一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法技术

本发明专利技术提供一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法，采取真空、整体加热方式，经过交联、加热、保温和冷却四个阶段。主要方法步骤：将人工肌肉浸入CaCl2溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min；随后进行去应力退火，放入真空干燥箱中加热，设置相应参数；取出置于室内通风处风冷，保持30min，再次放入真空干燥箱中0.5h；然后调整设置参数，使其随真空箱慢慢降温至50℃、恒温时间1.5h，至此完成调质处理；最后静置于空气中3h，逐渐冷却至室温，以完成时效过程，并进行裁剪与封装存储。本发明专利技术的热处理工艺方法，原理明确、效果显著、可实现普遍应用，且能够有效提升海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的响应速度、寿命与输出力等综合机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法
本专利技术涉及一种热处理工艺方法，尤其涉及一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法。
技术介绍
CAH(calciumalginatehydrogel，海藻酸钙水凝胶)是一种离子型电活性聚合物，其致动性能非常相似于生物肌肉，故称之为“人工肌肉”。CAH材料质地柔软、富有弹性、生物形容性极好，并且在较低的驱动电压下能够产生较大的位移变形。因而在仿生工程、微机械和生物科学等领域，都有着广泛的应用前景。响应速度、寿命和输出力是衡量CAH人工肌肉的重要指标，目前国内外的科学家们对其进行的大量研究，主要集中在制备方法与掺杂工艺，来提升这三方面的致动性能。因此，有必要探索研究一种原理明确、效果显著、可广泛应用的加工工艺方法，以便进一步提高CAH人工肌肉的致动性能及其实际应用。“JournalofFunctionalMaterials”期刊，2014年刊登的“Thepreparationandthermalpropertiesofcalciumalginate/gelatin(semi)IPNscrosslinkedwithoxidizedsodiumalginate”文章中采用了一种水浴加热的加工工艺方法，通过使用大烧杯与温控式磁力搅拌机，直接对高分子聚合物进行恒温制备。然而，该方法对温度的利用，只适用于人工肌肉的前期制备过程，却忽视了对其进一步的加工处理，可能带来的致动性能提升。目前所有关于CAH人工肌肉的研究都是如此，由于对其进行热处理加工的工艺方法，思路较为创新，至今尚未出现相关研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法，是一种原理明确、效果显著、成本低廉、可实现普遍应用的加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法。同时，针对于CAH人工肌肉的热处理工艺方法，能够进一步提升其自身的响应速度、寿命与输出力。本专利技术的目的是这样实现的：包括如下步骤：第一步：将制备成型的CAH人工肌肉浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl2溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min，使其表层电极膜均匀获得Ca2+；第二步：用镊子捏出交联后的CAH人工肌肉，用滤纸吸干其表面的溶液，并将其放入真空干燥箱中加热，设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h，进行去应力退火；第三步：取出真空干燥箱中已经完全干燥成膜的CAH人工肌肉，置于室内通风处进行风冷；第四步：将经过风冷处理后的CAH人工肌肉，再次置于真空干燥箱中，并设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h；第五步：调整真空干燥箱的设置参数，使得CAH人工肌肉在真空箱内，降温至50℃、并保持真空度-0.09MPa、恒温时间1.5h，完成调质过程；第六步：取出真空干燥箱中的CAH人工肌肉，并静置于空气中3h，使其逐渐冷却至室温，完成时效处理；第七步：待CAH人工肌肉的内外温度降到室温后，对其进行裁剪并封装存储。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.第三步中的置于室内通风处进行风冷的时间是30min，以使其快速冷却到室温。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：针对加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法，通过改变其内部的显微组织与表面电极层的化学成分，而未影响到整体的形状尺寸与化学组分，以实现提升其响应速度、寿命与输出力等综合机械性能。同时，CAH人工肌肉的表层电极膜的离子交联反应，使其具有更好的韧性与疲劳强度，降低了使用形变与裂纹危险而提高其使用寿命。此外，经过热处理的CAH人工肌肉，能够获得均匀、平衡的内部组织结构，改善了其内部成分与应力状态，进而消除了制备与装配时产生的残余内应力。