[發明專利]一種高性能粘附材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710096478.2
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106867419A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李陳知
• 申請（專利權）人: 李陳知
• 主分類號: C09J7/02
• 分類號: C09J7/02;C09J193/00
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所34116
• 代理人: 李啟勝

技術領域

本發明涉及仿生材料領域，尤其涉及的是一種高性能粘附材料及其制備方法。

背景技術

《蜘蛛俠》是一部充滿著無窮想象力的電影，彼得·帕克原本是一個平凡的高中生，但當他被一只具有放射線的蜘蛛咬到后，他就擁有了各種超能力：可以在墻壁和天花板上行走，其出色的動作場景，很容易讓觀眾從空間和時間上去進行身臨其境的體驗。毫無意外，從喜歡上這個已經走過半個多世紀之久的經典漫畫人物開始，他是如何“飛檐走壁”的就引起了我的關注。自然界中壁虎的“游墻功”比“蜘蛛俠”更勝一籌。即使在光溜溜的玻璃墻上，它們照樣可以漫步或者靜靜地等著飛蟲路過。而壁虎這一神功的練就主要歸功于它的腳！壁虎的每個腳趾下面都有一排排“襯墊”，每個“襯墊”上有成千上萬的剛毛，每根剛毛的頂端又分散幾百個毛茸茸的“小刷子”。這些“小刷子”形成了非常大的吸附力，使得壁虎每走一步，就像把腳像貼紙一樣從墻上撕下來，然后黏到別處，而且不會留下任何殘留物。如果能制作出和壁虎爪一樣的仿生原理粘附材料，貼在機器人手、腳上可以滿足外層空間探測、地震搜救、反恐襲擊、市容服務等領域廣泛而迫切的需求。許多課題組致力于制備粘附性能優異且可控的干性粘結劑，制備這種粘附材料的出發點大多數是對壁虎爪的微納米剛毛結構仿生，利用高分子材料或碳納米管制備納米線陣列。這種納米材料的特點是材料本身無粘性，粘附性能可以通過納米線形貌陣列幾何尺寸等因素控制，因而在爬壁機器人、工業運輸、生物貼片和太空取物等領域都有較多的應用。然而，這種材料的缺點在于其難以實現大面積制備和大規模生產，以及納米線容易倒伏導致粘附材料失效。

近年來出現的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳纖維復合粘附材料是一種新型的功能型仿壁虎爪粘附材料，其與硅及其氧化物表面、金屬表面、木材等多種表面具有較好的粘附性。PDMS彈性模量較小，可以使其與接觸面完全接觸，但其在承受切向載荷時會出現局部脫附現象，需要在材料中添加碳纖維織物，提供切向所需剛度，提高面內拉伸性能，使粘附材料切向均勻受力。這種材料能大面積制備，有著較好的粘附性能與重復性。但是對于此類粘附材料的粘附性能的研究多數僅限于干燥潔凈的接觸表面，與壁虎爪的粘附性以及對表面的適應性尚有很大差距。因此，新型的干濕兩用的粘附材料是粘附材料制備及其性能研究領域的重要課題。

生活中我們發現，戲劇演員們常用傳統的榆樹皮粘合劑固定頭套飾品，榆樹皮的粘液是常見的生物粘液，成本較低，容易制備，其優異的粘附性能在民間有著諸多應用，而且榆樹皮利水通淋、祛痰、消腫解毒的醫藥價值很高，但國內外缺乏對此類材料的制備分析及深入研究。本發明通過科學方法提取高純度的榆樹皮粘液，然后制備PDMS-碳纖維復合新型粘附材料，最后將二者有機結合制成一種新型的干濕兩用的粘附材料，它的應用前景就會更為廣泛，除了上述提到的用途，醫用也將是以后研究的重要方向。

本發明通過現代實驗儀器表征以及力學實驗測試，實驗結果表明，新型的粘附材料與傳統粘附材料相比，在干燥表面上的粘附性變化不大，但是在濕潤表面上的粘附力呈現出了絕對優勢，因而證明了榆樹皮粘液在干濕兩用粘附材料的應用上的可能性。是對現代粘附材料領域的一個補缺，為新型材料以及新型設備的生產提供了新的思路。

發明內容

本發明公開了一種高性能粘附材料及其制備方法，以克服現有技術的粘附材料在惡劣工作環境表面以及濕性環境接觸表面黏粘性較差，應用范圍較窄，生產成本較大的技術問題，本發明公開的粘附材料具有干濕兩用并且黏粘性都較強的特點，并且取材方便，便于大規模生產推廣，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明公開了一種高性能粘附材料，高性能粘附材料是由四層材料結構組成，四層材料自下而上依次為底層PMDS層、碳纖維布層、頂層PDMS層和榆樹皮粘液層，底層PDMS層和頂層PDMS層為同一種材料并且均由液態硅橡膠和硅橡膠固化劑混合而成，榆樹皮粘液層使用的材料是榆樹皮粘液。其中榆樹皮的粘液是常見的生物粘液，成本較低，容易制備，其優異的粘附性能在民間有著諸多應用。

進一步的，為了更好的實現PMDS材料層的黏粘性能，液態硅橡膠和硅橡膠固化劑質量比為10:1。

進一步的，本發明中的高性能粘附材料的制作方法，包括以下制備步驟：