一种用于机器人皮肤的柔性PDMS薄膜及其制备方法与流程

本技术涉及有机硅薄膜的领域，尤其是涉及一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、柔性pdms薄膜，即聚二甲基硅氧烷薄膜，是一类以有机硅聚合物为原料制备的弹性体薄膜材料。具备优异的可延展性、生物相容性以及稳定的化学惰性，同时能够通过调整配方与工艺实现透光性、绝缘性及表面形态的灵活调控。在机器人皮肤的应用中，pdms薄膜因其高柔韧性和耐反复形变能力，能够贴合机器人复杂曲面，并赋予其触觉感知的载体功能，用于承载传感器，有利于在动态交互过程中实现压力、温度等外界信号的传递与检测，是构建仿生柔性传感系统的重要基础材料。

2、目前，用于机器人皮肤的pdms薄膜通常以聚二甲基硅氧烷与交联剂为主要组份，通过加成反应或缩合反应固化成型。现有技术中一般通过加入导电纳米颗粒，如碳纳米管、石墨烯、微结构导电填料等成分，使得pdms薄膜在保持本身高弹性与可加工性的基础上，进一步提升了导电性、介电性能或表面疏水性，部分产品还能够实现自修复，从而适应机器人对复杂环境交互的初步需求。

3、然而，现有pdms薄膜在机器人皮肤实际应用中，在长期动态使用后容易出现塑性变形或微裂纹扩展，影响性能稳定性。

技术实现思路

1、为了解决现有的应用于机器人皮肤的pdms薄膜在长期动态使用后，容易出现变形或者微裂纹的问题，本技术提供一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜，采用如下的技术方案：

3、一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜，由以下重量份的原料固化制得：

4、聚二甲基硅氧烷 100-120份

5、交联剂 2-4份

6、交联助剂 5-8份

7、填料 8-15份

8、催化剂 0.1-0.3份；

9、所述聚二甲基硅氧烷由重量比为（5-8）:（2-3）:（1-2）:（0.5-1）的乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、三甲基封端聚（甲基乙烯基）硅氧烷、乙烯基二甲基封端聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基乙烯基硅氧烷嵌段聚二甲基硅氧烷和含乙烯基的环状聚硅氧烷组成。

10、通过采用上述技术方案，乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷作为主体聚二甲基硅氧烷，长链结构赋予pdms薄膜较好的柔韧性和弹性；三甲基封端聚（甲基乙烯基）硅氧烷的引入，在主链上引入侧链乙烯基，增加交联点密度和分布均匀性，避免因主链末端交联点不足导致的网络缺陷，从而提升pdms薄膜的均一性和强度；乙烯基二甲基封端聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基乙烯基硅氧烷嵌段聚二甲基硅氧烷的苯基的引入能抑制硅氧烷链的结晶，进一步提高柔韧性，同时嵌段结构能改善后续添加的填料与硅橡胶基体的相容性，减少界面缺陷；含乙烯基的环状聚硅氧烷具有高反应活性，能参与交联，增加网络交联密度，同时其环状结构在受到应力时能够吸收和耗散能量，有助于提高pdms薄膜的耐疲劳性和抗撕裂性，通过四种特定乙烯基硅氧烷的协同复配，从根本上优化了pdms薄膜的交联网络结构。交联剂能够在催化剂的作用下与聚二甲基硅氧烷进行反应，形成交联网络结构；填料用于补强和改善pdms薄膜的介电性能，提高薄膜的力学强度和信号传递性能；交联助剂能够进一步在催化剂和交联剂的作用下提高交联效率。

11、本技术通过使用由乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、三甲基封端聚（甲基乙烯基）硅氧烷、乙烯基二甲基封端聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基乙烯基硅氧烷嵌段聚二甲基硅氧烷和含乙烯基的环状聚硅氧烷组成的聚二甲基硅氧烷，复配交联剂、交联助剂、填料和催化剂，制得的pdms薄膜具有较好的柔韧性和耐撕裂性能，应用于机器人皮肤中，在长期动态条件下使用，不易出现变形或者微裂纹的问题。

