[發(fā)明專利]一種基于熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料制備縮脹紗線的工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211699520.7
• 申請(qǐng)日: 2022-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN115948835B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;李楊;孫懿;楊海偉;卜新蘭;孫安彤;張立崢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué)
• 主分類號(hào): D02G3/44
• 分類號(hào): D02G3/44;D02G3/36;D02G3/12;D02G3/04;D02G3/32;D02G3/24
• 代理公司: 北京盛廣信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16117
• 代理人: 秦全

本申請(qǐng)公開了一種基于熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料制備縮脹紗線的工藝，包括以下步驟：制備捻卷型熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料；對(duì)所述熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料進(jìn)行定伸長(zhǎng)循環(huán)機(jī)械訓(xùn)練；以訓(xùn)練后的熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料為外包覆層、粗旦低模量高伸長(zhǎng)纖維材料為芯層，制備單包纏紗線；所述單包纏紗線兩端通電，包覆紗體中人工肌肉纖維材料產(chǎn)生熱致收縮，使紗體中外包覆層和芯層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的可逆性轉(zhuǎn)變，形成縮脹紗線。本申請(qǐng)制備的單包纏紗線僅需一定的熱激勵(lì)，即可產(chǎn)生顯著的縮脹效應(yīng)，且在循環(huán)熱激勵(lì)作用下仍具有穩(wěn)健的縮脹效應(yīng)；本申請(qǐng)制備簡(jiǎn)單、加工成本低、激勵(lì)方式方便，值得推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于紗線加工及人工肌肉柔性驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料制備縮脹紗線的工藝。

背景技術(shù)

復(fù)合紡紗自上世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)至今，為紗線結(jié)構(gòu)性能的改善和功能化等提供了更大的空間和更多的選擇。但基本上還是局限在多軸系的物質(zhì)含量上和紡紗裝備的改造和關(guān)鍵工藝優(yōu)化做努力。紗線在拉伸時(shí)通常表觀直徑變細(xì)，并且一般情況下紗線不能夠?qū)崿F(xiàn)自由伸縮而賦予其智能響應(yīng)特性。

人工肌肉是近些年發(fā)展的一類新型纖維狀肌肉行為材料，屬于一種智能形狀記憶材料，具有微型化、輕量化、柔性化、智能化等特征，可在外界刺激條件如光、電、熱、磁、溶劑、濕度等的作用下，能夠自身響應(yīng)，可逆性地完成伸縮、彎曲或扭轉(zhuǎn)等動(dòng)作，且可通過(guò)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人工肌肉的復(fù)合裝配以及協(xié)調(diào)合作，實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜運(yùn)動(dòng)如跳躍、多自由度旋轉(zhuǎn)彎曲等。上世紀(jì)50年代最早提出氣動(dòng)型人工肌肉，以限制變形的支撐材料作為骨架，骨架內(nèi)部是可膨脹氣囊結(jié)構(gòu)，通過(guò)氣囊膨脹和收縮來(lái)執(zhí)行各種動(dòng)作，但存在驅(qū)動(dòng)器體積大且受輔助系統(tǒng)限制等缺陷。近年來(lái)，電活性、熱響應(yīng)、濕驅(qū)動(dòng)人工肌肉材料等被廣泛研究。其中，熱響應(yīng)人工肌肉以熱能作為驅(qū)動(dòng)源，能夠通過(guò)紅外光、焦耳熱等方式驅(qū)動(dòng)，并能與濕度響應(yīng)、壓力響應(yīng)等致動(dòng)材料相結(jié)合，有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

空心錠包纏紡紗技術(shù)在紗線結(jié)構(gòu)再加工方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如何基于空心錠包纏紡紗機(jī)，將熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料與紗線結(jié)構(gòu)創(chuàng)新相結(jié)合，構(gòu)筑一種具有顯著熱致收縮功能的智能響應(yīng)型包纏紗線(熱響應(yīng)型智能縮脹紗線)，是本發(fā)明亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N基于熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料制備縮脹紗線的工藝。本申請(qǐng)巧妙地將熱致響應(yīng)人工肌肉材料與包覆紗結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使得本申請(qǐng)所紡紗線具有穩(wěn)健的收縮膨脹特性，且循環(huán)使用耐久性優(yōu)良。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

一種基于熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料制備縮脹紗線的工藝，包括以下步驟：

制備捻卷型熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料；

對(duì)所述熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料進(jìn)行定伸長(zhǎng)循環(huán)機(jī)械訓(xùn)練；

以訓(xùn)練后的熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料為外包覆層、粗旦低模量高伸長(zhǎng)纖維材料為芯層，制備單包纏紗線；

所述單包纏紗線兩端通電，包覆紗體中人工肌肉纖維材料產(chǎn)生熱致收縮，使紗體中外包覆層和芯層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的可逆性轉(zhuǎn)變，形成縮脹紗線。

優(yōu)選的，所述制備捻卷型熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料的方法包括：選取尼龍、金屬微絲為原料，將一定根數(shù)的尼龍長(zhǎng)絲和單根金屬微絲合股并施加強(qiáng)捻，形成螺旋線圈。

優(yōu)選的，對(duì)所述熱驅(qū)動(dòng)人工肌肉纖維材料進(jìn)行定伸長(zhǎng)循環(huán)機(jī)械訓(xùn)練的方法包括：對(duì)所述人工肌肉纖維材料的一端懸掛一定的負(fù)荷至設(shè)定的伸長(zhǎng)值，進(jìn)行循環(huán)機(jī)械訓(xùn)練直至既定次數(shù)，使其在初始態(tài)下相鄰線圈的螺距增大。

優(yōu)選的，制備單包纏紗線的方法包括：篩選粗旦低模量高伸長(zhǎng)纖維材料，將其作為芯層；將所述訓(xùn)練后人工肌肉纖維材料作為包覆層，基于空心錠包纏紡紗機(jī)，將上述粗旦低模量高伸長(zhǎng)纖維材料以無(wú)或低張力態(tài)喂入紡紗機(jī)的空心錠中心管，將所述人工肌肉纖維材料呈螺旋線圈狀均勻包覆在所述芯層表面，形成兩組分單包纏紗線。