【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金肌肉纤维，具体涉及一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维及其制备方法。
技术介绍
1、人工肌肉是一种在外部刺激(例如电压、电流、压力、温度、光等)作用下发生可逆地收缩、膨胀或旋转等一系列基本运动的智能形状记忆材料，它具有微型化、轻量化、柔性化、智能化等特征，开发人造肌肉不仅对医学具有重大意义，而且对机器人技术的发展也至关重要。随着机器人等人工智能技术的发展，作为机器人等人工智能设备驱动关键的人工肌肉引起广泛关注。
2、目前，纤维状人工肌肉取得良好发展，其特点是可提供快速、可伸缩、长寿命的拉伸和扭转。纤维型人工肌肉以其优异的驱动性能及广阔的应用前景引起越来越多学者的研究兴趣。从最初碳纳米管的原材料，到尼龙、聚乙烯纤维及蚕丝、棉等天然纤维，研究人员已经对人工肌肉纤维展开大量研究。目前的人工肌肉包括电化学纤维或者以热驱动碳纳米管螺旋纤维，电化学纤维导热率高，驱动应变大，驱动频率快，但是它的制作成本比较高，制作时也需要额外添加电解质，制作过程相对繁琐；另一种以热为驱动力的螺旋聚合物纤维，它具有比较长的寿命和比较大的驱动力，功率密度和能量密度高，但是这种纤维由于材料和结构本身限制，也存在着散热慢，响应速度慢，驱动频率不高的问题；以高压电为驱动力的介电弹性体类人工肌肉，具有驱动频率大、响应速度快的优势，但在高压条件下材料易发生击穿，安全性隐患大，在一些关键性能方面还存在着许多限制。
3、如何快速批量制备驱动形变大、响应速率快、能量密度高、使用寿命长的人工肌肉纤维一直是科学家努力的方向。现有多种制备肌肉
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维及其制备方法，该肌肉纤维具有制备方法简单的优点，适合规模生产，且制得的纤维具有细度小，长度大，响应速度快，能量密度大的优点，可有效解决现有的肌肉纤维存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)制备中空的热拉伸预制体；
5、(2)将形状记忆金属丝穿过热拉伸预制体的中空通道，然后将热拉伸预制体和形状记忆金属丝垂直送入加热装置内进行加热，受热流出的热拉伸预制体包裹在形状记忆金属丝外部，形成纤维丝，对纤维丝进行收集；
6、(3)向纤维丝的中空通道内注入热塑性弹性体溶液，然后拉伸纤维丝外部纤维包层后放松，利用热塑性弹性体溶液带动形状记忆金属丝发生卷曲，待热塑性弹性体溶液凝固后，制得可拉伸肌肉纤维。
7、进一步地，热拉伸预制体的材料为coce、psu、sebs或geniomer，热塑性弹性体溶液为ecoflex溶液、sebs溶液或tpu溶液。
8、进一步地，形状记忆金属丝材质为镍钛合金、铜基合金或铁基合金。
9、进一步地，形状记忆金属丝的直径为0.04-0.06mm。
10、进一步地，步骤(1)中所述热拉伸预制体采用以下方法制备：将热拉伸预制体材料颗粒平铺到平板金属模具之间，对铺好颗粒的模具加压并置于170-200℃条件下加热，冷却后制得热拉伸预制体材料薄片；将多片热拉伸预制体材料薄片置于截面为矩形的金属模具中，使其在模具中排列成中空的长方体形状，然后用聚四氟乙烯材料将长方体的空腔填满，将该模具置于170-200℃条件下加热，冷却，去除中间的聚四氟乙烯填充料，制得中空的热拉伸预制体。
11、进一步地，步骤(1)中热拉伸预制体的内径为18-22mm*10-14mm。
12、进一步地，步骤(2)中将热拉伸预制体以1-3mm/min的速度送入加热装置中，加热装置的加热温度为190-210℃。
13、进一步地，步骤(3)中拉伸前，形状记忆金属丝相对热拉伸预制体的长度超出率为20-50％。
14、进一步地，可拉伸肌肉纤维的宽度为0.5-0.9mm。
15、一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维，采用上述的方法制得。
16、本专利技术所产生的有益效果为：
17、1、本专利技术中将形状记忆金属丝和热拉伸预制体(热塑性弹性体)结合的方式，可通过截面设计，先制作出宏观的预制体，再将形状记忆金属丝置于热塑性弹性体内部，通过加热的方式促使热塑性弹性体收缩，得到长而细的纤维丝，并向其空腔内填充ecoflex材料，再对热塑性弹性体进行先拉伸再放松的方式使形状记忆金属丝发生卷曲，通过ecoflex材料固定形状记忆金属丝的卷曲结构，通过该热拉伸工艺来制备肌肉纤维，利用热塑性弹性体的恢复性和形状记忆金属丝受热缩短的特性来使肌肉纤维产生伸缩运动，使制成的肌肉纤维具有响应速度快，能量密度高的优点。
18、2、本申请中的制备方法具有制备过程简单，能够连续制备出长而细且外部均匀的纤维丝，并能够进行大规模生产；同时还能通过控制送入加热装置的速度来控制纤维的直径，根据不同需求制备出合适尺寸的纤维。
19、3、本专利技术中制得的肌肉纤维具有较大的驱动功率，较好的拉伸性和循环稳定性，且具有响应速度快、能力密度高等优点。
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1.一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述热拉伸预制体的材料为COCE、PSu、SEBS或Geniomer，所述热塑性弹性体溶液为ecoflex溶液、SEBS溶液或TPU溶液。
3.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述形状记忆金属丝材质为镍钛合金、铜基合金或铁基合金。
4.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述形状记忆金属丝的直径为0.04-0.06mm。
5.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述热拉伸预制体采用以下方法制备：将热拉伸预制体材料颗粒平铺到平板金属模具之间，对铺好颗粒的模具加压并置于170-200℃条件下加热，冷却后制得热拉伸预制体材料薄片；将多片热拉伸预制体材料薄片置于截面为矩形的金属模具中，使其在模具中排列成中空的长方体形状，然后用聚四氟乙烯材料将长方体的空腔填满
6.如权利要求1或5所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述热拉伸预制体的内径为18-22mm*10-14mm。
7.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将热拉伸预制体以1-3mm/min的速度送入加热装置中，加热装置的加热温度为190-210℃。
8.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中拉伸前，形状记忆金属丝相对热拉伸预制体的长度超出率为20-50％。
9.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述可拉伸肌肉纤维的宽度为0.5-0.9mm。
10.一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述热拉伸预制体的材料为coce、psu、sebs或geniomer，所述热塑性弹性体溶液为ecoflex溶液、sebs溶液或tpu溶液。
3.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述形状记忆金属丝材质为镍钛合金、铜基合金或铁基合金。
4.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述形状记忆金属丝的直径为0.04-0.06mm。
5.如权利要求1所述的基于形状记忆合金的可拉伸肌肉纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述热拉伸预制体采用以下方法制备：将热拉伸预制体材料颗粒平铺到平板金属模具之间，对铺好颗粒的模具加压并置于170-200℃条件下加热，冷却后制得热拉伸预制体材料薄片；将多片热拉伸预制体材料薄片置于截面为矩形的金属模具中，使其在模具中排列成...
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