一種耐刮擦機械臂的製作方法

2023-10-06 15:01:19 1

本發明涉及柔性機械臂領域，具體地，涉及耐刮擦機械臂及其製備方法。

背景技術：

機械臂是機械臂是指高精度，高速點膠機器手，機械臂是一個多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的複雜系統。因其獨特的操作靈活性,已在工業裝配,安全防爆等領域得到廣泛應用。

而工業機械臂是擬人手臂、手腕和手功能的機械電子裝置。擬人手臂、手腕和手功能的機械電子裝置；它可把任一物件或工具按空間位姿（位置和姿態）的時變要求進行移動，從而完成某一工業生產的作業要求。如夾持焊鉗或焊槍，對汽車或摩託車車體進行了點焊或弧焊；搬運壓鑄或衝壓成型的零件或構件；進行雷射切割；噴塗；裝配機械零部件等等。

在工業裝配領域甚至是機器人領域，機械臂是整個智能操作步驟的完成者，且一般機械臂是其系統中最複雜的部分，由於機械臂的操作時通過系統控制模塊對其進行程序設置及指令設置進而實現功能操作的。而目前，大多數的的機械臂結構及材料的選擇會直接影響到機械臂接受控制模塊的指令程序的準確性。

機械臂根據其機構特點和用途，主要分為剛性機械臂和柔性機械臂。尤其是近年來，人工智慧領域也有顯著的進步與變革。各種人工智慧產品也逐漸出現在人們的日常生活中，例如：智能自動售賣機、人工智慧垃圾桶、人工智慧家居等。而這些只能機器人的操作部件大多都是柔性的機械臂，因此，在持續的工作狀態下其強度等機械性能提出了更高的要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種耐刮擦機械臂及其製備方法，該耐刮擦機械臂具有優異的機械強度和韌性，能夠廣泛應用於智慧機器人等的柔性機械臂，操作靈敏度高且使用壽命長。

為了實現上述目的，本發明提供了一種耐刮擦機械臂的製備方法，包括所述製備方法包括：

1）將聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯和牌號為kh570的矽烷偶聯劑混合後進行第一捏合，得到混合物m1；

2）將凹凸棒土、抗靜電劑、增強填料和硬脂酸鈉加入到所述混合物m1中並進行第二捏合，製得混合物m2；

3）將所述混合物m2擠出造粒、加工以製得所述種耐刮擦機械臂。

通過上述技術方案，本發明選擇將聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠以及陶瓷纖維、玻璃纖維和石墨纖維等作為主體材料，先進行第以捏合，使得各原料之間充分混合以提高協同作用。最後，又加入了凹凸棒土、抗靜電劑、增強填料和硬脂酸鈉等組分進一步的提高了製得的機械臂的韌性和強度。

本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

本發明提供了一種耐刮擦機械臂，包括1）將聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯和牌號為kh570的矽烷偶聯劑混合後進行第一捏合，得到混合物m1；

2）將凹凸棒土、抗靜電劑、增強填料和硬脂酸鈉加入到所述混合物m1中並進行第二捏合，製得混合物m2；

3）將所述混合物m2擠出造粒、加工以製得所述種耐刮擦機械臂。

在上述技術方案中，各步驟中各原料的具體用量配比可以在寬的範圍內選擇，但是為了提高各原料之間所產生的相互協同作用，優選地，按照重量份計，所述聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯、牌號為kh570的矽烷偶聯劑、凹凸棒土、抗靜電劑、增強填料和硬脂酸鈉的用量比為100：5-15：1-1.6：0.5-2.1：1.1-2.5：0.5-1.2：1-5：1.5-1.9：1-9：10-20：3-5：3-10：0.7-1.3：3-8：1-3。

上述技術方案中，所述增強填料可以在寬的範圍內選擇，可以是常見的納米無機填料，但是為了進一步提高機械臂的耐磨性能，所述增強填料是由以下方法製得：先將蒙脫石、矽鋇、碳酸鈣、石墨、氧化鈦和尖晶石按照1：2-3：1-5：1-3：2-3：1-5的重量配比進行混合，接著在550-650℃煅燒2-3h，冷卻至25-35℃後再破碎成顆粒平均粒徑為5-10μm的粉末即製得所述增強填料。

