CN109825888B - 一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 - Google Patents
一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109825888B CN109825888B CN201910205797.1A CN201910205797A CN109825888B CN 109825888 B CN109825888 B CN 109825888B CN 201910205797 A CN201910205797 A CN 201910205797A CN 109825888 B CN109825888 B CN 109825888B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lifting
- hollow fiber
- electrostrictive
- forming carrier
- solution container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明涉及电致伸缩材料技术领域，特别涉及一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。基于电致伸缩材料的中空纤维包括中空纤维本体，在中空纤维本体内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂，以及与柔性导电脂连接的通电组件。中空纤维的制备装置包括支座，设于支座下方的溶液容器，用于提拉溶液容器内液态电致伸缩材料成型的提拉成型载体，以及对应溶液容器上方设有的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体的提升机构，提拉成型载体通过牵引线于提升机构连接。本发明可应用于航空、航天技术领域，如机械手，实现无级连续力的调节，柔性力可保护拿取物，结构简单，使用方便，电能转换率高，伸缩性能好。
Description
技术领域
本发明涉及电致伸缩材料技术领域，特别涉及一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。
背景技术
电致伸缩材料是在电场、电压或电流的作用下发生形变产生伸缩运动，从而实现电能- 机械能转换的一种材料。电致伸缩材料由于类似肌肉的运动形式又被称为人工肌肉材料。人工肌肉纤维将在未来的超级机器人、人工脏器、宇航和深海自动操纵纵系统等方面得到广泛应用。它已成为当今世界高技术研究的课题。
传统的电致伸缩材料包括形状记忆合金、压电陶瓷、铁电聚合物等。然而，这些电致伸缩材料的电致伸缩率较低，柔韧性较差。再还有就是，现有技术中一种电介质弹性体材料，该电介质弹性体材料通常为一硅树脂或聚丙酸树脂橡胶。这种电介质弹性体材料可以提供较高的电致伸缩率，且具有较好的柔韧性，表现出与生物肌肉相似的特性。实际应用时，可将电介质弹性体材料构成的电介质弹性体膜设置于两个平行的金属电极之间。当在两个金属电极之间施加一上千伏特的高压直流电压时，两电极之间产生的静电引力在垂直电介质弹性体膜表面的方向上挤压电介质弹性体膜，使其在平行电介质弹性体膜表面的平面内向各个方向扩张。关闭电压，作用在所述电介质弹性体膜的静电引力消失，电介质弹性体膜恢复原来形状。然而，该电介质弹性体膜通常需要较高的直流电压才能工作，提高了其使用成本，限制了其应用。另外，该电介质弹性体膜膨胀时，其在同一平面内各向同性地膨胀，从而限制了该电介质弹性体材料的应用。
专利CN 101958394 A,公开了一种电致伸缩复合材料及电致伸缩元件，电致伸缩复合材料包括一柔性高分子基体，以及分散在所述柔性高分子基体中的多个一维导电材料，所述电致伸缩复合材料为片材，所述多个一维导电材料的轴向基本沿同一方向定向排列。电致伸缩元件包括一电致伸缩材料，所述电致伸缩材料包括一柔性高分子基体，以及均匀设置于该柔性高分子基体当中的多个碳纳米管；以及一第一电极和一第二电极，所述第一电极与第二电极间隔设置，并于所述电致伸缩材料电连接；所述多个碳纳米管通过范德华力构成一碳纳米管膜结构，该多个碳纳米管的轴向基本沿相同的方向定向排列，所述第一电极及第二电极设置于所述电致伸缩材料沿碳纳米管轴向方向的两端。
上述专利，虽然通过多个一维导电材料的轴向基本沿同一方向定向排列，使其具有定向膨胀特性，但是，其将一维导电材料间相互间隔的平行设置或者层叠设置，如果当一处产生击穿点后，会造成此处的短路，从而影响电致伸缩材料的伸缩性能，且其电能转换机械能的转换率较低，耗能大，提高了使用成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，使用方便，可实现无级连续力调节，伸缩性能好，电能转换率高的基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体，在中空纤维本体内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂，以及与柔性导电脂连接的通电后可驱动中空纤维伸长、变粗的供电组件。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料包括石墨粉、碳纳米管、纳米银，所述供电组件包括用于控制电压的变压器，以及供电装置。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的电致伸缩材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
