[发明专利]一种4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的制备方法及其应用

说明书

一种4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的制备方法及其应用，属于双向形状记忆聚合物以及液晶材料领域。所述方法为：将液晶大分子单体与光引发剂、交联剂、热引发剂及硫醇在室温下混合；加热至80‑100度，使材料熔化；将熔化后的材料均匀混合，形成熔体，静置30分钟；向熔体中加入胺类引发剂，使硫醇与液晶大分子之间发生点击化学反应；使熔体在50‑150度之间静置3‑48小时，确保反应完全；将反应好的熔体通过4D打印机，在连续纤维基底上打印成预设形状，并采用紫外光对预设的形状进行固化；在液晶弹性体的上方与侧方打印胶，使液晶弹性体固定在连续纤维基底上即可。本发明制备方法简单、大规模可重复性强，适于量产，适用范围宽且广。

技术领域

本发明属于双向形状记忆聚合物以及液晶材料领域，具体涉及一种4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的制备方法及其应用。

背景技术

自从被发现以来，人们对双向形状记忆聚合物开展了丰富的研究。双向形状记忆聚合物具有质量轻，在转变温度下可产生可逆形变等特点，使其在航空航天，医学，生物等领域展现出了各种各样的应用。与此同时，双向形状记忆聚合物在多功能材料研究以及基础科学研究上获得了人们广泛的关注。在所有双向形状记忆聚合物中，液晶弹性体具有十分稳定的热力学特征，使其成为理想的双向形状记忆材料。然而，目前在液晶弹性体的制备方法中，因为液晶弹性体具有较大的形变量，但大部分液晶弹性体都无法被固定在热源上，产生稳定可靠的可逆形变过程。此外传统的液晶弹性体采用模压法，需要使用到模具。与此同时，液晶弹性体的力学性能较低，如何在提高液晶弹性体力学性能的同时保证其仍然具有可靠的可逆形变能力是值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决双向形状记忆聚合物中的液晶弹性体可逆变形过程并不可靠以及液晶弹性体的制备需要相应的模具，无法根据需求灵活的设置液晶弹性体的初始形状的问题，提供一种4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的制备方法及其应用，通过采用硅酮胶的方式，可以稳定的将液晶弹性体固定在热源上面，即便变形，液晶弹性体也无法与热源分开，该方法无需开模，制备的液晶弹性体可以根据设定打印成任意形状，具有效率高、速度快的特点。与此同时，本发明将连续增强纤维与液晶弹性体结合，在提高了液晶弹性体力学性能的同时保证了其具有可靠的可逆形变特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的制备方法，所述方法具体步骤为：

步骤一：将100份液晶大分子单体与0.5-1份的光引发剂、5-30份的交联剂、1-2份的阻聚剂以及20-80份的硫醇在室温下混合；

步骤二：将上述材料加热至80-100℃，使材料熔化；

步骤三：将熔化后的材料均匀混合，形成熔体，静置30分钟，材料开始发生反应；

步骤四：向熔体中加入0.1～1份胺类引发剂，使硫醇与液晶大分子之间发生点击化学反应，得到齐聚物；

步骤五：使熔体在50-150℃之间静置3-48小时，确保反应完全；

步骤六：将反应好的熔体通过3D打印机，将齐聚物在连续纤维基底上打印成预设形状，并采用紫外光对齐聚物的预设形状进行固化，固化完成后得到成型的液晶弹性体；

步骤七：在液晶弹性体的上方及侧面(的四周)点胶，使液晶弹性体固定在连续纤维基底上，制备出可弯曲的人工肌肉。

一种上述方法制备的4D打印连续纤维增强液晶弹性体人工肌肉的应用，用于抬起重物，具体为：

(1)将所述4D打印液晶弹性体人工肌肉连续纤维基底连接恒流电源，设置电压为3.7v，选定角度；

(2)通电，使液晶弹性体弯曲一定合适角度与需要被抬起物品搭接，通过外加力抬起物品。

本发明相对于现有技术的有益效果为：