[發明專利]一種PVC-gel人工肌肉一體化打印方法

有效

• 申請號: 201910036800.1
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109795103B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳花玲;羅斌;徐雪杰;朱子才
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種PVC?gel人工肌肉一體化打印方法，以聚氯乙烯、己二酸丁二酯、四氫呋喃為PVC?gel芯層原料，以碳納米管和硅橡膠或聚氯乙烯和超長碳管、己二酸丁二酯為電極原料，通過3D直寫裝置打印工藝制備出全柔性的一體化PVC?gel人工肌肉。本發明將3D打印技術與全柔性PVC?gel人工肌肉相結合，將3D打印技術應用到PVC?gel電極以及芯層的一體化制備過程中，實現了全柔性PVC?gel人工肌肉的結構的快速成型，降低了制造全柔性PVC?gel結構的成本，拓寬了該材料在醫療、航天、軟體機器人等領域的應用。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，具體涉及一種PVC-gel人工肌肉一體化打印方法。

背景技術

PVC凝膠(poly vinylchloride-ge1，簡稱PVC)是一種電活性聚合物具有高應變(13％以上)，響應速度快，工作頻帶寬，質量輕，工作電壓介于IPMC和DE之間，驅動性能高，可以實現彎曲與上下振動兩種驅動形式等優點，逐步被研究者所重視，并進行了初步應用。

現有的鑄膜或者疊層制備PVC驅動器的工藝只能制備相對簡單的結構，而且現有的PVC均采用銅箔，不銹鋼網，鋅電極等剛性電極，因此很難做成全柔性驅動器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種PVC-gel人工肌肉一體化打印方法，將3D打印技術與PVC-gel以及柔性電極結合起來，解決PVC-gel實現一體化快速成型與制造復雜柔性結構的難題，適用于全柔性PVC-gel多層人工肌肉材料的制造。

本發明采用以下技術方案：

一種PVC-gel人工肌肉一體化打印方法，以聚氯乙烯、己二酸丁二酯、四氫呋喃為PVC-gel芯層原料，以碳納米管和硅橡膠或聚氯乙烯和超長碳管、己二酸丁二酯為電極原料，通過3D直寫裝置打印工藝制備出全柔性的一體化PVC-gel人工肌肉。

具體的，將聚氯乙烯、己二酸丁二酯混合，然后溶于四氫呋喃，磁力攪拌混合均勻，直至聚氯乙烯在混合溶液中均勻分散成透明的芯層墨水。

進一步的，聚氯乙烯和己二酸丁二酯的質量比為(1：1)～(1：11)，聚氯乙烯和己二酸丁二酯的總質量與四氫呋喃的質量比為1：(2.5～4)，聚氯乙烯的聚合度為1000～7000。

具體的，將碳納米管溶解在異丙醇溶劑中，超聲處理，直至碳納米管均勻懸浮在溶液中，再往溶液中加入硅橡膠的A組分，采用磁力攪拌加熱揮發異丙醇，直至異丙醇揮發完全后，加入硅橡膠的B組分，攪拌均勻成粘狀的電極打印墨水。

進一步的，異丙醇與碳納米管的質量混合比例為1：(50～100)，超聲分散1～2h，碳納米管與硅橡膠的質量比為(7：93)～(9:91)，碳納米管長度0.5um，管徑長度10nm。

具體的，將超長碳管溶解在四氫呋喃中，和己二酸丁二酯、聚合度1000～7000的聚氯乙烯混合，磁力攪拌加熱得到均勻黑色粘稠液體。

進一步的，聚氯乙烯和己二酸丁二酯質量比例為1：(1～11)；聚氯乙烯和己二酸丁二酯的質量和與四氫呋喃的質量比為1：(2.5～4)；聚氯乙烯和己二酸丁二酯的質量和與超長碳管的質量比例為(91～93)：(9～7)。

具體的，打印工藝配置如下：

S301、先將電極打印墨水裝入打印儲料管中，調節墨水的擠出氣壓，使擠出氣壓與噴頭的掃描速度匹配，然后調節打印噴頭與成形板的位置，進行打印參數的預調，使得打印墨水的線條出絲均勻；

S302、運行電極層G代碼，電極層為網狀電極和實體電極結構形式；

S303、電極層打印完成后，將芯層墨水裝入芯層墨水儲料管中，然后調節打印噴頭與成形艙/板的位置，進行打印參數的預調，使打印芯層墨水的線條出絲均勻；