上述技術方案中，所使用的抗靜電劑的種類可以在寬的範圍內選擇，但是為了提高抗靜電劑與其他組分之間的相互協同作用進而提高製得的機械臂的使用效果，優選地，所述抗靜電劑為三羥乙基甲基季銨甲基硫酸鹽、十二烷基二甲基甜菜鹼或十二烷基二羥丙基硫酸甲脂銨中的一種或多種。

上述技術方案中，所用的樹脂的重均分子量可以在寬的範圍內選擇，但是為了提高樹脂與其他原料之間的相互協同作用進而提高製得的機械臂的的機械強度和韌性，優選地，所述聚四氟乙烯樹脂重均分子量為5萬-10萬，所述sg-5型聚氯乙烯樹脂的重均分子量為1萬-5萬。

本發明中，所添加的各種纖維的具體尺寸可以在寬的範圍內選擇，但是為了提高各原料之間的相互協同作用，優選地，所述陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維的長度各自獨立為20-30μm。

另外，所使用的凹凸棒土和增強填料的粒徑可以在寬的範圍內選擇，但是為了提高製得的機械臂的性能，優選地，所述凹凸棒土和增強填料的平均粒徑各自獨立為10-35μm。

本發明提供的技術方案中，步驟1）中的第一捏合的條件可以在寬的範圍內調節，但是為了提高初步捏合的效果並提高製備效率，優選地所述第一捏合至少滿足以下條件：溫度為200-210℃，和/或時間為1-3h。

同樣，步驟2）中，第二捏合的條件可以在寬的範圍內調節，但是為了捏合的效果並提高製備效率，優選地，所述第二捏合至少滿足以下條件：溫度為165-185℃，和/或時間為1-2h。

在步驟3）中，擠出成型的溫度可以在寬的範圍內選擇，但是為了護套的提高製備效率，優選地，所述擠出造粒的溫度為190-210℃。

本發明還提供了一種上述製備方法製得的耐刮擦機械臂。

以下將通過實施例、對比例和檢測例對本發明進行詳細描述。

製備例1

增強填料（w1）是由以下方法製得：先將蒙脫石、矽鋇、碳酸鈣、石墨、氧化鈦和尖晶石按照1：2：1：1：2：1的重量配比進行混合，接著在550℃煅燒2h，冷卻至25℃後再破碎成顆粒平均粒徑為5μm的粉末即製得所述增強填料，記作w1。

製備例2

增強填料（w2）是由以下方法製得：先將蒙脫石、矽鋇、碳酸鈣、石墨、氧化鈦和尖晶石按照1：2：3：2：3：4的重量配比進行混合，接著在600℃煅燒3h，冷卻至305℃後再破碎成顆粒平均粒徑為8μm的粉末即製得所述增強填料，記作w2。

製備例3

增強填料（w3）是由以下方法製得：先將蒙脫石、矽鋇、碳酸鈣、石墨、氧化鈦和尖晶石按照1：3：5：3：3：5的重量配比進行混合，接著在650℃煅燒3h，冷卻至35℃後再破碎成顆粒平均粒徑為10μm的粉末即製得所述增強填料，記作w3。

製備例4

按照製備例1的方法製得增強填料，記作w4，不同的是所述原料中未加入蒙脫石。

製備例5

按照製備例1的方法製得增強填料，記作w5，不同的是所述原料中未加入矽鋇。

製備例6

按照製備例1的方法製得增強填料，記作w6，不同的是所述原料中未加入氧化鈦。

實施例1

1）將聚四氟乙烯樹脂（重均分子量為5萬）、sg-5型聚氯乙烯樹脂（重均分子量為1萬）、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維（長度為20μm）、玻璃纖維（長度為20μm）、石墨纖維（長度為30μm）、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯和牌號為kh570的矽烷偶聯劑混合後，在200℃捏合3h，得到混合物m1；

2）將凹凸棒土（平均粒徑為10μm）、三羥乙基甲基季銨甲基硫酸鹽、增強填料w1（平均粒徑為5μm）和硬脂酸鈉加入到所述混合物m1中並在165℃捏合2h，製得混合物m2；

