一种低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器及其制备方法与流程-j9九游会真人

文档序号:35695962发布日期:2023-10-11 19:02阅读:10来源:国知局


1.本发明属于柔性致动器技术领域,尤其涉及一种低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器及其制备方法。


背景技术:

2.柔性致动器由于具备多自由度连续变形、高适应性和交互安全性等优异性能,在软体机器人、医疗器械、人工肌肉等领域取得应用。目前多数柔性致动器为充气式、电压式等,通过柔性材料外接线路(例如需要连接气管或电线)形式提供驱动,受使用范围以及需额外配备供能设备等限制,并且为实现预设路径变形,需进行复杂的几何结构设计以及线路连接,带来制备工艺和装配复杂、致动器无法小型化等问题。此外,现有技术中的柔性致动器为实现弯曲,需通过异质材料叠层方式或外形异构设计,实现不同位置不同变形刚度特性进而弯曲;如中国专利申请cn113736262a提供了一种光响应液-气相变复合材料及其制备方法与应用,其提供的光响应液-气相变复合材料可以用于制备光响应器件,比如柔性执行器抓手,但其柔性执行器由上下两层材料组成,其中一层为主动层,由该专利申请制备的液-气相变复合材料组成,另外一层为普通硅橡胶,当光照时,主动层会延长,由于被动层的限制,双层结构会弯曲,因此执行器会向一边弯曲来抓取物体。
3.因此,非常有必要提供一种一体化成型的无缆柔性致动器及其制备方法。


技术实现要素:

4.为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题,本发明提供了一种低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器及其制备方法。本发明得到的是一体化成型无缆柔性致动器,所述无缆柔性致动器包含的低沸点液体在重力方向(厚度方向)上具有梯度化分布特征,在外部热辐射下可实现预定变形,而且不需要外接线路驱动以及复杂结构设计即可完成弯曲等变形,极大简化了柔性致动器结构构型、制备工艺以及装配复杂性,且具有变形响应可调节的能力。
5.本发明在第一方面提供了一种低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器的制备方法,所述方法包括如下步骤:
6.(1)将低沸点液体与硅橡胶预聚物混合,得到第一混合物;
7.(2)将低沸点液体与硅橡胶预聚物固化剂混合,得到第二混合物;
8.(3)将第一混合物与第二混合物混合,得到复合浆料;
9.(4)将复合浆料浇筑在模具中先在温度为15~25℃、绝对气压为0.064~0.090mpa的条件下固化5~10min,再在温度为15~25℃下常压固化1~50h,制得低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
10.优选地,将复合浆料浇筑在模具中先在温度为15~22℃、绝对气压为0.064~0.076mpa的条件下固化5~8min,再在温度为15~25℃下常压固化1~50h。
11.优选地,所述常压固化的时间为4~50h。
12.优选地,所述低沸点液体为乙醇溶液、四氢呋喃溶液、电子氟化液、三氯三氟乙烷溶液或乙酸乙酯溶液。
13.优选地,所述低沸点液体为乙醇溶液,所述乙醇溶液中含有乙醇的体积分数为15~35%。
14.优选地,所述硅橡胶预聚物为ecoflex 00-50预聚物、ecoflex 00-30预聚物、dragon skin 30预聚物或sylgard 184预聚物;所述硅橡胶预聚物固化剂为ecoflex 00-50预聚物固化剂、ecoflex 00-30预聚物固化剂、dragon skin 30预聚物固化剂或sylgard 184预聚物固化剂。
15.优选地,在所述第一混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物的体积比(16~25):100;在所述第二混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物固化剂的体积比(16~25):100;和/或所述第一混合物与所述第二混合物的体积比为100:(10~100)。
16.优选地,在步骤(1)和/或步骤(2)中,混合的方式为:在常温常压下搅拌1~3min,所述搅拌的转速为1000~1500r/min。
17.优选地,在步骤(3)中,混合的方式为:在常温常压下搅拌5~10min,所述搅拌的转速为1000~1500r/min。
18.本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器,所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器包含硅橡胶和低沸点液体,所述低沸点液体以液滴的形式在重力方向上梯度分散于硅橡胶中。
19.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果:
20.(1)本发明制得的是一体化成型无缆柔性致动器,所述无缆柔性致动器具有简单构型实现预设几何变形、体积厚度以及变形可调节和弯曲程度可控等特点,且无需复杂几何构型和外接线路连接。
21.(2)本发明得到的所述无缆柔性致动器包含的低沸点液体以液滴的形式在重力方向(厚度方向)上具有梯度化分布特征,即从厚度方向一侧至另一侧低沸点液体的分布是依次递减的,正是由于本发明制得的所述无缆柔性致动器具有低沸点液体梯度分布的这一特征,可以使得所述柔性致动器在外部热辐射下,由于一侧的低沸点液体分布多,膨胀系数会更大,低沸点液体分布多的一侧会膨胀变形程度大,为主动侧,而另一侧由于低沸点液体分布较少,膨胀系数小,膨胀变形程度很小,能够进行膨胀变形限制,为被动侧,从而使得本发明制得的所述无缆柔性致动器能够实现弯曲变形,即在外部热辐射下可实现预定变形,而不需要外接线路驱动以及复杂结构设计即可完成弯曲等变形,极大简化了柔性致动器结构构型、制备工艺以及装配复杂性,且具有变形响应可调节的能力。
