一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置及方法

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1.本发明涉及电流变液变刚度件制备技术领域，特别是涉及一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置及方法。

背景技术：

2.电流变液是由高介电常数、低电导率的微纳米颗粒分散于绝缘基液中混合而成的悬浮体系，是一种电响应的软物质材料。在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使得固体颗粒化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使得液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使得表观粘度增大几个数量级。这种使得流体改变状态的效应叫做电流变效应。巨电流变液是电流变液发展的一个重大突破，这种智能材料的屈服应力高达几百千帕，大大超过了传统电流变液的屈服上限(10kpa)。
3.电流变液目前已经应用到了许多领域，可用于机械、建筑等领域的消能减振控制装置，也可用于汽车领域的减振阻尼器，还可应用于软体机器人的变刚度控制。绝大多数领域的巨电流变液载体都以金属为主，而金属载体的刚度有限，导致由金属载体制成的软体机器人刚度有限且不可调的技术缺陷，然而现有技术中利用非金属材料制备变刚度件的研究极少，且利用非金属材料制备变刚度件的设备也十分匮乏。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，以便于采用非金属材料制备巨电流变液变刚度弹性球组。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，包括模具本体和抽气装置，所述模具本体包括模面，所述模面上设置有多个朝下凹陷的凹腔，各所述凹腔的底部均设置有一抽气口，多个所述抽气口均与所述抽气装置的抽气端连通，所述模面上用于铺设下层弹性薄膜。
7.优选的，所述模具本体包括模板、上压框和下压框，所述上压框和所述下压框均呈环形结构，所述模板水平设置，所述模板的顶面即为所述模面，所述下压框设置于所述模板的下方，所述上压框用于将所述下层弹性薄膜压紧于所述模面上，所述上压框和所述下压框可拆卸连接。
8.优选的，还包括呈环形的密封垫，所述密封垫用于设置于所述上压框和所述下层弹性薄膜之间。
9.优选的，所述模板内还开设有多个抽气通道，一个所述抽气通道对应于一个所述抽气口，大部分的所述抽气通道为自所述抽气口向所述模板的下表面延伸开设的盲孔；仅有一个所述抽气通道为自所述抽气口向所述模板的下表面延伸开设的通孔，各所述抽气通道均互相连通，为通孔的所述抽气通道与所述抽气装置连通。
10.优选的，所述模板内还开设有多个垂直于所述抽气通道的横向通道，各所述抽气
通道通过多个所述横向通道连通，所述横向通道的端部开口通过密封塞堵塞。
11.优选的，所述模板为正六边形板制成，所述正六边形板的六个竖直棱做倒斜角处理，所述模面上设置有七个所述凹腔，其中六个所述凹腔的呈正六边形排布，剩余的一个所述凹腔设置于正六边形的中心，且六个所述凹腔形成的正六边形的六个边分别与所述正六边形板的六个边平行，设置有三个所述横向通道，所述横向通道为自一个所述竖直棱向与之相对的另一个竖直棱延伸的通道。
12.优选的，所述下压框的侧壁上设置有用于穿过气管的过孔。
13.本发明还提供了一种利用如上所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置来制备巨电流变液变刚度弹性球组的方法，包括：
14.步骤一：在所述模面上铺设弹性薄膜，为下层弹性薄膜，所述下层弹性薄膜将各所述凹腔覆盖；
15.步骤二：将所述下层弹性薄膜的周向边沿与所述模面的相对位置固定；
16.步骤三：采用抽气装置对各所述抽气口进行抽吸至所述下层弹性薄膜对应于各所述凹腔的部分均向下凹陷并形成容置腔；
17.步骤四：向各所述容置腔内添加巨电流变液；
18.步骤五：在所述下层弹性薄膜靠近各所述容置腔的周向边沿部分涂覆粘结剂；
19.步骤六：将另一张弹性薄膜，即上层弹性薄膜覆盖于所述下层弹性薄膜上，所述上层弹性薄膜通过所述粘结剂与所述下层弹性薄膜粘结固定，所述上层弹性薄膜将各所述容置腔密封。
20.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
21.本发明提供的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置及方法便于采用非金属弹性薄膜制作变刚度弹性件。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为实施例一提供的模具本体的结构示意图；
24.图2为图1的爆炸图；
25.图3为模板的结构示意图；
26.图4为模板的俯视图；
27.图5为图4中a-a向剖视图；
28.图6为模板的左视图；
29.图7为图6中b-b向剖视图；