12、优选的，所述含乙烯基的环状聚硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和/或三甲基三乙烯基环三硅氧烷。

13、通过采用上述技术方案，四甲基四乙烯基环四硅氧烷和/或三甲基三乙烯基环三硅氧烷能更有效地引入交联点并调节网络交联结构，提升pdms薄膜的柔韧性和耐撕裂性能。

14、优选的，其特征 在于，所述交联助剂由重量比为1:（0.2-0.5）的季戊四醇三烯丙基醚和烯丙基三甲基硅烷组成。

15、通过采用上述技术方案，季戊四醇三烯丙基醚含有三个烯丙基，可以在铂金催化下与交联剂反应，从而作为多功能交联点扩展剂，进一步增加和均匀化交联网络，提升pdms薄膜的致密性和力学性能。烯丙基三甲基硅烷作为分子链封端剂或抑制剂，可能用于控制交联反应速度，防止局部交联过度，两者以1:(0.2-0.5)的比例复配，实现了促进交联与控制反应/稳定体系的平衡。

16、优选的，所述交联剂为端氢甲基含氢硅油和/或端氢硅油。

17、通过采用上述技术方案，端氢甲基含氢硅油和/或端氢硅油为反应提供活性位点，有利于形成伸长性更好的交联网络。

18、优选的，所述填料由重量比为1:（0.1-0.3）的气相法白炭黑和石墨烯组成。

19、通过采用上述技术方案，气相法白炭黑通过巨大的比表面积和表面硅羟基与pdms基体产生物理/化学相互作用，对pdms薄膜进行力学补强；石墨烯能够进一步与气相法白炭黑进行协同，在提升性能补强的同时赋予pdms薄膜较好的介电性能。

20、优选的，所述催化剂为铂金催化剂，所述铂金催化剂的铂金含量为10000-20000ppm。

21、通过采用上述技术方案，较优铂金含量的铂金催化剂具有较高的催化活性，能够在较优的时间和温度条件下进行充分稳定的交联，提升制得的pdms薄膜的均一性和稳定性。

22、优选的，该柔性pdms薄膜的厚度为10-20µm。

23、第二方面，本技术提供一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜的制备方法，采用如下的技术方案：

24、一种用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜的制备方法，包括以下步骤：

25、s1、将聚二甲基硅氧烷、交联剂、交联助剂、填料和催化剂混合均匀，真空脱泡，制得混合物；

26、s2、将混合物进行涂布固化，制得用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜。

27、通过采用上述技术方案，将各组分均匀混合和涂布固化，制得向稳定且均一的柔性pdms薄膜。

28、优选的，固化温度为110-130℃，固化时间为5-15min。

29、通过采用上述技术方案，较优的固化时间和温度能够使得pdms薄膜能够充分且稳定地进行交联固化。

30、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

31、1.本技术的用于机器人皮肤的柔性pdms薄膜，通过采用乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、三甲基封端聚（甲基乙烯基）硅氧烷、乙烯基二甲基封端聚甲基苯基硅氧烷 -聚甲基乙烯基硅氧烷嵌段聚二甲基硅氧烷和含乙烯基的环状聚硅氧烷组成聚二甲基硅氧烷，配合交联剂、交联助剂、填料和催化剂，解决了现有应用于机器人皮肤的 pdms 薄膜在长期动态使用后容易出现变形或者微裂纹的问题，提升了性能稳定性。

32、2.使用四甲基四乙烯基环四硅氧烷和/或三甲基三乙烯基环三硅氧烷作为含乙烯基的环状聚硅氧烷，能更有效地引入交联点并调节网络交联结构，提升pdms薄膜的柔韧性和耐撕裂性能。

33、3.使用由季戊四醇三烯丙基醚和烯丙基三甲基硅烷组成的交联助剂，在提升薄膜整体性能、促进交联反应进程、增强分子间连接，进而增强材料均匀性和一致性。

34、4.采用将各原料混合均匀并真空脱泡再进行涂布固化的制备工艺，能保证各原料充分混合且无气泡影响，制得表面平整且均一性好的柔性pdms薄膜。