[发明专利]一种高性能粘附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生材料领域，尤其涉及的是一种高性能粘附材料及其制备方法。

背景技术

《蜘蛛侠》是一部充满着无穷想象力的电影，彼得·帕克原本是一个平凡的高中生，但当他被一只具有放射线的蜘蛛咬到后，他就拥有了各种超能力：可以在墙壁和天花板上行走，其出色的动作场景，很容易让观众从空间和时间上去进行身临其境的体验。毫无意外，从喜欢上这个已经走过半个多世纪之久的经典漫画人物开始，他是如何“飞檐走壁”的就引起了我的关注。自然界中壁虎的“游墙功”比“蜘蛛侠”更胜一筹。即使在光溜溜的玻璃墙上，它们照样可以漫步或者静静地等着飞虫路过。而壁虎这一神功的练就主要归功于它的脚！壁虎的每个脚趾下面都有一排排“衬垫”，每个“衬垫”上有成千上万的刚毛，每根刚毛的顶端又分散几百个毛茸茸的“小刷子”。这些“小刷子”形成了非常大的吸附力，使得壁虎每走一步，就像把脚像贴纸一样从墙上撕下来，然后黏到别处，而且不会留下任何残留物。如果能制作出和壁虎爪一样的仿生原理粘附材料，贴在机器人手、脚上可以满足外层空间探测、地震搜救、反恐袭击、市容服务等领域广泛而迫切的需求。许多课题组致力于制备粘附性能优异且可控的干性粘结剂，制备这种粘附材料的出发点大多数是对壁虎爪的微纳米刚毛结构仿生，利用高分子材料或碳纳米管制备纳米线阵列。这种纳米材料的特点是材料本身无粘性，粘附性能可以通过纳米线形貌阵列几何尺寸等因素控制，因而在爬壁机器人、工业运输、生物贴片和太空取物等领域都有较多的应用。然而，这种材料的缺点在于其难以实现大面积制备和大规模生产，以及纳米线容易倒伏导致粘附材料失效。

近年来出现的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳纤维复合粘附材料是一种新型的功能型仿壁虎爪粘附材料，其与硅及其氧化物表面、金属表面、木材等多种表面具有较好的粘附性。PDMS弹性模量较小，可以使其与接触面完全接触，但其在承受切向载荷时会出现局部脱附现象，需要在材料中添加碳纤维织物，提供切向所需刚度，提高面内拉伸性能，使粘附材料切向均匀受力。这种材料能大面积制备，有着较好的粘附性能与重复性。但是对于此类粘附材料的粘附性能的研究多数仅限于干燥洁净的接触表面，与壁虎爪的粘附性以及对表面的适应性尚有很大差距。因此，新型的干湿两用的粘附材料是粘附材料制备及其性能研究领域的重要课题。

生活中我们发现，戏剧演员们常用传统的榆树皮粘合剂固定头套饰品，榆树皮的粘液是常见的生物粘液，成本较低，容易制备，其优异的粘附性能在民间有着诸多应用，而且榆树皮利水通淋、祛痰、消肿解毒的医药价值很高，但国内外缺乏对此类材料的制备分析及深入研究。本发明通过科学方法提取高纯度的榆树皮粘液，然后制备PDMS-碳纤维复合新型粘附材料，最后将二者有机结合制成一种新型的干湿两用的粘附材料，它的应用前景就会更为广泛，除了上述提到的用途，医用也将是以后研究的重要方向。

本发明通过现代实验仪器表征以及力学实验测试，实验结果表明，新型的粘附材料与传统粘附材料相比，在干燥表面上的粘附性变化不大，但是在湿润表面上的粘附力呈现出了绝对优势，因而证明了榆树皮粘液在干湿两用粘附材料的应用上的可能性。是对现代粘附材料领域的一个补缺，为新型材料以及新型设备的生产提供了新的思路。

发明内容

本发明公开了一种高性能粘附材料及其制备方法，以克服现有技术的粘附材料在恶劣工作环境表面以及湿性环境接触表面黏粘性较差，应用范围较窄，生产成本较大的技术问题，本发明公开的粘附材料具有干湿两用并且黏粘性都较强的特点，并且取材方便，便于大规模生产推广，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种高性能粘附材料，高性能粘附材料是由四层材料结构组成，四层材料自下而上依次为底层PMDS层、碳纤维布层、顶层PDMS层和榆树皮粘液层，底层PDMS层和顶层PDMS层为同一种材料并且均由液态硅橡胶和硅橡胶固化剂混合而成，榆树皮粘液层使用的材料是榆树皮粘液。其中榆树皮的粘液是常见的生物粘液，成本较低，容易制备，其优异的粘附性能在民间有着诸多应用。

进一步的，为了更好的实现PMDS材料层的黏粘性能，液态硅橡胶和硅橡胶固化剂质量比为10:1。

进一步的，本发明中的高性能粘附材料的制作方法，包括以下制备步骤：