[发明专利]一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置

说明书

本发明涉及电致伸缩材料技术领域，特别涉及一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。基于电致伸缩材料的中空纤维包括中空纤维本体，在中空纤维本体内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂，以及与柔性导电脂连接的通电组件。中空纤维的制备装置包括支座，设于支座下方的溶液容器，用于提拉溶液容器内液态电致伸缩材料成型的提拉成型载体，以及对应溶液容器上方设有的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体的提升机构，提拉成型载体通过牵引线于提升机构连接。本发明可应用于航空、航天技术领域，如机械手，实现无级连续力的调节，柔性力可保护拿取物，结构简单，使用方便，电能转换率高，伸缩性能好。

技术领域

本发明涉及电致伸缩材料技术领域，特别涉及一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。

背景技术

电致伸缩材料是在电场、电压或电流的作用下发生形变产生伸缩运动，从而实现电能- 机械能转换的一种材料。电致伸缩材料由于类似肌肉的运动形式又被称为人工肌肉材料。人工肌肉纤维将在未来的超级机器人、人工脏器、宇航和深海自动操纵纵系统等方面得到广泛应用。它已成为当今世界高技术研究的课题。

传统的电致伸缩材料包括形状记忆合金、压电陶瓷、铁电聚合物等。然而，这些电致伸缩材料的电致伸缩率较低，柔韧性较差。再还有就是，现有技术中一种电介质弹性体材料，该电介质弹性体材料通常为一硅树脂或聚丙酸树脂橡胶。这种电介质弹性体材料可以提供较高的电致伸缩率，且具有较好的柔韧性，表现出与生物肌肉相似的特性。实际应用时，可将电介质弹性体材料构成的电介质弹性体膜设置于两个平行的金属电极之间。当在两个金属电极之间施加一上千伏特的高压直流电压时，两电极之间产生的静电引力在垂直电介质弹性体膜表面的方向上挤压电介质弹性体膜，使其在平行电介质弹性体膜表面的平面内向各个方向扩张。关闭电压，作用在所述电介质弹性体膜的静电引力消失，电介质弹性体膜恢复原来形状。然而，该电介质弹性体膜通常需要较高的直流电压才能工作，提高了其使用成本，限制了其应用。另外，该电介质弹性体膜膨胀时，其在同一平面内各向同性地膨胀，从而限制了该电介质弹性体材料的应用。

专利CN 101958394 A,公开了一种电致伸缩复合材料及电致伸缩元件，电致伸缩复合材料包括一柔性高分子基体，以及分散在所述柔性高分子基体中的多个一维导电材料，所述电致伸缩复合材料为片材，所述多个一维导电材料的轴向基本沿同一方向定向排列。电致伸缩元件包括一电致伸缩材料，所述电致伸缩材料包括一柔性高分子基体，以及均匀设置于该柔性高分子基体当中的多个碳纳米管；以及一第一电极和一第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置，并于所述电致伸缩材料电连接；所述多个碳纳米管通过范德华力构成一碳纳米管膜结构，该多个碳纳米管的轴向基本沿相同的方向定向排列，所述第一电极及第二电极设置于所述电致伸缩材料沿碳纳米管轴向方向的两端。

上述专利，虽然通过多个一维导电材料的轴向基本沿同一方向定向排列，使其具有定向膨胀特性，但是，其将一维导电材料间相互间隔的平行设置或者层叠设置，如果当一处产生击穿点后，会造成此处的短路，从而影响电致伸缩材料的伸缩性能，且其电能转换机械能的转换率较低，耗能大，提高了使用成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，使用方便，可实现无级连续力调节，伸缩性能好，电能转换率高的基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体，在中空纤维本体内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂，以及与柔性导电脂连接的通电后可驱动中空纤维伸长、变粗的供电组件。

上述的基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料包括石墨粉、碳纳米管、纳米银，所述供电组件包括用于控制电压的变压器，以及供电装置。

上述的基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的电致伸缩材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。