22.(3)本发明方法通过调节固化环境压强、时间以及温度,一体化自形成低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器,工艺简单,成本低,制得的所述无缆柔性致动器具有构型简单、厚度可控、弯曲程度可控、可循环使用等优点。
附图说明
23.图1是本发明的工艺制备流程图。
24.图2是本发明制备的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器的示意图。
25.图3是本发明实施例3制备的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器的实物图(未
加热)。
26.图4是本发明实施例3制备的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器在90℃常压辐射加热7min发生加热弯曲变形稳定后的实物图。
27.图5是本发明实施例1~4以及对比例1与对比例4制得的样品图;图中,(a)至(d)均沿样品的厚度拍摄而成,样品整体成乳白色;在将混合浆料浇筑在圆柱形模具中进行一体化成型的过程中,存在挂壁现象,因此得到的圆柱形样品从厚度拍摄时,样品上侧存在边角,不代表样品有效部分,以图(a)所示的圆柱形样品为例,该圆柱形样品顶部所在位置大致如图(a)中虚线所示的位置;图中,(a)为本发明实施例1制得的样品,(b)为本发明实施例2制得的样品;(c)为本发明实施例3制得的样品;(d)为本发明对比例1制得的样品;(e)为本发明实施例4制得的样品;(f)为本发明对比例4制得的样品。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
29.本发明在第一方面提供了一种低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器的制备方法,其工艺制备流程图,例如,如图1所示;所述方法包括如下步骤:
30.(1)将低沸点液体(也可记作低沸点溶液)与硅橡胶预聚物(也记作:硅橡胶a组分)混合,得到第一混合物;
31.(2)将低沸点液体与硅橡胶预聚物固化剂(也记作:硅橡胶b组分)混合,得到第二混合物;
32.(3)将第一混合物与第二混合物混合,得到复合浆料;
33.(4)将复合浆料浇筑在模具中先在温度为15~25℃(例如15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃)、绝对气压为0.064~0.090mpa(例如0.064、0.065、0.066、0.067、0.068、0.069、0.070、0.071、0.072、0.073、0.074、0.075、0.076、0.077、0.078、0.079、0.080、0.081、0.082、0.083、0.084、0.085、0.086、0.087、0.088、0.089或0.090mpa)的条件下固化5~10min(例如5、6、7、8、9或10min),再在温度为15~25℃下常压固化1~50h(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50h),制得低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器;所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器包括分散介质和分散相,所述分散相沿重力方向(厚度方向)梯度分散于分散介质中,所述分散介质为硅橡胶,所述分散相为低沸点液体,所述低沸点液体以液滴的形式沿重力方向梯度分散于所述硅橡胶中,例如,如图2所示;本发明对所述模具的构型不做具体的限定,根据实际需要进行设计即可,通过选择不同构型的模具可以浇筑形成不同构型的无缆柔性致动器;在本发明中,所述模具例如可以为圆柱形模具,能够一体化成型得到等厚度块体样的无缆柔性致动器;在本发明中,将在温度为15~25℃、绝对气压为0.064~0.090mpa的条件下固化5~10min,简记为低压固化;在本发明中,绝对气压指的是固化环境的绝对气压;在本发明中,将在为15~25℃、常压(大气压)0.1mpa的条件下进行固化,简记
为常温常压固化,优选的是,常温常压固化4~50h(例如4、5、10、15、20、24、30、35、40、45、48或50h)。
34.本发明在将混合浆料进行常温常压固化之前,先将混合浆料在低于大气压的低压环境下进行固化5~10min,具体地在绝对气压为0.064~0.090mpa的条件下低压固化5~10min,由于固化环境的气压降低,而混合浆料内部的压力不变情况下,内外压差增大,低沸点液体会以微液滴的形式移向气压低的一侧,即朝混合浆料的顶部一侧移动,从而使得形成了低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器;并且对于本发明而言,需要合理控制进行所述低压固化的温度、绝对气压和时间,若低压固化的温度太高或绝对气压太低或者低压固化时间太长,均会导致低沸点液体挥发,而无法形成相变驱动材料,更是无法形成本发明所述的无缆柔性致动器;而若低压固化的绝对气压太高或者低压固化时间太短,则会导致低沸点液体朝一侧移动不明显,无法使得低沸点液体在硅橡胶分散介质中沿厚度方向形成明显的梯度分布;本发明方法通过调节低压固化环境压强、时间以及温度,一体化自形成低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器,进而达到柔性致动器简单构型实现预设几何变形;本发明方法工艺简单,成本低,制得的所述无缆柔性致动器具有构型简单、厚度可控、变形可调节、弯曲程度可控、可循环使用等优点。
