[发明专利]一种以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法

权利要求书

1.一种以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：

(1)将碳纤维束从原纤维束中分离，通过表面处理制得表面光洁整齐的碳纤维束；然后将所得碳纤维束两端固定，垂直挂起后充分拉伸；

(2)采用含有-COOH和含有-NH₂官能团的单体作为聚合物单体，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)作为交联剂，同时加入PluronciF127作为发泡剂，制备水凝胶前驱体溶液；

(3)将步骤(2)所得前驱体溶液和N,N,N',N'-四亚甲基二胺(TEMED)充分溶解后，加入过硫酸铵(APS)，然后加入碳酸氢钠，用刮刀将试管内的溶液充分融合，使碳酸氢钠均匀分布在试管内，制得混合溶液；

(4)将步骤(3)所得混合溶液均匀滴覆在步骤(1)所得竖直纤维束上，常温状态下静置引发聚合；再将初步引发的复合纤维置于冷冻干燥箱中低温交联，形成冷干状态的聚合物复合碳纤维，即得到气凝胶复合碳纤维；

(5)将步骤(3)中所得复合纤维通过负载加捻，制备冷干状态下的人工肌肉；

(6)将步骤(4)中所得人工肌肉浸入聚合物激活溶液中充分溶胀，即得碳纤维为基底的PH响应人工肌肉。

2.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分离的碳纤维束直径为0.2-0.5mm，长度为15-25cm；所述的两端固定的碳纤维束长度为5-20cm。

3.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碳纤维表面处理过程为：对碳纤维束表面喷洒乙醇溶液，整理并去除纤维束表面杂乱突起部分，获得表面光洁整齐的碳纤维束。

4.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的拉伸碳纤维束过程为：对垂直挂起的碳纤维束加以4-10MPa的垂直应变力，同时对表面喷洒酒精，充分拉伸纤维束后，以不低于4-10MPa的垂直应变力持续作用6-8h。

5.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含有-COOH官能团的单体为：丙烯酸或甲基丙烯酸；含有-NH₂官能团的单体为：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺，或N-异丙基丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述水凝胶前驱体溶液中去离子水为10ml，加入2g含有-COOH官能团的单体，0.2g含有-NH₂官能团的单体，0.008g N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，0.5g PluronciF127。

7.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述N,N,N',N'-四亚甲基二胺(TEMED)加入量为0.04g，过硫酸铵(APS)加入量为50g。

8.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的引发聚合条件为：温度18-28℃，时间15-20min；冷冻干燥在-60℃下冷冻6-8h。

9.根据权利要求1所述的以碳纤维为基底的PH响应人工肌肉的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的负载加捻压力10-50MPa，插入圈数1000-2800turns/m；激活溶液为0.1MNaCl溶液，其溶胀时间8h-12h。