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申请/专利权人：哈尔滨工程大学

摘要：本发明提供一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法，采用直接浇铸法，直接将电致动膜溶液和电极膜溶液，相互浇铸到彼此表层上的新装配工艺方法；具体是：制备CAH人工肌肉的电极膜溶液，并置于真空干燥箱中干燥，设置相应参数；制备电致动膜溶液，将其缓慢浇铸于粘稠的电极膜上，并放入真空干燥箱中干燥，设置相应参数；再次制备电极膜溶液，将其均匀浇铸于粘稠的电致动膜表面上，并放入真空干燥箱中进行干燥，设置相应参数；待真空干燥箱中模具内的三层浇铸膜溶液完全干燥成膜后，取出并进行裁剪。本发明的直接浇铸工艺方法，操作简单、性能优良，提升了CAH人工肌肉整体的响应性能与稳定性。

主权项：1.一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：在干燥模具中倒入已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电极膜溶液；第二步：将盛有电极膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，设置参数：干燥温度是60℃，干燥时间是5h，进行干燥以至电极膜溶液粘稠；第三步：将已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电致动膜溶液缓慢浇铸于第二步得到的粘稠的电极膜上，直至表层均匀；第四步：将第三步得到的盛电致动膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，并设置参数：干燥温度60℃、真空度‑0.09MPa、干燥时间17h，进行真空干燥以至表层的电致动膜溶液粘稠；第五步：再次制备海藻酸钙水凝胶CAH电致动器的电极膜溶液，并将其缓慢浇铸于第四步所得到的粘稠的电致动膜表面上，直至均匀；第六步：将第五步得到的浇铸有电极膜溶液的干燥模具再次放入真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、时间7h，进行干燥以至最表层的电极膜溶液完全干燥，形成膜；第七步：待干燥模具内的三层浇铸膜溶液完全干燥成膜后，取出并进行裁剪，进而获得符合尺寸且性能稳定、一致的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉。