35.本发明得到的所述无缆柔性致动器包含的低沸点液体以液滴的形式在重力方向(厚度方向)上具有梯度化分布特征,在无缆柔性致动器主体厚度方向上,低沸点液体并不是均匀分散的,而是从厚度方向的一侧至另一侧低沸点液体的分布是依次递减的,正是由于本发明制得的所述无缆柔性致动器具有低沸点液体梯度分布的特征,可以使得所述柔性致动器在外部热辐射下,由于一侧的低沸点液体分布多,膨胀系数会更大,低沸点液体分布多的一侧会膨胀变形程度大,为主动侧,而另一侧由于低沸点液体分布较少,膨胀系数小,膨胀变形程度很小,能够进行膨胀变形限制,为被动侧,从而使得本发明制得的所述无缆柔性致动器能够实现弯曲变形,即在外部热辐射下可实现预定变形,而不需要外接线路驱动以及复杂结构设计即可完成弯曲等变形,极大简化了柔性致动器结构构型、制备工艺以及装配复杂性,且具有变形响应可调节的能力,即通过对本发明低压固化的温度、绝对气压和时间进行调控,可以实现无缆柔性致动器弯曲变形程度的可控调节,本发明首次通过使得低沸点液体以液滴的形式在重力方向(厚度方向)上梯度分布于硅橡胶中,得到了一种一体化成型的无缆柔性致动器;而现有技术中低沸点液体均匀分布的相变复合材料,由于其各个方向的膨胀系数一致,在受到外部热辐射下,只会整体膨胀变形,由于未受到限制或者牵制,基本无法实现弯曲变形。
36.根据一些优选的实施方式,将复合浆料浇筑在模具中先在温度为15~22℃(例如15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃或22℃)、绝对气压为0.064~0.076mpa(例如0.064、0.065、0.066、0.067、0.068、0.069、0.070、0.071、0.072、0.073、0.074、0.075或0.076mpa)的条件下固化5~8min(例如5、6、7或8min),再在温度为15~25℃下常压固化1~50h;在本发明中,优选为先在温度15~22℃且绝对气压(固化环境绝对气压)0.064~0.076mpa的条件下固化5~8min,如此有利于得到低沸点液体梯度分布明显的所述无缆柔性致动器,可以使得所述无缆柔性致动器实现更大角度的弯曲变形。
37.根据一些优选的实施方式,所述常压固化的时间为4~50h(例如4、5、10、15、20、24、30、35、40、45、48或50h);本发明中常压固化时间根据硅橡胶的种类进行选择,例如,当
所述硅橡胶预聚物为ecoflex 00-50预聚物或者ecoflex 00-30预聚物,对应的所述硅橡胶预聚物固化剂为ecoflex 00-50预聚物固化剂或者ecoflex 00-30预聚物固化剂时,常压固化时间可以为4~5h;当所述硅橡胶预聚物为dragon skin 30预聚物,对应的所述硅橡胶预聚物固化剂为dragon skin 30预聚物固化剂时,常压固化时间可以为16~17h;当所述硅橡胶预聚物为sylgard 184预聚物,对应的所述硅橡胶预聚物固化剂为sylgard 184预聚物固化剂时,常压固化时间可以为48~50h。
38.根据一些优选的实施方式,所述低沸点液体为乙醇溶液、四氢呋喃溶液、电子氟化液、三氯三氟乙烷溶液或乙酸乙酯溶液;在本发明中,乙醇溶液、四氢呋喃溶液、三氯三氟乙烷溶液或乙酸乙酯溶液例如可以以去离子水为溶剂,优选的是,所述低沸点液体为乙醇水溶液,在本发明中,优选的是,步骤(1)和步骤(2)选用的低沸点液体种类相同;所述电子氟化液为市售产品,例如可以为novec 7000电子氟化液;优选的是,所述低沸点液体的沸点小于90℃。
39.根据一些优选的实施方式,所述低沸点液体为乙醇溶液,所述乙醇溶液中含有乙醇的体积分数为15~35%(例如15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%或35%);在本发明中,优选的是,所述低沸点液体为乙醇水溶液,所述乙醇水溶液由无水乙醇和去离子水混合而成,且优选的是,所述乙醇水溶液中含有乙醇的体积分数为15~35%,以ecoflex硅橡胶材料为例,单纯无水乙醇或其他有机液体可能会与材料溶合,乙醇与去离子水形成含有乙醇的体积分数为15~35%的乙醇水溶液,能够阻止乙醇和硅橡胶材料溶合,在内部形成微小液滴,如此有利于得到低沸点液体梯度分布的所述无缆柔性致动器,可以使得所述无缆柔性致动器实现大角度的弯曲变形。
40.根据一些优选的实施方式,根据无缆柔性致动器的性能需求,还可以在步骤(1)和步骤(2)中的所述低沸点液体中添加石墨、石墨烯或金属粉末等导体材料等。
41.在本发明中,所述硅橡胶预聚物与硅橡胶预聚物固化剂的侧链基团能够相互反应形成具有三维网状大分子结构的硅橡胶;本发明对所述硅橡胶预聚物、硅橡胶预聚物固化剂的选择不做具体的限定,优选的是,所述硅橡胶预聚物、硅橡胶预聚物固化剂应具有低模量,可拉伸,易掺杂、低成本的特点。
42.根据一些优选的实施方式,所述硅橡胶预聚物为ecoflex 00-50预聚物、ecoflex 00-30预聚物、dragon skin 30预聚物或sylgard 184预聚物,且不限于此;所述硅橡胶预聚物固化剂为ecoflex 00-50预聚物固化剂、ecoflex 00-30预聚物固化剂、dragon skin 30预聚物固化剂或sylgard 184预聚物固化剂,且不限于此。
43.根据一些优选的实施方式,所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器中包括的分散介质(硅橡胶)为ecoflex 00-50、ecoflex 00-30、dragon skin 30、sylgard 184中的一种或多种,且不限于此。