30.图中：1、模板；2、下压框；3、上压框；4、夹具；5、密封垫；11、凹腔；12、模面；13、横向通道；14、抽气通道。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的目的是提供一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，以便于采用非金属材料制备巨电流变液变刚度弹性球组。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.实施例一
35.本实施例提供一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，如图1～7所示，包括模具本体和抽气装置，抽气装置优选为真空发生器，模具本体包括模面12，模面12上设置有多个朝下凹陷的凹腔11，凹腔11优选为半球形凹腔，当然也可为锥形、椭圆形等结构，各凹腔11的底部均设置有一抽气口，多个抽气口均与抽气装置的抽气端连通，模面12上用于铺设下层弹性薄膜，在凹腔11内呈负压时，下层弹性薄膜对应于凹腔11部分的材料能够向下延展至贴附于凹腔11内壁上，因此，下层弹性薄膜的材料需要采用弹性较好的材料。
36.本实施例提供的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置的使用步骤采用实施例二提供的制备方法，以便于采用非金属弹性薄膜制作变刚度弹性件。
37.于另一个具体实施例中，模具本体包括模板1、上压框3和下压框2，模板1、上压框3和下压框2均由pom塑料制成，上压框3和下压框2均呈环形结构，模板1水平设置，模板1的顶面即为模面12，下压框2设置于模板1的下方，上压框3用于将下层弹性薄膜压紧于模面12上，上压框3和下压框2可拆卸连接，如图1所示，采用图中的夹具4来对上压框3和下压框2进行扣合连接，下压框2不仅起到配合上压框3来将下层弹性薄膜压紧于模面12上的作用，更为重要的是，模板1与抽气装置连接的气口位于模板1的下表面，因此，下压框2内的环形空间便于实现对气口进行抽气。
38.于另一个具体实施例中，模具本体还包括呈环形的密封垫5，密封垫5优选为橡胶垫，密封垫5用于设置于上压框3和下层弹性薄膜之间，密封垫5增加对下层弹性薄膜的压紧效果，防止在制作过程中其滑脱出来。
39.于另一个具体实施例中，模板1内还开设有多个抽气通道14，一个抽气通道14对应于一个抽气口，大部分的抽气通道14为自抽气口向模板1的下表面延伸开设的盲孔；仅有一个抽气通道14为自抽气口向模板1的下表面延伸开设的通孔，各抽气通道14均互相连通，为通孔的抽气通道14与抽气装置连通。
40.于另一个具体实施例中，模板1内还开设有多个垂直于抽气通道14的横向通道13，各抽气通道14通过多个横向通道13连通，横向通道13的端部开口通过密封塞堵塞，横向通道13贯通模板1，这是为了方便对横向通道13的加工，后续可利用塞子将端部开口堵塞，以防止其漏气。
41.于另一个具体实施例中，模板1为正六边形板制成，正六边形板的六个竖直棱做倒斜角处理，模面12上设置有七个凹腔11，其中六个凹腔11的呈正六边形排布，剩余的一个凹腔11设置于正六边形的中心，且六个凹腔11形成的正六边形的六个边分别与正六边形板的
六个边平行，设置有三个横向通道13，横向通道13为自一个竖直棱向与之相对的另一个竖直棱延伸的通道，上述设置也均是为了便于前期对模板1的加工制作。
42.于另一个具体实施例中，下压框2的侧壁上设置有用于穿过气管的过孔。
43.实施例二
44.本实施例提供了一种利用实施例一中所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置来制备巨电流变液变刚度弹性球组的方法，包括：
45.步骤一：在模面12上铺设弹性薄膜，为下层弹性薄膜，下层弹性薄膜将各凹腔11覆盖；
46.步骤二：将下层弹性薄膜的周向边沿与模面12的相对位置固定；具体为利用上压框3配合底部的密封垫5来对下层弹性薄膜进行压紧；
47.步骤三：采用抽气装置对各抽气口进行抽吸至下层弹性薄膜对应于各凹腔11的部分均向下凹陷并形成容置腔；
48.步骤四：向各容置腔内添加巨电流变液；具体利用注射器注入巨电流变液，且使得巨电流变液正好充满容置腔；
49.步骤五：在下层弹性薄膜靠近各容置腔的周向边沿部分涂覆粘结剂；
50.步骤六：将另一张弹性薄膜，即上层弹性薄膜覆盖于下层弹性薄膜上，上层弹性薄膜通过粘结剂与下层弹性薄膜粘结固定，上层弹性薄膜将各容置腔密封。
51.具体流程如下，首先将下压框2放置在模板1之下，同时将购买的弹性薄膜按照模面12的大小剪裁完成后，将其平铺在模面12之上，对比是否完全可以贴合在模面12之上进一步可对薄膜进行修剪。接着利用购买好的螺栓进行固定将相应的夹具4的主被动件装配在上压框3和下压框2之上，然后安装加工好的橡胶密封垫5和上压框3进而对上层弹性薄膜(优选为硅胶薄膜材料，该材料具有粘性，可以更好的附着在模面12之上，如果固定不牢靠可添加适量的水润湿薄膜底部)进行固定，最后将夹具4的长度进行适当的调整，使得对上层弹性薄膜的固定足够可靠。
52.完成上述零件以及夹具4的装配之后，确认薄膜是否固定且表面没有皱纹，然后缓缓打开抽气装置的抽气旋钮，当观察到弹性薄膜已经完全贴合到制备的模具之上时且没有任何地方起皱时，此时电流变液的一层薄膜已经完全贴合到了相应的模具之上，对陷入凹槽的薄膜利用注射器注入巨电流变液到凹槽之中，使得电流变液正好充满容置腔。
53.然后根据上压框3的形状，剪裁薄膜略小于上压框3，在刚刚制备的电流变液凹陷的地方周围涂上相应的胶水，然后将后置剪裁的薄膜贴合在已制备的电流变液薄膜之上，此时第二层薄膜将完全贴合于相应的电流变液弹性小球之上，此时关闭抽气泵观察电流变液小球情况。
54.拆装整个薄膜的制备装置后，得到了巨电流变液可变刚度弹性球，通过进一步按压可检测电流变液可变刚度弹性球的密封性，然后制备相应的柔性电极于该巨电流变液可变刚度弹性球之上，可将其密封在诸多电流变液的应用场合之内如蜂窝减振结构、机械阻尼器之中，实现极端环境下特种装备长距离的变刚度的应用场景。
55.另外，通过堆叠多层变刚度弹性球组，可以用于解决刚度变换在电流变液作用距离小的问题，为后续的相关巨电流变液的变刚度结构设计奠定了基础。具体的，将制备的变刚度弹性件放置于多层框架中，也就是每层放一个制备的流变弹性球，这样如果对整个装
置进行加载，就可以把总的位移分摊到每层的位移，使得每层弹性球的变化距离在电流变液的作用范围之内，从而实现大范围的刚度变换。
56.弹性件中各弹性球的电极通过导电碳油刷于弹性球的外表面以提供电流变液电效应所需要的电场，涂刷的电极为柔性电极，柔性电极用于对电流变液提供电压。
57.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：包括模具本体和抽气装置，所述模具本体包括模面，所述模面上设置有多个朝下凹陷的凹腔，各所述凹腔的底部均设置有一抽气口，多个所述抽气口均与所述抽气装置的抽气端连通，所述模面上用于铺设下层弹性薄膜。2.根据权利要求1所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述模具本体包括模板、上压框和下压框，所述上压框和所述下压框均呈环形结构，所述模板水平设置，所述模板的顶面即为所述模面，所述下压框设置于所述模板的下方，所述上压框用于将所述下层弹性薄膜压紧于所述模面上，所述上压框和所述下压框可拆卸连接。3.根据权利要求2所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述模具本体还包括呈环形的密封垫，所述密封垫用于设置于所述上压框和所述下层弹性薄膜之间。4.根据权利要求2所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述模板内还开设有多个抽气通道，一个所述抽气通道对应于一个所述抽气口，大部分的所述抽气通道为自所述抽气口向所述模板的下表面延伸开设的盲孔；仅有一个所述抽气通道为自所述抽气口向所述模板的下表面延伸开设的通孔，各所述抽气通道均互相连通，为通孔的所述抽气通道与所述抽气装置连通。5.根据权利要求4所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述模板内还开设有多个垂直于所述抽气通道的横向通道，各所述抽气通道通过多个所述横向通道连通，所述横向通道的端部开口通过密封塞堵塞。6.根据权利要求5所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述模板为正六边形板制成，所述正六边形板的六个竖直棱做倒斜角处理，所述模面上设置有七个所述凹腔，其中六个所述凹腔的呈正六边形排布，剩余的一个所述凹腔设置于正六边形的中心，且六个所述凹腔形成的正六边形的六个边分别与所述正六边形板的六个边平行，设置有三个所述横向通道，所述横向通道为自一个所述竖直棱向与之相对的另一个竖直棱延伸的通道。7.根据权利要求4所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，其特征在于：所述下压框的侧壁上设置有用于穿过气管的过孔。8.一种利用权利要求1～7任意一项所述的巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置来制备巨电流变液变刚度弹性球组的方法，其特征在于：包括：步骤一：在所述模面上铺设弹性薄膜，为下层弹性薄膜，所述下层弹性薄膜将各所述凹腔覆盖；步骤二：将所述下层弹性薄膜的周向边沿与所述模面的相对位置固定；步骤三：采用抽气装置对各所述抽气口进行抽吸至所述下层弹性薄膜对应于各所述凹腔的部分均向下凹陷并形成容置腔；步骤四：向各所述容置腔内添加巨电流变液；步骤五：在所述下层弹性薄膜靠近各所述容置腔的周向边沿部分涂覆粘结剂；步骤六：将另一张弹性薄膜，即上层弹性薄膜覆盖于所述下层弹性薄膜上，所述上层弹性薄膜通过所述粘结剂与所述下层弹性薄膜粘结固定，所述上层弹性薄膜将各所述容置腔密封。

技术总结

本发明提供一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备装置，涉及电流变液变刚度件制备技术领域，包括模具本体和抽气装置，模具本体包括模面，模面上设置有多个朝下凹陷的凹腔，各凹腔的底部均设置有一抽气口，多个抽气口均与抽气装置的抽气端连通，模面上用于铺设下层弹性薄膜。本发明还提供了一种巨电流变液变刚度弹性球组的制备方法，本发明提供的方案便于采用非金属材料制备巨电流变液变刚度弹性球组。非金属材料制备巨电流变液变刚度弹性球组。非金属材料制备巨电流变液变刚度弹性球组。