一种基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，包括支座，设于支座下方用于盛装液态电致伸缩材料的溶液容器，用于提拉溶液容器内液态电致伸缩材料成型的提拉成型载体，以及对应溶液容器上方设有的用于对提拉成型载体上的液态电致伸缩材料加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体的提升机构，所述提拉成型载体通过牵引线与提升机构连接。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述电加热组件包括固定于支座上的螺旋加热管，以及与螺旋加热管连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述提拉成型载体穿过螺旋加热管的螺旋内腔。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述的提升机构包括用于卷绕牵引线使得牵引线带动提拉成型载体上升的卷绕轴和驱动卷绕轴转动的步进电机，所述卷绕轴通过联轴器与步进电机连接。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述的提拉成型载体为铁丝。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述的牵引线的牵拉速度为10mm-1m/min。
上述的基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，所述的螺旋加热管的加热温度为80-200℃，加热时间为15min-2h。
本发明基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置的有益效果是：通过将液态电致伸缩材料制备成型中空纤维，然后在中空纤维内表面和外表面均涂覆有柔性导电脂，使得每根中空纤维均可通电后变粗、伸长，当把中空纤维通过纺织技术制作成中空纤维布或人工肌肉纤维时，中空纤维布如有一处击穿时，整块中空纤维布不受影响，可正常使用。本发明中的中空纤维通电后变粗、伸长，由电能转换为机械能，通过调节供电组件中的变压器来间接控制机械能大小，实现无级连续力的调节，可应用于柔性力技术领域，比如机械手，可保护拿取物，电能转换率高，伸缩性能好，本发明中制备装置结构简单，使用方便，值得广泛推广应用。
附图说明
图1为中空纤维结构示意图；
图2为一根中空纤维未通电使用状态图；
图3为一根中空纤维通电使用状态图；
图4为中空纤维使用状态图示意图；
图5为中空纤维制备装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1、2、3、4、5所示，一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维1包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体2，在中空纤维本体2内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂3，柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料包括石墨粉、碳纳米管、纳米银；还包括与柔性导电脂3连接的通电后可驱动中空纤维1伸长、变粗的供电组件4，供电组件4包括用于控制电压的变压器13，以及供电装置14，供电装置为现有技术；其中，电致伸缩材料原料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
一种基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，包括支座5，设于支座5下方用于盛装液态电致伸缩材料6的溶液容器7，用于提拉溶液容器7内液态电致伸缩材料6成型的提拉成型载体8，以及对应溶液容器7上方设有的用于对提拉成型载体8上的液态电致伸缩材料6加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体8的提升机构，提拉成型载体8通过牵引线9于提升机构连接。
电加热组件包括固定于支座5上的螺旋加热管10，以及与螺旋加热管10连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关，提拉成型载体8穿过螺旋加热管10的螺旋内腔，螺旋加热管10的加热温度为80-200℃，加热时间为15min-2h。
提升机构包括用于卷绕牵引线9使得牵引线9带动提拉成型载体上升的卷绕轴11和驱动卷绕轴11转动的步进电机12，卷绕轴11通过联轴器与步进电机12连接。提拉成型载体8采用铁丝，且在铁丝表面先涂覆一层便于脱模的硅油，牵引线9的牵拉速度为10mm-1m/min。
实施例1：
一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维1包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体2，在中空纤维本体2内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂3，柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料为石墨粉；还包括与柔性导电脂3连接的通电后可驱动中空纤维1伸长、变粗的通电组件4；电致伸缩材料为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
一种基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，包括支座5，设于支座5下方用于盛装液态电致伸缩材料6的溶液容器7，用于提拉溶液容器7内液态电致伸缩材料6成型的提拉成型载体8，以及对应溶液容器7上方设有的用于对提拉成型载体8上的液态电致伸缩材料6加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体8的提升机构，提拉成型载体8通过牵引线9于提升机构连接。
电加热组件包括固定于支座5上的螺旋加热管10，以及与螺旋加热管10连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关，提拉成型载体8穿过螺旋加热管10的螺旋内腔。
提升机构包括用于卷绕牵引线9使得牵引线9带动提拉成型载体上升的卷绕轴11和驱动卷绕轴11转动的步进电机12，卷绕轴11通过联轴器与步进电机12连接。提拉成型载体8采用铁丝，且在铁丝表面先涂覆一层便于脱模的硅油。
可根据牵引线9的牵拉速度调节螺旋加热管10的加热温度及加热时间，螺旋加热管10的加热温度为80℃，加热时间为15min，牵引线9的牵拉速度为10mm/min。
实施例2：