44.根据一些优选的实施方式,在所述第一混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物的体积比(16~25):100(例如16:100、17:100、18:100、19:100、20:100、21:100、22:100、23:100、24:100或25:100);在所述第二混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物固化剂的体积比(16~25):100(例如16:100、17:100、18:100、19:100、20:100、21:100、22:100、23:100、24:100或25:100);和/或所述第一混合物与所述第二混合物的体积比为
100:(10~100)(例如100:10、100:15、100:20、100:25、100:30、100:35、100:40、100:45、100:50、100:55、100:60、100:65、100:70、100:75、100:80、100:85、100:90、100:95或100:100);在本发明中,例如当硅橡胶材料为ecoflex或dragon skin时,即当所述硅橡胶预聚物为ecoflex 00-50预聚物、ecoflex 00-30预聚物或dragon skin 30预聚物,对应的所述硅橡胶预聚物固化剂为ecoflex 00-50预聚物固化剂、ecoflex 00-30预聚物固化剂或dragon skin 30预聚物固化剂时,所述第一混合物与所述第二混合物的体积比例如为1:1;当硅橡胶材料为sylgard 184时,即当所述硅橡胶预聚物为sylgard 184预聚物,对应的所述硅橡胶预聚物固化剂为sylgard 184预聚物固化剂时,所述第一混合物与所述第二混合物的体积比例如为10:1。
45.在本发明中,优选为在所述第一混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物的体积比(16~25):100,并且优选为在所述第二混合物中,所述低沸点液体与所述硅橡胶预聚物固化剂的体积比(16~25):100,若低沸点液体的用量太多,会导致无法完全混合,造成样品内部有大液珠存在,影响材料的均匀性,从而影响无缆柔性致动器的弯曲变形性能。
46.根据一些优选的实施方式,所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器中低沸点液体与分散介质(硅橡胶)的体积比为(16~25):100(例如16:100、17:100、18:100、19:100、20:100、21:100、22:100、23:100、24:100或25:100)。
47.根据一些优选的实施方式,在步骤(1)和/或步骤(2)中,混合的方式为:在常温常压下搅拌1~3min(例如1、2或3min),所述搅拌的转速为1000~1500r/min(例如1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450或1500r/min);和/或在步骤(3)中,混合的方式为:在常温常压下搅拌5~10min(例如5、6、7、8、9或10min),所述搅拌的转速为1000~1500r/min(例如1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450或1500r/min);在本发明中,常温例如指的是常温15~25℃。
48.在本发明中,优选为步骤(3)为:将第一混合物与第二混合物在转速为1000~1500r/min的常温常压下搅拌5~10min,得到所述复合浆料,有利于使得低沸点液体充分混合分散到硅橡胶材料中而不凝聚;若该步骤(3)的搅拌时间不够,例如仅搅拌1~3min混合,搅拌时间太短,导致液珠没有充分混合分散,若搅拌时间太长,则会导致材料在搅拌过程中已经发生固化,无论是搅拌时间过短或过长均会导致在后续低压固化过程中,会使得低沸点液体无法以液滴的形式进行有序的移动,从而导致无法形成低沸点液体梯度分布明显的无缆柔性致动器,导致所述无缆柔性致动器的弯曲变形程度小。
49.根据一些具体的实施方式,所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器的制备包括如下步骤:
50.s1.配制一定体积分数的低沸点液体;
51.s2.利用机械搅拌法将低沸点液体均匀分散于硅橡胶预聚物中,得到第一混合物;
52.s3.利用机械搅拌法将低沸点液体均匀分散于硅橡胶预聚物固化剂中,得到第二混合物;
53.s4.利用机械搅拌法混合第一混合物和第二混合物,得到复合浆料;
54.s5.将复合浆料浇筑在模具中,先于15~25℃下进行低压(绝对气压0.064~0.090mpa)固化5~10min后,再于常温15~25℃下常压固化1~50小时,制得低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
55.本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器,所述低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器包含硅橡胶和低沸点液体,所述低沸点液体以液滴的形式在重力方向(厚度方向)上梯度分散于硅橡胶中。
56.下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明,但是本发明的保护范围不限于这些实施例。本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
57.实施例1