本专利技术CAH人工肌肉的热处理工艺方法，原理明确、效果显著、可实现广泛应用，并能够有效提升其内在质量与致动性能将近一倍。附图说明图1是本专利技术的热处理工艺流程图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺流程图，如图1所示，其流程主要是人工肌肉在固态下，经过交联、加热、保温和冷却四个阶段。这些过程彼此衔接、相互补充性能。CAH人工肌肉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。为了预防人工肌肉在热处理过程中发生形变，其初始厚度要保持均匀、形状对称、并预留出热处理余量，以获得预期的内部组织结构。对CAH人工肌肉的表面电极层，进行离子交联反应，即将制备成型的人工肌肉浸入到浓度为0.85mg/ml的CaCl2溶液中，水浴温度30℃、反应时间为20min。这使得Ca2+能够进入到电极膜中，以改变人工肌肉的表层组织与化学成分，增加了其刚性与疲劳强度，同时其芯部的致动膜仍保持着良好的韧性和塑性。然后，用镊子捏出经过交联的CAH人工肌肉，并用滤纸吸干其表面的溶液，再放入真空干燥箱中加热，且设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h。进行“去应力退火”，消除组织缺陷、改善力学性能，以提高人工肌肉的机械强度。进行“调质处理”，取出真空干燥箱中已经完全干燥成膜的CAH人工肌肉，并置于室内通风处进行风冷、保持30min，以使其快速冷却到室温。随后，及时进行真空“低温回火”，即将经过风冷处理后的人工肌肉，再次置于真空干燥箱中，并设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h。适当温度保持一段时间后，调整真空干燥箱的设置参数，使得人工肌肉随真空箱慢慢降温至50℃、并保持真空度-0.09MPa、恒温时间1.5h。以达到其内部组织均匀，改善应力状态、消除残余内应力，获得强度与韧性都良好的综合致动性能。取出真空干燥箱中的CAH人工肌肉、并静置于空气中3h，使其逐渐冷却至室温，从而完成时效处理、稳定尺寸形状。待人工肌肉的内外温度降到室温后，对其进行裁剪并封装存储，因此获得标准尺寸、性能稳定提升的电致动器。本专利技术的具体工作原理：由于CAH人工肌肉的显微组织复杂，可通过热处理改变其力学与化学性能，以获得良好的使用性能。采用整体热处理的方式，人工肌肉内部的热应力和组织应力，能够相互叠加或部分抵消。在真空中进行保护加热，以避免其电极膜在空气中发生氧化反应。由于材料本身的吸水性，人工肌肉在室温静置一段时间后，会从空气中补充到适量的水分，进而能够提升自身的致动性能。更为明确的说本专利技术是一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法，采取真空、整体热处理的方式。将其浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl2溶液中，进行电极层的离子交联反应。随后，在真空干燥箱中对其进行整体加热，再置于空气中以适当速度冷却。此外，通过控制加热时间、温度和真空度，并采取短时、多次的处理方式，主要方法步骤是：(1)将制备成型的CAH人工肌肉浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl2溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min，使其表层电极膜均匀获得Ca2+；(2)用镊子捏出交联后的CAH人工肌肉，并用滤纸吸干其表面的溶液，随后将其放入真空干燥箱中加热，并设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h，进行去应力退火；(3)取出真空干燥箱中已经完全干燥成膜的CAH人工肌肉，并置于室内通风处进行风冷，保持30min，以使其快速冷却到室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：将制备成型的CAH人工肌肉浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl

【技术特征摘要】
1.一种加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：将制备成型的CAH人工肌肉浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl2溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min，使其表层电极膜均匀获得Ca2+；第二步：用镊子捏出交联后的CAH人工肌肉，用滤纸吸干其表面的溶液，并将其放入真空干燥箱中加热，设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h，进行去应力退火；第三步：取出真空干燥箱中已经完全干燥成膜的CAH人工肌肉，置于室内通风处进行风冷；第四步：将经过风冷处理后的CAH人工肌肉，再次置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，杨俊杰，王禹健，吴昱达，韦成业，张光丽，刘爽，喻淑琴，杨雄飞，王志杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23