一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维1包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体2，在中空纤维本体2内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂3，柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料为碳纳米管；还包括与柔性导电脂3连接的通电后可驱动中空纤维1伸长、变粗的通电组件4；电致伸缩材料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
一种基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，包括支座5，设于支座5下方用于盛装液态电致伸缩材料6的溶液容器7，用于提拉溶液容器7内液态电致伸缩材料6成型的提拉成型载体8，以及对应溶液容器7上方设有的用于对提拉成型载体8上的液态电致伸缩材料6加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体8的提升机构，提拉成型载体8通过牵引线9于提升机构连接。
电加热组件包括固定于支座5上的螺旋加热管10，以及与螺旋加热管10连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关，提拉成型载体8穿过螺旋加热管10的螺旋内腔。
提升机构包括用于卷绕牵引线9使得牵引线9带动提拉成型载体上升的卷绕轴11和驱动卷绕轴11转动的步进电机12，卷绕轴11通过联轴器与步进电机12连接。提拉成型载体8采用铁丝，且在铁丝表面先涂覆一层便于脱模的硅油。
可根据牵引线9的牵拉速度调节螺旋加热管10的加热温度及加热时间，螺旋加热管10的加热温度为130℃，加热时间为1h，牵引线9的牵拉速度为0.5m/min。
实施例3：
一种基于电致伸缩材料的中空纤维，所述的中空纤维1包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体2，在中空纤维本体2内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂3，柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，电极材料为纳米银；还包括与柔性导电脂3连接的通电后可驱动中空纤维1伸长、变粗的通电组件4；电致伸缩材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
一种基于电致伸缩材料的中空纤维的制备装置，包括支座5，设于支座5下方用于盛装液态电致伸缩材料6的溶液容器7，用于提拉溶液容器7内液态电致伸缩材料6成型的提拉成型载体8，以及对应溶液容器7上方设有的用于对提拉成型载体8上的液态电致伸缩材料6加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体8的提升机构，提拉成型载体8通过牵引线9于提升机构连接。
电加热组件包括固定于支座5上的螺旋加热管10，以及与螺旋加热管10连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关，提拉成型载体8穿过螺旋加热管10的螺旋内腔。
提升机构包括用于卷绕牵引线9使得牵引线9带动提拉成型载体上升的卷绕轴11和驱动卷绕轴11转动的步进电机12，卷绕轴11通过联轴器与步进电机12连接。提拉成型载体8采用铁丝，且在铁丝表面先涂覆一层便于脱模的硅油。
可根据牵引线9的牵拉速度调节螺旋加热管10的加热温度及加热时间，螺旋加热管10的加热温度为200℃，加热时间为2h，牵引线9的牵拉速度为1m/min。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于电致伸缩材料的中空纤维，其特征在于，所述的中空纤维包括由电致伸缩材料制备的管状的中空纤维本体，在中空纤维本体内表面和外表面均涂覆有的柔性导电脂，以及与柔性导电脂连接的通电后可驱动中空纤维伸长、变粗的供电组件；所述的柔性导电脂为电极材料与液体硅橡胶混合并搅拌均匀的混合溶液，所述电极材料选自石墨粉、碳纳米管、纳米银，所述供电组件包括用于控制电压的变压器，以及供电装置。
2.根据权利要求1所述的基于电致伸缩材料的中空纤维，其特征是：所述的电致伸缩材料选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
3.根据权利要求2所述的基于电致伸缩材料的中空纤维，其特征是：还包括用于制备所述中空纤维的装置，所述装置包括支座，设于支座下方用于盛装液态电致伸缩材料的溶液容器，用于提拉溶液容器内液态电致伸缩材料成型的提拉成型载体，以及对应溶液容器上方设有的用于对提拉成型载体上的液态电致伸缩材料加速凝胶成型的电加热组件和用于提升提拉涂覆完的提拉成型载体的提升机构，所述提拉成型载体通过牵引线与提升机构连接；所述的提拉成型载体为铁丝；
所述电加热组件包括固定于支座上的螺旋加热管，以及与螺旋加热管连接的用于调节螺旋加热管温度的温度控制开关；所述提拉成型载体穿过螺旋加热管的螺旋内腔；所述的提升机构包括用于卷绕牵引线使得牵引线带动提拉成型载体上升的卷绕轴和驱动卷绕轴转动的步进电机，所述卷绕轴通过联轴器与步进电机连接；所述的牵引线的牵拉速度为10mm-1m/min；所述的螺旋加热管的加热温度为80-200℃，加热时间为15min-2h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910205797.1A CN109825888B (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910205797.1A CN109825888B (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109825888A CN109825888A (zh) | 2019-05-31 |
| CN109825888B true CN109825888B (zh) | 2022-05-03 |
Family