58.s1.取无水乙醇和去离子水按照体积比为1:4配制体积分数为20%的乙醇水溶液,得到低沸点液体;
59.s2.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶a组分(ecoflex 00-50预聚物),掺入2.5ml体积分数为20%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第一混合物;在第一混合物中,低沸点液体与硅橡胶a组分的体积比为2.5:15;
60.s3.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶b组分(ecoflex 00-50预聚物固化剂),掺入2.5ml体积分数为20%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第二混合物;在第二混合物中,低沸点液体与硅橡胶b组分的体积比为2.5:15;
61.s4.将第一混合物与第二混合物按1:1的体积比加入烧杯,在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌5min,得到复合浆料;
62.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.076mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
63.实施例2
64.实施例2与实施例1基本相同,不同之处在于:
65.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.070mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
66.实施例3
67.实施例3与实施例1基本相同,不同之处在于:
68.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
69.实施例4
70.实施例4与实施例3基本相同,不同之处在于:
71.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化10min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
72.本实施例由于进行低压固化时间长达10min,导致部分低沸点液体挥发了,相较于在绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化5min,梯度分布层整体上移,得到的是低沸点液体相
对没那么明显梯度分布的无缆柔性致动器。
73.实施例5
74.实施例5与实施例3基本相同,不同之处在于:
75.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.090mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
76.实施例6
77.s1.取无水乙醇和去离子水按照体积比为1:9配制体积分数为10%的乙醇水溶液,得到低沸点液体;
78.s2.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶a组分(ecoflex 00-50预聚物),掺入2.5ml体积分数为10%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第一混合物;在第一混合物中,低沸点液体与硅橡胶a组分的体积比为2.5:15;
79.s3.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶b组分(ecoflex 00-50预聚物固化剂),掺入2.5ml体积分数为10%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第二混合物;在第二混合物中,低沸点液体与硅橡胶b组分的体积比为2.5:15;
80.s4.将第一混合物与第二混合物按1:1的体积比加入烧杯,在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌5min,得到复合浆料;
81.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
82.实施例7
83.s1.取无水乙醇和去离子水按照体积比为4:6配制体积分数为40%的乙醇水溶液,得到低沸点液体;
84.s2.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶a组分(ecoflex 00-50预聚物),掺入2.5ml体积分数为40%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第一混合物;在第一混合物中,低沸点液体与硅橡胶a组分的体积比为2.5:15;
85.s3.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶b组分(ecoflex 00-50预聚物固化剂),掺入2.5ml体积分数为40%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第二混合物;在第二混合物中,低沸点液体与硅橡胶b组分的体积比为2.5:15;
86.s4.将第一混合物与第二混合物按1:1的体积比加入烧杯,在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌5min,得到复合浆料;
87.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
