[发明专利]一种基于液晶弹性体及4D打印的制备方法及产品

说明书

本发明属于先进材料制备和成形相关技术领域，其公开了一种基于液晶弹性体及4D打印的制备方法及产品，该制备方法包括以下步骤：(1)将液晶单体、交联剂正丁胺及光引发剂进行混合及搅拌以得到齐聚物，并对所述齐聚物进行除气泡处理；(2)构建待成形零件的三维模型，并基于所述齐聚物及所述三维模型采用切片软件进行打印速率编程设计并进行切片以得到4D打印设备能直接读取并运行的文件；(3)以所述齐聚物为材料，所述4D打印设备依据所述文件进行待成形零件的打印成形，且在打印的同时，采用紫外光照射已打印好的部位。本发明可实现复杂变形液晶弹性体零件的制备。

技术领域

本发明属于先进材料制备和成形相关技术领域，更具体地，涉及一种基于液晶弹性体及4D打印的制备方法及产品。

背景技术

液晶弹性体是近几十年才开发出来的一类智能材料，温度高于或者低于其清亮点温度时，其内部的液晶基元会发生重排，从而导致宏观的变形。由于液晶弹性体具有可发生可逆形变、刺激响应程度大、响应速率快等特点，逐渐引起了人们的兴趣。随着4D打印的兴起，液晶弹性体很快就展现出极大的应用前景，例如柔性机器人、人工肌肉和动态功能结构等。

当前高分子材料成形主要依赖于模具成形，虽然能得到表面光洁、致密的制品，但是由于模具制作周期长，成本高，导致模具成形方法整体周期很长，不适合个性化生产。同时生产成本很高，在产品快速更新换代的时代更加剧了模具更换成本。

此外，模具成形制品还存在形状较为单一、难以进行多材料成形等问题，这大大限制了液晶弹性体等高聚物材料的应用。而液晶弹性体作为一种智能材料，实际应用中需要进行不同形式的变形，例如伸缩变形、弯曲、卷曲等。然而没有经过任何编程处理的液晶弹性体材料在温度的刺激下仅能发生伸缩变形，因此为了满足实际应用需求，需要对液晶弹性体进行编程，使之能够产生更复杂的变形形式。现有的编程方法，例如选择性地光照，需要额外增加工序或者掩膜模板等工具，工艺更加复杂，成本更高，有的还无法实现某些形式的变形。相应地，本领域存在着发展一种可实现多种变形的基于液晶弹性体及4D打印的制备方法及产品的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于液晶弹性体及4D打印的制备方法及产品，其基于现有液晶弹性体的成形特点，为了解决液晶弹性体变形单一而导致使用受限的问题，研究及设计了一种可以实现多种变形的基于液晶弹性体及4D打印的制备方法。所述制备方法实现了液晶弹性体制备的可逆及快速响应，并采用4D成形及打印速率编程，响应速度快，可逆，且可实现复杂变形的液晶弹性体零件的制备。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于液晶弹性体及4D打印的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)将液晶单体、交联剂正丁胺及光引发剂进行混合及搅拌以得到齐聚物，并对所述齐聚物进行除气泡处理；

(2)构建待成形零件的三维模型，并基于所述齐聚物及所述三维模型采用切片软件进行打印速率编程设计并进行切片以得到4D打印设备能直接读取并运行的G代码文件；

(3)以所述齐聚物为材料，所述4D打印设备依据所述G代码文件进行待成形零件的打印成形，且在打印的同时，采用紫外光照射已打印好的部位。

进一步地，步骤(1)中，将液晶单体、交联剂正丁胺及光引发剂进行混合后在80-110℃下进行搅拌18h～24h，以得到齐聚物。

进一步地，所述液晶单体与所述交联剂正丁胺的摩尔比为(1～1.5)：1；所述光引发剂的质量为所述液晶单体及所述交联剂正丁胺质量总和的(1～2)％。

进一步地，所述液晶单体为液晶单体RM82，所述光引发剂为光引发剂Irgacure369。