全文数据：一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法技术领域本发明涉及一种浇铸工艺方法，尤其涉及一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法。背景技术海藻酸钙水凝胶calciumalginatehydrogel，CAH是一类在电激励下可以改变自身形状与尺寸的新型智能材料，其在仿生制造等领域获得了广泛地应用。CAH人工肌肉是由一片电致动膜和两片电极膜组成，两片电极膜分别覆盖在电致动膜的两侧，贴合形成类似“三明治”结构的电致动器。由CAH人工肌肉制备的电致动器，其应用价值已经受到国内外专家学者的普遍关注。一个影响CAH人工肌肉响应性能好坏的关键因素，就是对其进行装配的工艺方法。目前，关于CAH人工肌肉的装配方法都受限于操作人员的熟练程度，直接导致了其整体响应性能较弱且不稳定。因此，研究探索一种简单稳定、性能优良的装配工艺方法，对进一步发掘应用CAH人工肌肉具有重大价值。“Ionics”期刊，2015年刊登的“Investigationintotheactuatingpropertiesofionicpolymermetalcompositesusingvariouselectrolytes”文章中应用了一种热压贴合的装配工艺方法，其使用热压机直接对电极膜和电致动膜进行机械物理式的热压贴合装配，以保证一定温度下的装配完成。但是，装配成型后的该电致动器成功率低、响应性能较弱且不稳定。发明内容本发明的目的是为了提供一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法，操作简单，装配效率高，受人为因素影响较小，并可以提升CAH人工肌肉的响应性能和稳定性。本发明的目的是这样实现的：第一步：在干燥模具中倒入已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电极膜溶液；第二步：将盛有电极膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，设置参数：干燥温度是60℃，干燥时间是5h，进行干燥以至电极膜溶液粘稠；第三步：将已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电致动膜溶液缓慢浇铸于第二步得到的粘稠的电极膜上，直至表层均匀；第四步：将第三步得到的盛电致动膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，并设置参数：干燥温度60℃、真空度-0.09MPa、干燥时间17h，进行真空干燥以至表层的电致动膜溶液粘稠；第五步：再次制备海藻酸钙水凝胶CAH电致动器的电极膜溶液，并将其缓慢浇铸于第四步所得到的粘稠的电致动膜表面上，直至均匀；第六步：将第五步得到的浇铸有电极膜溶液的干燥模具再次放入真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、时间7h，进行干燥以至最表层的电极膜溶液完全干燥，形成膜；第七步：待干燥模具内的三层浇铸膜溶液完全干燥成膜后，取出并进行裁剪，进而获得符合尺寸且性能稳定、一致的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉。与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的工艺方法，采用直接浇铸法，即直接将电致动膜溶液和电极膜溶液，相互浇铸到彼此表层上的新装配工艺方法。这能够最大限度地减少在CAH人工肌肉的装配过程中，人为因素对其响应性能的不稳定影响。不同于传统的热压贴合工艺，直接浇铸法是将电致动膜和电极膜的干燥成膜与CAH人工肌肉的装配过程组合到一起，实现了成膜和装配同时完成，进而提高了装配效率。同时，该工艺方法消除了膜在人为贴合过程中所产生的二次应力，并降低了由于装配不对称而引起的响应性能差别。本发明的直接浇铸工艺方法，操作简单、性能优良，提升了CAH人工肌肉整体的响应性能与稳定性。附图说明图1是本发明的装配工艺流程图；图2是本发明的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉结构图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。本发明的一种装配CAH人工肌肉的浇铸工艺流程图，如图1所示，主要由制备电极膜溶液、恒温干燥、判断表层粘稠度、制备电致动膜溶液、表层浇铸、真空干燥、成膜后裁剪成型等七步完成。CAH人工肌肉是由一片电致动膜和两片电极膜组成，如图2所示，两片电极膜1分别覆盖在电致动膜2的两侧，贴合形成类似于“三明治”结构的电致动器。浇铸底部电极层，将制备好的CAH人工肌肉的电极膜溶液缓慢倾倒于干燥模具中，放入真空干燥箱进行恒温干燥，设置参数为：温度60℃、干燥时间5h。该干燥温度与CAH人工肌肉的电极膜溶液的制备温度保持相同，并调整电极层的干燥时间，使干燥后的电极层处于粘稠半干状态，即电极层表面仍然胶着湿润但是倾斜干燥模具时，电极膜溶液不再发生流动。粘稠半干状态的电极层不会被即将浇铸的电致动层溶液冲散，也不会与其逐渐发生相互融合的溶胀现象，致使下一步浇铸中间电致动层在完成真空干燥后，能够成功实现明显的膜分层结构。浇铸中间电致动层，将事先制备好的CAH人工肌肉的电致动膜溶液缓慢、均匀地浇铸在呈粘稠半干状态的电极膜上，注意浇铸速度不宜过快，以免破坏到电极膜层。将浇铸完毕的干燥模具放入真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、真空度-0.09MPa、时间17h，进行真空干燥。该干燥温度与CAH人工肌肉的电致动膜溶液的制备温度保持相同，并调整电致动层的干燥时间，使干燥完成后的电致动层表面半干粘稠。此处设置真空干燥箱的真空度，使得干燥箱内形成负压，致使均匀分散在电致动膜溶液内的气泡，逐渐上浮并最终破裂在溶液表面，进而使得浇铸电致动层的内部均匀、表面平整光滑、整体响应性能优良。浇铸顶部电极层，再次将事先制备好的CAH人工肌肉的电极膜溶液缓慢浇铸于胶着湿润的电致动膜上，然后放入真空干燥箱中进行最后的恒温干燥处理，并设置参数为：温度60℃、干燥时间7h。该干燥温度同样与CAH人工肌肉的电极膜溶液的制备温度保持一致，并调整其干燥时间，使得顶部电极层能够完全干燥成膜，进而成功实现人工肌肉电致动器的膜分层结构。待真空干燥箱中，干燥模具内三层浇铸的膜溶液在完全干燥成膜后，取出并裁剪成型，进而得到符合尺寸、性能稳定的CAH人工肌肉。本发明的具体工作原理：直接浇铸法能够将电致动膜溶液与电极膜溶液，相互浇铸到彼此的表面上，由于液态的流动性，两种膜溶液互相填满了彼此表层的小凹坑，使得电致动膜与电极膜表面达到最大程度的契合，降低了因装配而导致的内应力。同时CAH人工肌肉的整个装配过程，伴随在膜溶液的干燥成型过程中，从而实现了人工肌肉的内部膜结构相互间连接紧密，进一步增强了其整体的致动性能。更为简单描述本发明的主要方法步骤是：1制备CAH人工肌肉的电极膜溶液，准确平稳地倾倒于干燥模具中；2将盛有电极膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、时间5h，进行干燥以致电极膜溶液粘稠；3制备CAH人工肌肉的电致动膜溶液，取出真空干燥箱中盛有电极膜溶液的干燥模具，进而将电致动膜溶液缓慢浇铸于粘稠的电极膜上，致表层均匀；4将盛电致动膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、真空度-0.09MPa、时间17h，进行真空干燥以致表层的电致动膜溶液粘稠；5取出真空干燥箱中经过浇铸电致动膜溶液的干燥模具，再次制备CAH电致动器的电极膜溶液，进而将其缓慢浇铸于粘稠的电致动膜表面上，致均匀；6将浇铸有电极膜溶液的干燥模具再次放入真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、时间7h，进行干燥以致最表层的电极膜溶液完全干燥，致成膜；7待真空干燥箱中模具内三层浇铸膜溶液完全干燥成膜后，取出并进行裁剪，进而获得符合尺寸且性能稳定、一致的CAH人工肌肉。

权利要求：1.一种装配海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的浇铸工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：在干燥模具中倒入已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电极膜溶液；第二步：将盛有电极膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，设置参数：干燥温度是60℃，干燥时间是5h，进行干燥以至电极膜溶液粘稠；第三步：将已制备的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的电致动膜溶液缓慢浇铸于第二步得到的粘稠的电极膜上，直至表层均匀；第四步：将第三步得到的盛电致动膜溶液的干燥模具置于真空干燥箱中，并设置参数：干燥温度60℃、真空度-0.09MPa、干燥时间17h，进行真空干燥以至表层的电致动膜溶液粘稠；第五步：再次制备海藻酸钙水凝胶CAH电致动器的电极膜溶液，并将其缓慢浇铸于第四步所得到的粘稠的电致动膜表面上，直至均匀；第六步：将第五步得到的浇铸有电极膜溶液的干燥模具再次放入真空干燥箱中，并设置参数：温度60℃、时间7h，进行干燥以至最表层的电极膜溶液完全干燥，形成膜；第七步：待干燥模具内的三层浇铸膜溶液完全干燥成膜后，取出并进行裁剪，进而获得符合尺寸且性能稳定、一致的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉。

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