【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能材料及热拉纤维，具体涉及一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维的热拉一体成型制备方法和装置。
技术介绍
1、液晶弹性体是一种典型的柔性驱动器刺激响应材料，受热后液晶基元会由各向异性转变成各向同性，引起宏观收缩。这种可逆形变产生的内应力与人体肌肉相当，因此，弹性液晶体近年来在人工肌肉、软体机器人、仿生材料等领域受到广泛关注。
2、与间接热刺激相比，直接热刺激可避免空气对热扩散阻碍的关键问题，利用焦耳效应将电能转化为热能，是使液晶弹性体快速产生电热响应及形变的最有效方法之一。通过与电热材料复合对充分发挥液晶弹性体的优势，快速、精确和可编程的致动策略是非常理想的方案，目前常用的方案是通过分步式将电热材料夹入两层液晶弹性体间的制备方法复杂、耗时，且制备尺寸受到限制，难以大规模生产。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法和装置。
2、本专利技术所采用的技术方案具体如下：
3、一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维及其热拉一体成型装置，该装置主要部件包括合金丝送丝转盘1、三向位移平台2、夹具3、液晶弹性体预制棒4、加热炉5、拉丝定速滚轮6、合金丝/液晶弹性体纤维7、合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘8、平面位置测量仪9、三向位移平台位置控制系统10、加热炉温度控制系统11、定速滚轮转速控制系统12、纤径测量仪13、液晶弹性体预制棒模具盒14和可更换通腔组件15。
4、其中，可更换通
5、合金丝送丝转盘1固定安装在装置最上方，三向位移平台2设置在合金丝送丝转盘1下方，液晶弹性体预制棒4由固定在三向位移平台2的夹具3夹持固定并保持竖直方向，三向位移平台2下方设有加热炉5，液晶弹性体预制棒4通过三向位移平台2竖直方向移动，实现进给液晶弹性体预制棒4至加热炉5中；加热炉5下方设有拉丝定速滚轮6和合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘8；
6、合金丝从合金丝送丝转盘1送出，穿过液晶弹性体预制棒4的通腔，在加热炉5中通过热拉形成的合金丝/液晶弹性体纤维7，下方由拉丝定速滚轮6拉紧，并送入下方的合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘8中；
7、所述三向位移平台位置控制系统10用于控制三向位移平台2的位置；所述加热炉温度控制系统11用来调控加热炉5的加热温度参数；定速滚轮转速控制系统12用来调控拉丝定速滚轮6的拉丝速度。
8、进一步的，三向位移平台2和加热炉5之间安装平面位置测量仪9，平面位置测量仪9用于测量液晶弹性体预制棒4的位置，并将位置信号发送到三向位移平台位置控制系统10，控制三向位移平台2带动液晶弹性体预制棒4在垂直于高度方向的平面移动，从而实现预制棒寻达加热炉5正中央位置的闭环自动控制。
9、进一步的，在拉丝定速滚轮6下方设有纤径测量仪13用于测量合金丝/液晶弹性体纤维7，三向位移平台位置控制系统10和定速滚轮转速控制系统12可以根据纤径测量仪13的纤维直径信号，闭环自动调控液晶弹性体预制棒4的进给速度及拉丝定速滚轮6的拉丝速度，最终获得目标直径的合金丝/液晶弹性体纤维7；
10、合金丝/液晶弹性体纤维7直径由液晶弹性体预制棒4直径、进给速度及拉丝定速滚轮6的拉丝速度决定，由下关系式得出：
11、
12、式中，为合金丝/液晶弹性体纤维7直径（毫米），为液晶弹性体预制棒4直径（毫米），为三向位移平台2的进给预制棒速度（毫米/分钟），为拉丝定速滚轮6的拉丝速度（毫米/分钟）。
13、本专利技术中一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维及其热拉一体成型制备方法，具体步骤如下：
14、步骤1：利用液晶弹性体预制棒模具盒14和可更换通腔组件15制备出具有所需直径通腔的液晶弹性体预制棒4；
15、步骤2：将合金丝送丝转盘1的合金丝引导入液晶弹性体预制棒4的通腔中，并由夹具3将其固定在三向位移平台2的垂直于高度方向的平面；
16、步骤3：使用三向位移平台位置控制系统10控制三向位移平台2带动液晶弹性体预制棒4到达加热炉5正中央位置；
17、步骤4：通过加热炉温度控制系统11开启加热炉5，加热液晶弹性体预制棒4至半熔状态，形成颈缩区域后拉丝定速滚轮6缓慢拉动成纤维；
18、步骤5：使用三向位移平台位置控制系统10控制三向位移平台2下移，不断送入液晶弹性体预制棒4至加热区；
19、步骤6：将合金丝与液晶弹性体热拉后形成的纤维夹紧于拉丝定速滚轮6，使用定速滚轮转速控制系统12调控拉丝速度，拉制得合金丝/液晶弹性体纤维7，并由合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘8收纳。
20、所述步骤1的液晶弹性体预制棒4通腔直径由合金丝直径决定，由下关系式得出：
21、
22、式中，为液晶弹性体预制棒4的通腔直径（毫米），为合金丝直径（毫米），为拉丝定速滚轮6的拉丝速度（毫米/分钟），为三向位移平台2的进给预制棒速度（毫米/分钟）。稍小于时可有助于合金丝被液晶弹性体包覆的更紧密。
23、所述步骤2的合金丝优选为镍铬合金、铜镍合金等电热材料。
24、所述步骤3的三向位移平台位置控制系统10可以接收面位置测量仪9的预制棒位置信号，实现预制棒寻达位置的闭环自动控制。
25、所述步骤4的加热炉5由加热炉温度控制系统11控制，加热温度参数由液晶弹性体预制棒4的流变特性确定，加热温度优选为300~350摄氏度，温升速率为10~15摄氏度/分钟。
26、所述步骤6的合金丝/液晶弹性体纤维7直径由液晶弹性体预制棒4直径、进给速度及拉丝定速滚轮6的拉丝速度决定，由下关系式得出：
