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難燃性ポリウレタン誘電弾性体の設計、製造とその電気駆動性能の研究
Xing-yu Shang
,
Xiao Yu
,
Hui-li Jin
,
Yuan-long Song
,
Zhi-peng Song
,
Hua-jun Xu
,
You-hua Xiao
,
DOI:
10.11777/j.issn1000-3304.2025.25132
摘要
誘電弾性体(DE)材料は外部電場の作用で電気誘起変形が起こり、電気エネルギーを機械エネルギーに変換でき、柔軟駆動装置やソフトロボットなどの領域で幅広い応用が期待されています。しかし、DE材料は高電場下で駆動する際に電撃穿火のリスクがあります。そこで、本研究では、木質素由来のクローブアルデヒドを原料として、生体基リン酸窒素型難燃剤(DHBOP)を設計し、これをポリウレタン(PU)ハードセグメントの改質剤として使用して難燃タイプのPU-DE材料を合成しました。結果として、PUハードセグメントに剛性難燃剤構造を導入することで、材料の硬化問題を回避し、改質PUの初期モジュラスが0.5MPa未満となり、DE材料の電場駆動時の柔軟性要件を満たしました。未改質のPU-DE材料と比較すると、PUプリポリマーのハードセグメント中に難燃剤構造が50%以上含まれる場合、UL-94 V-0の等級を達成することができ、またPUプリポリマーのハードセグメントが100%DHBOPであり(100%DHBOP-PU)、総放熱量とピーク放熱速度はそれぞれ26%および35%最大減少し、熱分解残炭率は未改質PU-DE材料の0.31wt%から9.99wt%に増加し、溶融滴質量は最大62%減少しました。プレストレッチ駆動なしで、50%DHBOP-PU材料は電場強度52MV/mで最大面積ひずみを63%得ることができます。この難燃改質PU材料はDE駆動の防火面で重要な意義を持ち、将来の人機インタラクションにより安全な材料サポートを提供します。
关键词
人工筋肉;誘電弾性体;ポリウレタン;難燃;安全駆動
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