【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高分子水凝膠，特別一種低模量的抗疲勞復合水凝膠、制備方法和應用。
技術介紹
1、水凝膠是一種含有大量水分子的高分子聚合物材料。水凝膠具有良好的拉伸性和生物相容性，近年來被廣泛應用于柔性傳感器、軟體機器人、生物粘接劑、可穿戴設備、人造組織等諸多領域。智慧醫療、柔性電子、機器人產業的進一步發展離不開高性能水凝膠的開發。水凝膠在這些領域的廣闊前景促使高性能水凝膠的研究成為材料、力學和生物醫學等多學科交叉領域熱門的研究方向之一。
2、盡管科研人員已經開發出多款高韌性、可拉伸的水凝膠，然而水凝膠在實際應用的環境下仍然具有挑戰性。比如即使水凝膠具有很高的韌性，但是在長期循環加載的服役條件下，水凝膠容易發生疲勞破壞等。近年來，科研人員也提出了一些抗疲勞水凝膠策略，比如退火干燥、冰模板法輔助鹽析水凝膠、纖維復合水凝膠、相分離水凝膠等。這些水凝膠通過引入硬相結晶、硬相纖維、硬相分離等來分散裂尖應力集中，使得水凝膠的疲勞門檻值提高。但是，這類高含量硬相的引入會使得水凝膠的模量隨之上升，在需要低模量的應用場景下不適用。因此，如何得到一種具有低模量的抗疲勞水凝膠，仍然是目前亟待解決的問題。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的不足，本專利技術的目的是提供一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，解決以往使用增強相時會同時提高水凝膠模量的問題。本專利技術還要解決的另一技術問題提供一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法，可以調控織物與水凝膠基體界面，使織物與水凝膠間形成強界面，從而協同變形，達
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，包括水凝膠基軟基體層和包覆水凝膠基軟基體層的增強針織織物層；所述水凝膠基軟基體層的材料為低模量的水凝膠；所述增強針織織物層的材料為具有彎曲纖維結構的高強纖維編織成的可拉伸織物，能在循環載荷下形成橋聯纖維，抵抗疲勞裂紋擴展。
4、所述水凝膠基軟基體層模量小于1mpa，拉伸比大于2；所述增強針織織物層的強度大于10mpa，克重大于80g/cm2，未充滿系數大于10；軟基體-針織織物形成強界面，使得軟基體-針織織物協同變形，有效提高水凝膠抗疲勞性能，復合水凝膠的疲勞門檻值大于5000j/m2，同時針織織物初始模量低，使復合水凝膠保持小于1mpa的低模量。
5、所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法，包括如下步驟：
6、(1)將單層或多層可拉伸織物鋪設在模具中；
7、(2)往步驟(1)模具中倒入水凝膠前驅液，并對模具整體進行凍融循環處理，脫模形成預制復合水凝膠；
8、(3)將步驟(2)獲得的預制復合水凝膠放入烘箱中退火干燥，得到退火后復合水凝膠；
9、(4)將步驟(3)得到的退火后復合水凝膠浸沒于溶液中，直到完全溶脹平衡；得到低模量的抗疲勞復合水凝膠。
10、步驟(1)中所述模具包括兩塊玻璃板和一層的鏤空硅膠墊，其中鏤空硅膠墊位于兩塊玻璃板中間。
11、步驟(1)中所述可拉伸織物所用的纖維包括金屬、聚氨酯、尼龍、凱夫拉、聚酯、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、聚砜、聚醚、聚酰胺、聚醚酰亞胺中的任意一種或多種；可拉伸織物組織為經編或緯編的緯平針組織、羅紋組織、雙羅紋組織、雙方面組織中的任意一種或多種；步驟(1)中所述可拉伸織物中任意一種纖維直徑為10～100微米；步驟(1)中鋪設在模具中的多層可拉伸織物間鋪設角度θ為1-360°；可拉伸織物能進行最高至200％變形的預拉伸張緊。
12、步驟(2)所述水凝膠前驅液中的前驅體包括聚乙烯醇類、聚乙二醇類、丙烯酰胺類、丙烯酸類、透明質酸類、纖維素類、海藻酸鈉、殼聚糖等化合物中的任意一種或至少兩種的組合；所述水凝膠前驅液的溶劑為水、四氫呋喃、二甲基亞砜、乙醇、丙酮中的任意一種或多種；所述前驅體溶液中前驅體的質量百分含量為1～20％。
13、步驟(2)所述凍融循環所用冷源的溫度為-80～-20℃；冷凍的時間為6～24h。
14、步驟(3)所述退火干燥的控溫溫度為30～110℃，控溫時間為1～1440min。