88.实施例8
89.s1.取无水乙醇作为低沸点液体;
90.s2.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶a组分(ecoflex 00-50预聚物),掺入2.5ml低沸点液体(无水乙醇)并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第一混合物;在第一混合物中,低沸点液体与硅橡胶a组分的体积比为2.5:15;
91.s3.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶b组分(ecoflex 00-50预聚物固化剂),掺入2.5ml低沸点液体(无水乙醇)并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第二混合物;在第二混合物中,低沸点液体与硅橡胶b组分的体积比为2.5:15;
92.s4.将第一混合物与第二混合物按1:1的体积比加入烧杯,在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌5min,得到复合浆料;
93.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
94.对比例1
95.对比例1与实施例3基本相同,不同之处在于:
96.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.044mpa、18℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
97.本对比例由于复合浆料低压固化压力过低,导致低沸点液体挥发了,无法形成相变复合材料,更是无法形成低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
98.对比例2
99.对比例2与实施例3基本相同,不同之处在于:
100.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、18℃环境中固化3min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的低沸点液体梯度分布的无缆柔性致动器。
101.对比例3
102.对比例3与实施例3基本相同,不同之处在于:
103.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中,置于绝对气压0.064mpa、37℃环境中固化5min,再在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
104.对比例4
105.s1.取无水乙醇和去离子水按照体积比为1:4配制体积分数为20%的乙醇水溶液,得到低沸点液体;
106.s2.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶a组分(ecoflex 00-50预聚物),掺入2.5ml体积分数为20%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第一混合物;在第一混合物中,低沸点液体与硅橡胶a组分的体积比为2.5:15;
107.s3.量取15ml ecoflex 00-50铂金催化硅橡胶b组分(ecoflex 00-50预聚物固化剂),掺入2.5ml体积分数为20%的乙醇水溶液并在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌2min,得到第二混合物;在第二混合物中,低沸点液体与硅橡胶b组分的体积比为2.5:15;
108.s4.将第一混合物与第二混合物按1:1的体积比加入烧杯,在18℃、0.1mpa下以1500r/min转速机械搅拌5min,得到复合浆料;
109.s5.将复合浆料浇筑在圆柱形模具(内径86mm,厚10mm)中并直接在常温18℃、常压0.1mpa下固化5h,得到厚度为5mm的无缆柔性致动器。
110.本对比例得到的样品包含的低沸点液体以液滴的形式在重力方向上均匀分散于
硅橡胶中。
111.本发明对各实施例以及各对比例最终制得的样品进行了性能测试,将样品制成长为40mm,宽为20mm,厚度为5mm的试样进行弯曲测试,测试环境为在90℃常压0.1mpa下辐射环境(辐射功率密度0.4w/cm2)下,加热7min发生加热弯曲变形稳定后,测得平均曲率,平均曲率越大,说明样品的弯曲变形程度更大。
112.平均曲率的计算公式为:结果如表1所示。
113.表1
[0114][0115]
本发明在将实施例3得到的样品在90℃常压0.1mpa下辐射环境下,加热7min发生加热弯曲变形稳定后,测得平均曲率后,将样品在室温下冷却恢复至原来的形状,再在90℃常压0.1mpa下辐射环境下,二次加热7min发生加热弯曲变形稳定后,测得平均曲率,结果如表2所示;在将实施例3得到的样品二次加热测得平均曲率后,又一次将样品在室温下冷却恢复至原来的形状,再在90℃常压0.1mpa下辐射环境下,三次加热7min发生加热弯曲变形稳定后,测得平均曲率,结果如表2所示。
[0116]
表2
[0117]
实施例3平均曲率(cm-1
)曲率恢复率(%)二次加热0.660898.03%三次加热0.611890.76%
[0118]
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
[0119]
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。
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