电驱动性能产生了较为复杂的影响.低温（80℃）退火处理后，硬相分布于连续的软段相，且形成了较多软段结晶，相分离程度和氢键破坏程度提高.相比于高温（150℃）退火处理，低温退火后获得较高ε’的同时保持了较低的模量，从而产生较大电致形变.值得注意的是，低温退火条件下产生大范围的软段结晶，使得软段分子链之间排布紧密，导致TPU电击穿强度大幅度提升，得到具有高击穿强度、高电致形变的TPU介电弹性体材料. 80℃退火处理6 h后，TPU的电击穿强度从退火处理前的25 kV/mm提高至32 kV/mm，最大电致形变从0.77%提高至3.3%，提高4.3倍.