27、
28、式中，为合金丝/液晶弹性体纤维7直径（毫米），为液晶弹性体预制棒4直径（毫米），为三向位移平台2的进给预制棒速度（毫米/分钟），为拉丝定速滚轮6的拉丝速度（毫米/分钟）。三向位移平台位置控制系统10和定速滚轮转速控制系统12可以根据纤径测量仪13的纤维直径信号，闭环自动调控及，最终获得目标直径的合金丝/液晶弹性体纤维7。
29、本专利技术的有益效果：
30、本专利技术提供了一种合金丝/液晶弹性体纤维与其热拉一体成型制备方法、装置，及用于实现直接热刺激下柔性驱动器的可编程致动策略。通过该制备方法和装置，可一次热拉成型由液晶弹性体包覆合金丝的纤维，解决了现阶段分步式将电热材料夹入两层液晶弹性体间的制备方法复杂、耗时难题，且纤维长度不受限制，适合大规模生产。通过设计可操作的加热系统，利用电压值和脉冲时间控制合金丝能够均匀、精确地局部加热液晶弹性体，使其产生快速收缩或机械功输出，从而实现对合金丝/液晶弹性体纤维的选择性或顺序性可编程驱动。合金丝/液晶弹性体纤维响应时间≤0.2秒，运动带宽≥0.5赫兹，负载自重≥2000倍，循本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，该装置主要部件包括：合金丝送丝转盘（1）、三向位移平台（2）、夹具（3）、液晶弹性体预制棒（4）、加热炉（5）、拉丝定速滚轮（6）、合金丝/液晶弹性体纤维（7）、合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘（8）、平面位置测量仪（9）、三向位移平台位置控制系统（10）、加热炉温度控制系统（11）、定速滚轮转速控制系统（12）、纤径测量仪（13）、液晶弹性体预制棒模具盒（14）和可更换通腔组件（15）；
2.根据权利要求1所述的可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，三向位移平台（2）和加热炉（5）之间安装平面位置测量仪（9），平面位置测量仪（9）用于测量液晶弹性体预制棒（4）的位置，并将位置信号发送到三向位移平台位置控制系统（10），控制三向位移平台（2）带动液晶弹性体预制棒（4）在垂直于高度方向的平面移动，从而实现预制棒寻达加热炉（5）正中央位置的闭环自动控制。
3.根据权利要求1所述的可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，在拉丝定速滚轮（6）下方设有纤径测量仪（13
4.一种利用权利要求1所述装置的可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
5.根据权利要求4所述可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的液晶弹性体预制棒（4）通腔直径由合金丝直径决定，由下关系式得出：
6.根据权利要求4所述可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的三向位移平台位置控制系统（10）可以接收面位置测量仪（9）的预制棒位置信号，实现预制棒寻达位置的闭环自动控制。
7.根据权利要求4所述可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，所述步骤（4）的加热炉（5）由加热炉温度控制系统（11）控制，加热温度参数由液晶弹性体预制棒（4）的流变特性确定。
8.根据权利要求7所述可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，加热炉（5）加热温度为300~350摄氏度，温升速率为10~15摄氏度/分钟。
9.根据权利要求7所述可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型制备方法，其特征在于，所述步骤（6）的合金丝/液晶弹性体纤维（7）直径由液晶弹性体预制棒（4）直径、进给速度及拉丝定速滚轮（6）的拉丝速度决定，由下关系式得出：
...【技术特征摘要】
1.一种可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，该装置主要部件包括：合金丝送丝转盘（1）、三向位移平台（2）、夹具（3）、液晶弹性体预制棒（4）、加热炉（5）、拉丝定速滚轮（6）、合金丝/液晶弹性体纤维（7）、合金丝/液晶弹性体纤维收纳盘（8）、平面位置测量仪（9）、三向位移平台位置控制系统（10）、加热炉温度控制系统（11）、定速滚轮转速控制系统（12）、纤径测量仪（13）、液晶弹性体预制棒模具盒（14）和可更换通腔组件（15）；
2.根据权利要求1所述的可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，三向位移平台（2）和加热炉（5）之间安装平面位置测量仪（9），平面位置测量仪（9）用于测量液晶弹性体预制棒（4）的位置，并将位置信号发送到三向位移平台位置控制系统（10），控制三向位移平台（2）带动液晶弹性体预制棒（4）在垂直于高度方向的平面移动，从而实现预制棒寻达加热炉（5）正中央位置的闭环自动控制。
3.根据权利要求1所述的可编程合金丝/液晶弹性体纤维热拉一体成型装置，其特征在于，在拉丝定速滚轮（6）下方设有纤径测量仪（13）用于测量合金丝/液晶弹性体纤维（7），三向位移平台位置控制系统（10）和定速滚轮转速控制系统（12）可以根据纤径测量仪（13）的纤维直径信号，闭环自动调控液晶弹性体预制棒（4）的进给速度及拉丝定速滚轮（6）的拉丝...
【专利技术属性】
技术研发人员：商震，李凯伟，王哲，马愫倩，李冰倩，钱志辉，任雷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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