3）將所述混合物m2在190℃擠出造粒、加工成型以製得所述種耐刮擦機械臂，記作a1；

其中，按照重量份計所述聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯、牌號為kh570的矽烷偶聯劑、凹凸棒土、三羥乙基甲基季銨甲基硫酸鹽、增強填料和硬脂酸鈉的用量比為100：5：1：0.5：1.1：0.5：1：1.5：2：10：3：3：0.7：3：1。

實施例2

1)將聚四氟乙烯樹脂（重均分子量為6萬）、sg-5型聚氯乙烯樹脂（重均分子量為2萬）、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維（長度為20μm）、玻璃纖維（長度為20μm）、石墨纖維（長度為30μm）、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯和牌號為kh570的矽烷偶聯劑混合後，在200℃捏合3h，得到混合物m1；

2）將凹凸棒土（平均粒徑為25μm）、十二烷基二甲基甜菜鹼、增強填料w2（平均粒徑為8μm）和硬脂酸鈉加入到所述混合物m1中並在170℃捏合1h，製得混合物m2；

3）將所述混合物m2在200℃擠出造粒、加工成型以製得所述種耐刮擦機械臂，記作a2；

其中，按照重量份計所述聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯、牌號為kh570的矽烷偶聯劑、凹凸棒土、十二烷基二甲基甜菜鹼、增強填料和硬脂酸鈉的用量比為100：12：1.3：1.5：2.1：0.9：3：1.6：7：15：4：7：1.1：5：2。

實施例3

1）將聚四氟乙烯樹脂（重均分子量為10萬）、sg-5型聚氯乙烯樹脂（重均分子量為5萬）、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維（長度為30μm）、玻璃纖維（長度為20μm）、石墨纖維（長度為25μm）、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯和牌號為kh570的矽烷偶聯劑混合後，在210℃捏合3h，得到混合物m1；

2）將凹凸棒土（平均粒徑為35μm）、十二烷基二羥丙基硫酸甲脂銨、增強填料w3（平均粒徑為10μm）和硬脂酸鈉加入到所述混合物m1中並在185℃捏合2h，製得混合物m2；

3）將所述混合物m2在210℃擠出造粒、加工成型以製得所述種耐刮擦機械臂，記作a3；

其中，按照重量份計所述聚四氟乙烯樹脂、sg-5型聚氯乙烯樹脂、環氧丙烯酸酯橡膠、陶瓷纖維、玻璃纖維、石墨纖維、白炭黑、肌醇六磷酸酯、檸檬酸酯、乙酸乙酯、牌號為kh570的矽烷偶聯劑、凹凸棒土、十二烷基二羥丙基硫酸甲脂銨、增強填料和硬脂酸鈉的用量比為100：15：1.6：2.1：2.5：1.2：5：1.9：9：20：5：10：1.3：8：3。

對比例1

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b1，不同的是，使用的增強填料為w4。

對比例2

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b2，不同的是，使用的增強填料為w5。

對比例3

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b3，不同的是，使用的增強填料為w6。

對比例4

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b4，不同的是，在原料中未使用聚四氟乙烯樹脂。

對比例5

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b5，不同的是，在原料中未使用sg-5型聚氯乙烯樹脂。

對比例6

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b6，不同的是，在原料中未使用環氧丙烯酸酯橡膠。

對比例7

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b7，不同的是，在原料中未使陶瓷纖維。

對比例8

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b8，不同的是，在原料中未使用玻璃纖維。

對比例9

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b9，不同的是，在原料中未使用石墨纖維。

對比例10

按照實施例1的方法製得機械臂，記作b10，不同的是，在原料中未使用增強填料w1。

檢測例1

根據gb/t528-1998測試a1-a3以及b1-b10的拉伸強度（mpa）；並對a1-a3以及b1-b10的磨耗量（mg）進行測試；具體結果見表1。

表1

通過表1可以看出，在本發明範圍內製得柔性機械臂具優異的機械強度，其拉伸強度都遠遠大於對比例中製得的機械臂的強度，因此說明本發明提供的製備方法中各原料的相互協同作用使得製得的機械臂具有優異的機械強度，更適宜於用做機器人的柔性機械臂。另外，本發明提供的的機械臂具有優異的耐磨性質。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。