[发明专利]一种PVC-gel人工肌肉一体化打印方法

说明书

本发明公开了一种PVC‑gel人工肌肉一体化打印方法，以聚氯乙烯、己二酸丁二酯、四氢呋喃为PVC‑gel芯层原料，以碳纳米管和硅橡胶或聚氯乙烯和超长碳管、己二酸丁二酯为电极原料，通过3D直写装置打印工艺制备出全柔性的一体化PVC‑gel人工肌肉。本发明将3D打印技术与全柔性PVC‑gel人工肌肉相结合，将3D打印技术应用到PVC‑gel电极以及芯层的一体化制备过程中，实现了全柔性PVC‑gel人工肌肉的结构的快速成型，降低了制造全柔性PVC‑gel结构的成本，拓宽了该材料在医疗、航天、软体机器人等领域的应用。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种PVC-gel人工肌肉一体化打印方法。

背景技术

PVC凝胶(poly vinylchloride-ge1，简称PVC)是一种电活性聚合物具有高应变(13％以上)，响应速度快，工作频带宽，质量轻，工作电压介于IPMC和DE之间，驱动性能高，可以实现弯曲与上下振动两种驱动形式等优点，逐步被研究者所重视，并进行了初步应用。

现有的铸膜或者叠层制备PVC驱动器的工艺只能制备相对简单的结构，而且现有的PVC均采用铜箔，不锈钢网，锌电极等刚性电极，因此很难做成全柔性驱动器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种PVC-gel人工肌肉一体化打印方法，将3D打印技术与PVC-gel以及柔性电极结合起来，解决PVC-gel实现一体化快速成型与制造复杂柔性结构的难题，适用于全柔性PVC-gel多层人工肌肉材料的制造。

本发明采用以下技术方案：

一种PVC-gel人工肌肉一体化打印方法，以聚氯乙烯、己二酸丁二酯、四氢呋喃为PVC-gel芯层原料，以碳纳米管和硅橡胶或聚氯乙烯和超长碳管、己二酸丁二酯为电极原料，通过3D直写装置打印工艺制备出全柔性的一体化PVC-gel人工肌肉。

具体的，将聚氯乙烯、己二酸丁二酯混合，然后溶于四氢呋喃，磁力搅拌混合均匀，直至聚氯乙烯在混合溶液中均匀分散成透明的芯层墨水。

进一步的，聚氯乙烯和己二酸丁二酯的质量比为(1：1)～(1：11)，聚氯乙烯和己二酸丁二酯的总质量与四氢呋喃的质量比为1：(2.5～4)，聚氯乙烯的聚合度为1000～7000。

具体的，将碳纳米管溶解在异丙醇溶剂中，超声处理，直至碳纳米管均匀悬浮在溶液中，再往溶液中加入硅橡胶的A组分，采用磁力搅拌加热挥发异丙醇，直至异丙醇挥发完全后，加入硅橡胶的B组分，搅拌均匀成粘状的电极打印墨水。

进一步的，异丙醇与碳纳米管的质量混合比例为1：(50～100)，超声分散1～2h，碳纳米管与硅橡胶的质量比为(7：93)～(9:91)，碳纳米管长度0.5um，管径长度10nm。

具体的，将超长碳管溶解在四氢呋喃中，和己二酸丁二酯、聚合度1000～7000的聚氯乙烯混合，磁力搅拌加热得到均匀黑色粘稠液体。

进一步的，聚氯乙烯和己二酸丁二酯质量比例为1：(1～11)；聚氯乙烯和己二酸丁二酯的质量和与四氢呋喃的质量比为1：(2.5～4)；聚氯乙烯和己二酸丁二酯的质量和与超长碳管的质量比例为(91～93)：(9～7)。

具体的，打印工艺配置如下：

S301、先将电极打印墨水装入打印储料管中，调节墨水的挤出气压，使挤出气压与喷头的扫描速度匹配，然后调节打印喷头与成形板的位置，进行打印参数的预调，使得打印墨水的线条出丝均匀；

S302、运行电极层G代码，电极层为网状电极和实体电极结构形式；

S303、电极层打印完成后，将芯层墨水装入芯层墨水储料管中，然后调节打印喷头与成形舱/板的位置，进行打印参数的预调，使打印芯层墨水的线条出丝均匀；