ID=66870349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910205797.1A Active CN109825888B (zh) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | 一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109825888B (zh) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1156663A (zh) * | 1996-02-06 | 1997-08-13 | 尤景三 | 纤维编织管成型前预溃树脂的方法以及适用于该方法的模具组 |
| CN100518853C (zh) * | 2003-09-17 | 2009-07-29 | 邵贤斌 | 纳米抗菌导尿管 |
| US20080102438A1 (en) * | 2004-10-27 | 2008-05-01 | Yannas Ioannis V | Novel Technique to Fabricate Molded Structures Having a Patterned Porosity |
| TWI457169B (zh) * | 2008-01-11 | 2014-10-21 | Sumitomo Electric Industries | 分離膜元件、分離膜模組、及分離膜元件之製法 |
| CN105181424A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 中南大学 | 一种浸渍提拉涂覆装置 |
| CN109081931B (zh) * | 2018-08-08 | 2021-06-15 | 重庆大学 | 一种柔性可伸缩的静电吸附膜的制备方法 |
| CN109331230B (zh) * | 2018-09-18 | 2021-04-23 | 武汉纺织大学 | 一种仿生人造血管的制备方法 |
| CN109088563B (zh) * | 2018-09-30 | 2023-02-24 | 中国地质大学（武汉） | 碳纳米管纤维复合结构型电磁致动器 |
-
2019
- 2019-03-19 CN CN201910205797.1A patent/CN109825888B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109825888A (zh) | 2019-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109750364B (zh) | 一种制备基于电致伸缩材料的中空纤维的工艺 | |
| CN103379680B (zh) | 加热垫的制备方法 | |
| KR100678987B1 (ko) | 생체모방 종이 작동기, 생체모방 종이의 작동방법 및 생체 모방 종이의 제조방법 | |
| CN111618837B (zh) | 一种电控伸缩型复合人工肌肉 | |
| US8901247B2 (en) | Responsive polymer system and nanohybrid thin films | |
| Shi et al. | A comparative review of artificial muscles for microsystem applications | |
| CN111571623A (zh) | 一种可变刚度气动软体抓手 | |
| CN107493035A (zh) | 石墨烯电极介电弹性体驱动器 | |
| CN207382213U (zh) | 石墨烯电极介电弹性体驱动器 | |
| CN104409625A (zh) | 一种铌酸钾钠压电纳米纤维柔性发电元件的制备方法 | |
| CN104358029A (zh) | 一种利用静电纺丝制备微纳波纹结构的方法及装置 | |
| Zhou et al. | An arm-like electrothermal actuator based on superaligned carbon nanotube/polymer composites | |
| CN109825888B (zh) | 一种基于电致伸缩材料的中空纤维及其制备装置 | |
| Li et al. | Recent advances on ink-based printing techniques for triboelectric nanogenerators: Printable inks, printing technologies and applications | |
| CN106208802A (zh) | 一种柔性可拉伸的摩擦发电机及其制备方法 | |
| CN112440271B (zh) | 一种电控双向弯曲型复合人工肌肉 | |
| CN103731941A (zh) | 加热元件的制备方法 | |
| CN110219064B (zh) | 一种具有三维螺旋结构的高拉伸压电微纤维及其制备方法 | |
| CN112918031A (zh) | 高介电弹性复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114826015A (zh) | 基于三维多层膜结构复合电极的摩擦纳米发电机制备方法 | |
| Wang et al. | Low-voltage soft robots based on carbon nanotube/polymer electrothermal composites | |
| Harun-Ur-Rashid et al. | Fabrication of stretchable composite thin film for superconductor applications | |
| CN108281542B (zh) | 一种仿生人工驱动装置 | |
| CN110165044A (zh) | 一种单向弯曲的电致伸缩聚合物微驱动器及其制备方法 | |
| CN110809338B (zh) | 一种形状自适应的快速响应软加热器的制备方法及产品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |