一种抗污仿生柔性皮肤材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于仿生柔性材料，涉及一种仿生柔性皮肤材料及其制备方法与应用，具体地说，涉及一种具有高抗污性的仿生柔性皮肤材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着人形机器人、仿生机械手等仿生设备等技术的快速发展，仿生柔性皮肤作为实现人机交互、环境感知和柔性贴合的核心功能材料，其性能直接决定了整机的仿生程度和可靠性。为高度模拟人体皮肤的柔软触感与柔性形变能力，目前行业内主要采用sebs（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物）作为仿生柔性皮肤的基材。sebs是一种热塑性氢化弹性体，具有无毒环保、超弹性、超回弹、耐低温、触感柔软、生物相容性优异等优势，进一步通过高倍率白油充油改性后，可实现接近人体皮肤的柔软度与力学特性。

2、然而，高倍率充油改性工艺在赋予基材柔软触感和柔性变形能力的同时，也带来了难以避免的技术缺陷：过量的游离白油持续向sebs基材表面迁移析出，使仿生柔性皮肤变长期处于发黏状态，而这一状态使得仿生柔性皮肤在工作环境中易吸附粉尘、油污、水渍、杂质等污染物，与此同时，析出的白油持续流失，会导致基材后期逐渐变硬、回弹性能衰减、表面龟裂，不仅严重破坏机器人皮肤的外观质感，更可能堵塞柔性传感器，干扰人机交互精度，大幅缩短柔性皮肤的使用寿命。

3、为解决上述技术问题，目前行业内已发展出多种方法改善仿生柔性皮肤的抗污性，如喷涂柔性改性涂层、硬质防护涂层或低固含量的抗污涂层，但以上方法均存在难以克服的技术短板：对于喷涂pu涂层、硅胶涂层、丙烯酸涂层等柔性改性涂层的方式，上述柔性改性涂层与sebs基材相容性极差，基材表面析出的白油会直接阻隔改性涂层与基材的界面结合，极易出现涂层起泡、脱层、脱落等问题；硬质防护涂层则由于硬度高、柔韧性差，无法适配机器人柔性皮肤的高频弯折、拉伸、扭转的形变需求，反复形变后涂层易开裂失效；而低固含量的抗污涂层存在抗污能力弱，无法实现长效耐油污、耐粉尘的作用，且其固化效率低、工艺繁琐，难以满足工业化批量生产的要求。

4、光固化技术具备固化速度快、能耗低、涂层致密均匀、成型精度高的优势，是高分子材料表面改性的前沿技术方向。但常规光固化树脂体系分子链刚性大、弹性差，直接用于高倍充油sebs改性，会破坏基材原有的柔性，且光固化材料与sebs苯乙烯嵌段结构匹配度低，界面附着力差。针对这一行业技术瓶颈，目前尚无适配超高充油sebs基材、兼顾高柔性与长效抗污性能的光固化改性方案，严重制约了高端仿生机器人柔性皮肤材料的迭代升级与产业化应用。

5、有鉴于此，有必要对现有技术中的仿生柔性皮肤材料予以进一步改进。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于传统仿生柔性皮肤材料的改性涂层与基材相容性差、抗污能力不足，从而提出一种基于光固化交联改性的相容性高、抗污能力优异的仿生柔性皮肤材料及其制备方法与应用。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、本发明第一方面提供一种抗污仿生柔性皮肤材料，其包括充油sebs基材层和附着于所述充油sebs基材层表面的sbs光固化涂层，其中，所述sbs光固化涂层以质量份计，包括：8-15份sbs弹性体、40-60份聚氨酯丙烯酸酯树脂、15-25份活性稀释剂、 1-3份光引发剂、3-8份柔性改性助剂、0.5-2份消泡流平剂。

4、作为优选，所述sbs光固化涂层的厚度为5-20μm。

5、作为优选，所述充油sebs基材层的充油倍率为300%-800%。

6、作为优选，所述充油sebs基材层中，sebs基材的分子量为10万-15万，硬度为0-15ha。

7、作为优选，所述活性稀释剂为丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯中的至少一种；所述光引发剂为1173光引发剂或184光引发剂；所述柔性改性助剂为聚醚改性有机硅柔性助剂、poe、obc中的至少一种。

8、本发明第二方面提供一种制备所述的抗污仿生柔性皮肤材料的方法，其包括如下步骤：

9、s1、充油sebs基材层预处理，清洁所述充油sebs基材层后进行等离子体表面活化处理，得到表面活化的充油sebs基材层；

10、s2、配制sbs光固化涂层液，按比例将sbs弹性体、聚氨酯丙烯酸酯树脂、活性稀释剂、光引发剂、柔性改性助剂和消泡流平剂混合均匀，即得sbs光固化涂层液；

11、s3、涂布sbs光固化涂层液，将所述sbs光固化涂层液涂布于所述表面活化的充油sebs基材层表面，得到预固化材料；

12、s4、紫外固化改性，将所述预固化材料静置流平后，紫外光固化处理，冷却后得到所述抗污仿生柔性皮肤材料。

13、作为优选，所述步骤s4中，所述静置流平时间为2-5min，所述紫外固化改性包括紫外光预固化步骤和紫外光深度固化步骤，其中，所述紫外光预固化步骤中，光照强度为300-500mw/cm²，固化时间5-10s，所述紫外光深度固化步骤中，光照强度为800-1200mw/cm²，固化时间15-30s；紫外光的波长为335-395nm。

14、作为优选，所述步骤s3中，采用微凹辊涂布sbs光固化涂层液，涂布速度为3-8m/min，涂布的湿膜厚度为30-80μm。

15、作为优选，所述步骤s1中，所述清洁所述充油sebs基材层包括：将所述充油sebs基材层依次经无水乙醇、去离子水超声清洗，并低温烘干，其中，超声清洗时间为5-10min，烘干温度为40-60℃，烘干时间为30-60min；所述等离子体表面活化处理采用空气等离子体，处理功率为80-120w，处理时间为30-90s。

16、本发明第三方面提供一种所述的抗污仿生柔性皮肤材料在人形机器人、仿生机械手、柔性交互终端、智能穿戴仿生设备中的应用。

17、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

18、（1）本发明提供的抗污仿生柔性皮肤材料，包括充油sebs基材层和附着于充油sebs基材层表面的sbs光固化涂层，其中，sbs光固化涂层以质量份计，包括：8-15份sbs弹性体、40-60份聚氨酯丙烯酸酯树脂、15-25份活性稀释剂、 1-3份光引发剂、3-8份柔性改性助剂、0.5-2份消泡流平剂。通过采用充油sebs材质作为基材层、采用sbs光固化材料作为改性涂层，充分利用了sbs与sebs分子结构高度同源的特性，显著增强了sbs光固化涂层与充油sebs基材层的界面相容性与结合强度，彻底解决了高倍充油sebs基材因表面析油导致的改性涂层附着力差、易脱层起泡的问题，sbs光固化涂层与充油sebs基材层一体化结合，无界面分层，长期使用后不脱落。sbs光固化涂层具有高弹性、高柔性的特点，可完全适配充油sebs基材层的形变特性，显著提升仿生柔性皮肤的柔软触感与力学特性。sbs光固化涂层在紫外光固化后形成致密的三维网络结构，不仅有效封闭了sebs基材的分子链间隙，抑制了内部白油的迁移析出，从而从根源上解决了皮肤材料表面发粘的问题，避免了基材长期使用变硬、回弹衰减、表面老化龟裂的情况，还赋予了材料优异的疏水疏油性能，大幅提升了抗污能力，提升了仿生柔性皮肤材料的稳定性与使用寿命。

19、（2）本技术提供的抗污仿生柔性皮肤材料，sbs光固化涂层厚度仅为5-20μm，远低于常规改性涂层，可完全贴合高倍充油sebs基材的拉伸、弯折、扭转等形变特性。改性后的柔性皮肤材料拉伸回弹率≥98%，经1000次以上高频弯折试验无开裂、无起皮，可完全保留仿生皮肤的柔性与力学特性。

20、（3）本技术提供的制备抗污仿生柔性皮肤材料的方法，通过采用紫外光固化技术，全程在常温条件下进行，固化速度快、能耗低、无溶剂残留，制备条件温和且绿色环保，制备方法高效可控，适宜于产业化批量生产，解决了传统仿生柔性皮肤改性工艺效率低、一致性差的技术问题。