[发明专利]一种热敏聚合物人工肌肉纤维丝制备工艺

说明书

本发明涉及一种热敏聚合物人工肌肉纤维丝的制备方法，使用碾压机对预制好的聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯和环状烯烃类树脂三种高分子材料进行碾压复合处理，形成“三明治”复合高分子板材；采用的碾压机由两根平行布置的加热辊和相应的支撑结构组成，加热辊表面预先经过镜面处理，可对材料直接进行加热；将“三明治”复合高分子板材通过拉丝机进行冷拔，采用浸渍蚀刻工艺在丙酮或二氯甲烷中剥离PMMA包层以提取双压电晶纤维丝结构，制成热敏聚合物人工肌肉纤维丝，具有能量密度高、成本低且便于控制等优点。

技术领域

本发明涉及柔性驱动器领域，具体涉及一种热敏聚合物人工肌肉纤维丝制备工艺。

背景技术

柔性驱动器具有良好的柔韧性和灵活性，较之于传统的机械驱动器具有质量轻，人机贴合性较好等特征，在仿生机器人、康复机器人等领域具有较好的应用前景。由高分子材料复合制作而成的肌肉纤维丝作为新型人工肌肉，具有能量密度高、成本低且便于控制等优点。

发明内容

本发明的目的在于克服传统刚性驱动器笨重不够灵活的不足，提供一种由高分子材料制备的人工肌肉纤维丝柔性驱动器的制备方法。将使用预处理后的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、高密度聚乙烯(HDPE)、环状烯烃类树脂(COCe)三种高分子材料，经不同的温度场内熔融，最后经拉丝工艺成型。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种热敏聚合物人工肌肉纤维丝的制备方法，使用碾压机对预制好的聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯和环状烯烃类树脂三种高分子材料进行碾压复合处理，形成“三明治”复合高分子板材；其中采用的碾压机由两根平行布置的加热辊和相应的支撑结构组成，加热辊表面预先经过镜面处理，用于对材料直接进行加热；然后将“三明治”复合高分子板材通过拉丝机进行冷拔，采用浸渍蚀刻工艺在丙酮或二氯甲烷中剥离PMMA包层以提取双压电晶纤维丝结构，制成热敏聚合物人工肌肉纤维丝。

三种高分子材料的预制中先进行热处理：将聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、环状烯烃类树脂分别置于80℃、50℃、100℃的烘箱中10h，减少复合过程中水分引起的热降解。

三种高分子材料经热处理后进行成型及加工工艺为：聚甲基丙烯酸甲酯经过两天成型，切割为块状并在板材内加工出沟槽备用；将颗粒状的高密度聚乙烯、环状烯烃类树脂原料分别加热熔化后冷却至板状，之后使用碾压机对两种板材分别进行碾压使之变薄；将变薄的两片板材放在一起再次挤压使之紧密贴合；最后将紧贴在一起的板材切割为块状备用；将经过碾压机加工后的高密度聚乙烯-环状烯烃类树脂材料放置于聚甲基丙烯酸甲酯板材预先加工好的沟槽中；取两块聚甲基丙烯酸甲酯板材，与内置的高密度聚乙烯-环状烯烃类树脂材料合在一起，使高密度聚乙烯-环状烯烃类树脂材料完全被聚甲基丙烯酸甲酯板材包裹，形成“三明治”复合高分子板材。

其中聚甲基丙烯酸甲酯原料的成型条件为150-200℃、10^-3mmHg的真空条件；高密度聚乙烯、环状烯烃类树脂原料加热熔化条件为130℃。

甲基丙烯酸甲酯原料成型后切割为300×100×20mm³的块状并在板材内加工出300×50×10mm³的沟槽备用；成型后贴在一起的高密度聚乙烯、环状烯烃类树脂两种板材切割为300×50×10mm³的块状备用。

加热辊的加热温度在0-250℃可调，两根加热辊的间距可调。所得的“三明治”复合高分子板材经碾压机以50Barr的压力、125℃的温度固结。

所述的拉丝机由设置在支撑结构内的风冷装置、80电机、转向轮、张力传感器、分段加热装置、推进装置、伺服电机及减速器及辅助结构组成；所述张力传感器、分段加热装置、推进装置、伺服电机及减速器由下至上依次安装在中部；所述推进装置伺服电机及减速器下端连接推进装置，拉丝机一侧设置有转向轮，拉丝机内下部设置有风冷装置。