PVC(聚氯乙烯)材料是世界塑料加工行业使用最为广泛的原材料之一,由于其化学性能优异且廉价易于制备的特点,被广泛应用于生活生产当中,是化工合成领域重要的原料之一。PVC材料由于其出色的化学稳定性、绝缘性、透明性、力学性能以及耐腐蚀性等特点,被广泛应用于工业生产、绝缘镀层以及软质或硬质的生活用品领域。近年来研究人员聚焦于对PVC材料的增塑改性,由于PVC分子内部存在着大量的C-Cl-偶极矩,使得其材料具有很强的极性,针对此特点,现有研究将其应用于电致动响应的无机非金属软体材料,发现了其广泛的应用前景如:生物仿生工程领域、柔性电子领域、软体机器人领域等。所制得的PVC软体材料具有良好的力学性能与耐久性,在电刺激作用下也显示了其相对于其他软体材料的优势。本文首先分析了国内外研究进展中对软体机器人领域软体材料的研究进展,后针对PVC凝胶材料的研究现状进行梳理分析,针对PVC极性改善,从工艺改进、材料改性以及模型设计三个方面对PVC凝胶进行了研究。1、针对工艺改善问题,在探究应用于光学制品的PVC凝胶中发现,制备PVC凝胶的过程中常常存在着溶解不充分,使得制备的材料出现了力学性能差、表面粗糙、透光性低等问题,针对这一问题,结合分子热运动的理论支持,研究从原料的最佳使用温度入手,对在制备PVC凝胶过程中的不同搅拌温度(40℃-70℃,温度梯度10℃)进行了探讨,得出反应温度可以使得交联体系更加均匀,进而影响材料性质的结论。后对成型的PVC凝胶进行分组测试,其中包括力学性能、表面特性、透明度等。研究表明:60℃是一个较为合理的温度点,所制得的凝胶性能效果最佳。超过或低于60℃,材料性能均出现了不同程度的下降趋势。将凝胶应用于与可变焦距微透镜,其响应时间与恢复时间较之前研究降低了近一倍。2、针对材料改性问题,现有的驱动PVC凝胶的直流电压仍很高(在200V-1500V以内),对于实验探究而言能耗较高,为解决这一问题,研究添加了极性更强的羧基化纳米纤维素以提高材料的导电性能,使得凝胶驱动器在相同的电刺激变形程度内,可以用更低的电压来驱动。对添加了纳米纤维素的凝胶进行分析测试,并且借助于多层膜结构的实验模型在激光位移采集器的测量下测试了相同电压下的响应时间和形变效果。研究表明:添加适量的纳米纤维素可以提高材料的导电性能和力学性能,降低了驱动能耗,同时缩短了响应时间。试验过程中发现微量的纳米纤维素对凝胶材料的透明度具有一定影响。同时,由于实验涉及到危化品的使用,本文还对所使用的原料进行了危险性分析并且提出应急措施建议。3、针对模型设计,研究在总结了现有PVC凝胶致动模型的基础上,归纳其现有性能和结构上的不足,并根据实验现象得知大多数的电致动模型均存在着断电后的恢复迟滞性,提出了利用附加弹性力(弹簧)来降低通电收缩后的模型恢复时间,通过驱动电路与继电器的连接,对单个方向变形进行控制,使驱动模组可实现单个直流电源下的多方向变形,并对该模型进行有限元模拟分析,将模拟结果与现有研究结论进行对比,证实了设计的合理性,为新型驱动器的设计提供了理论上的可能。综上所述:采用溶液法制备高分子复合材料PVC凝胶,针对其应用现状所提出的驱动电压过高、透明度较差、响应时间较慢等问题,对反应过程、极性优化、驱动架构三个方面进行研究和改进,得到了优异的性能结果,为后续PVC凝胶制备工作积累了数据和实验经验,也为后续有关PVC凝胶的其他应用奠定了基础,提供了技术支持。