以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人履带及其制备方法，特别是涉及一种以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现在的移动机器人已经在各领域有着广泛的应用，包括反恐防暴、应急救援、极地探测、电力设施检测与维护以及核辐射探测等，移动机器人要经常工作于各种复杂的极端环境(高低温、、超高压、核辐射等)和各种地形(软硬地面、滩涂、草地、壕沟等)。要求其具有良好的适应性、灵活性，以克服环境的不稳定性的机器人的行走机构是必要的保证。目前机器人行走机构主要分为轮式、腿式、履带式、复合式(例如轮腿式、关节履带式、轮履带腿式等)，履带作为机器人的一个重要主行走部件，其性能的优劣对移动机器人有着至关重要的影响，履带的材料、结构及成型方法都决定着履带及其移动机器人是否能适应各种复杂极端的环境。
[0003]履带的发展经历了从金属到非金属，从笨重到轻盈，从复杂到简约，从金属履带发展为橡胶履带，现今又从橡胶履带发展为弹性体浇注履带。
[0004]弹性体浇注机器人履带是一种全新的履带，是为了适应复杂极端环境机器人的轻质、高强要求而设计的，它结合了同步齿形带和橡胶履带的优势，摒弃了橡胶履带繁琐的多层结构，合并了芯金块、包覆层、缓冲层和花纹块为整体浇注层，采用一次整体浇注成型或二次分体浇注成型，这样不仅可以大幅度提高层间的强度和结合力，而且缩小了履带截面尺寸，简化了生产工艺，降低了履带重量，特别适合应用于机器人复杂多变的特点和满足包括行走，变形、摆臂、爬越障碍等多自由度机器人的要求。与其他履带相比，弹性体浇注履带更具有保护地面、体积小、重量轻、噪音低、振动小，乘坐舒适等优点，特别适合于高速转移多变的场合，可实现了全路面通过性能，出现伊始就得到了广泛的应用。弹性体浇注履带以质轻高强、结构简约、工艺简单、成型快速、质量稳定等优点迅速受到机器人行业的青睐，可取代传统的橡胶履带。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带及其制备方法，本发明采用芳纶纤维作为机器人履带骨架材料，采用浇注型聚氨酯弹性体作为机器人履带胎体材料，不仅克服了现有金属履带以及橡胶履带的各方面缺点。而且增强了机器人履带本身的质量稳定性，延长了制品的使用寿命。本发明制备工艺简单，易于生产。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述履带在履带强力层中，引入了高强的芳纶或锦纶纤维作为骨架；以聚氨酯弹性体为机器人履带中的整体浇注层；在制备以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带时，使用整根绳状缠绕环形带的方式进行；履带聚氨酯弹性体由聚合物多元醇、多异氰酸酯、催化剂、扩链剂、补强剂组份组成；其中，数均分子量为1000-3000的聚合物多元醇100份；多异氰酸酯18-22份；催化剂0.2-0.4份；扩链剂8-12份;补强剂8-10份。
[0007]所述的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述数均分子量为1000~3000的聚合物多元醇为 PEA1000、PEA2000、PEA3000、PCL2000、PPG3000、PPG2000、PTMG2000、PTMG3000 中的一种。
[0008]所述的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述多异氰酸酯为TD1-80、TD1-100、MD1-100、MD1-50、液化 MDI 中的一种。
[0009]所述的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、三亚乙基二胺、三乙醇胺中的一种。
[0010]所述的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述扩链剂为1，4_ 丁二醇、1，4- 二羟乙氧基苯3，3’ 二氯-4，4’ 二苯基甲烷二胺、3，5- 二甲硫基甲苯二胺中的一种。
[0011]所述的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带，所述补强剂为导电炭黑、三氧化二铺、十溴苯醚、十二溴苯醚中的一种或多种。
[0012]以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带制备方法，所述方法包括以下过程:
(1)预聚体制备
将补强剂经烘干、粉碎处理后，与聚多元醇混合，40-50°C温度下用热剪切机以3000-4000r/min 速度热剪切 10_15min 成均匀相，然后在 90-120°C，- (0.096-0.097) MPa真空度条件下搅拌脱水3-5h，冷却至60°C，快速与计量的二异氰酸酯混合，在氮气保护下反应2-3小时，抽真空脱气后得到聚氨酯预聚体；
(2)芳纶纤维骨架材料机器人履带的制备
用硅烷偶联剂活化表面的芳纶纤维整根绳状缠绕环形带的方式缠绕在模具上，然后机器人履带的制造称取计量的预聚体，加热升温，真空脱泡2min，将计量的的硅烷偶联剂处理的二硫化钼加入到预聚体中，在80?90°C下加热反应30min，然后加入计量的扩链剂并快速搅拌，浇注到预热120°C并涂有脱模剂的模具中，待达到不粘手时，加压硫化50min后脱模；最后在110°C的烘箱中后硫化12h，取出修边，即得一种以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带。
[0013]本发明的优点与效果是:
(O履带整体结构的设计:为了体现履带的低重量、高强度，实现总体的绝缘和耐超高电压击穿，履带整体采用非金属结构。强力层采用非金属纤维作为增强骨架层，简化缓冲层，芯金材料、包覆层与花纹胶块使用同种材料一次成型，主体材料使用改性的聚氨酯浇注
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[0014](2)履带强力层的结构设计:强力层采用高强、高模量的芳纶纤维代替金属丝或纤维作为骨架层，结构使用整根绳状缠绕环形带的方式进行，可以最大的保持整体和节距的尺寸稳定性。
[0015](3)强力层的整体成型:选择芳纶纤维作为骨架层，可以很容易的实现单绳整体缠绕成型方法，最大的发挥芳纶纤维的高强优势，而其相当于优质钢材4倍的强度，可以非常轻松的带来履带的轻质高强和优异的绝缘性。
[0016]本发明提供的以芳纶为骨架的浇注型聚氨酯机器人履带不仅可以降低履带重量，使其特别适合机器人复杂多变的特点，和满足包括行走，变形、摆臂、爬越障碍等多自由度机器人的要求；并且更具有保护地面、体积小、重量轻、噪音低、振动小，乘坐舒适等优点，特别适合于高速转移多变的场合，可实现了全路面通过性能。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实例对本发明进一步说明。
[0018]以下实例中未做特别说明的份数，均指质量份数。
[0019]实施例1 I)预聚体制备
首先将油浴锅、三口瓶、冷凝管、真空栗从左到右依次连接好，然后检查气密性是否良好。安装完仪器，将30g导电炭黑、40g三氧化二锑、30g十溴苯醚经烘干、粉碎处理后，与称量100g的聚四氢呋喃醚二元醇(PTMG)混合，40-50°C温度下用热剪切机以3000_4000r/min速度热剪切10-15min成均匀相，然后在