15、步驟(4)用于溶脹的溶液為去離子水、二甲基亞砜、乙醇、離子液體中的任意一種或至少兩種的組合，溶脹時間為1～2880min，浸于溶液中的溫度為0～80℃。
16、所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的應用，將復合水凝膠切割成人工心臟瓣膜葉片，并縫合在金屬支架上，組裝成人工心臟瓣膜假體，該人工心臟瓣膜假體在脈動流作用下，能夠順暢的開閉合，并經受25000000次循環載荷而不發生破壞。
17、與現有技術相比較，本專利技術具有如下有益效果：
18、(1)本專利技術的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，具有低模量(<1mpa)和高疲勞門檻值(>5000j/m2)，疲勞門檻值高于以往具有相同模量的水凝膠；
19、(2)本專利技術低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法，采用退火干燥工藝對纖維和基體的界面性能進行調控，使制備得到的水凝膠具有強界面和抗溶脹性能，使得軟基體-針織織物能協同變形，本專利技術方法簡單有效，解決了傳統復合水凝膠溶脹下界面失效的難題。
20、(3)將復合水凝膠制備成人工心臟瓣膜假體，可以良好的開閉合，通過高周疲勞壽命超過25000000次，這是現有的水凝膠高周疲勞測試下達不到的。
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1.一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，其特征在于，包括水凝膠基軟基體層和包覆水凝膠基軟基體層的增強針織織物層；所述水凝膠基軟基體層的材料為低模量的水凝膠；所述增強針織織物層的材料為具有彎曲纖維結構的高強纖維編織成的可拉伸織物，能在循環載荷下形成橋聯纖維，抵抗疲勞裂紋擴展。
2.如權利要求1所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，其特征在于，所述水凝膠基軟基體層模量小于1Mpa，拉伸比大于2；所述增強針織織物層的強度大于10MPa，克重大于80g/cm2，未充滿系數大于10；軟基體-針織織物形成強界面，使得軟基體-針織織物協同變形，有效提高水凝膠抗疲勞性能，復合水凝膠的疲勞門檻值大于5000J/m2，同時針織織物初始模量低，使復合水凝膠保持小于1MPa的低模量。
3.權利要求1或2所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(1)中所述模具包括兩塊玻璃板和一層的鏤空硅膠墊，其中鏤空硅膠墊位于兩塊玻璃板中間。
5.如權利要求3所述的一種低
6.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述水凝膠前驅液中的前驅體包括聚乙烯醇類、聚乙二醇類、丙烯酰胺類、丙烯酸類、透明質酸類、纖維素類、海藻酸鈉、殼聚糖等化合物中的任意一種或至少兩種的組合；所述水凝膠前驅液的溶劑為水、四氫呋喃、二甲基亞砜、乙醇、丙酮中的任意一種或多種；所述前驅體溶液中前驅體的質量百分含量為1～20％。
7.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述凍融循環所用冷源的溫度為-80～-20℃；冷凍的時間為6～24h。
8.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠制備方法,其特征在于,步驟(3)所述退火干燥的控溫溫度為30～110℃，控溫時間為1～1440min。
9.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(4)用于溶脹的溶液為去離子水、二甲基亞砜、乙醇、離子液體中的任意一種或至少兩種的組合，溶脹時間為1～2880min，浸于溶液中的溫度為0～80℃。
10.權利要求1或2所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的應用，其特征在于：將復合水凝膠切割成人工心臟瓣膜葉片，并縫合在金屬支架上，組裝成人工心臟瓣膜假體，該人工心臟瓣膜假體在脈動流作用下，能夠順暢的開閉合，并經受25000000次循環載荷而不發生破壞。
...【技術特征摘要】
1.一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，其特征在于，包括水凝膠基軟基體層和包覆水凝膠基軟基體層的增強針織織物層；所述水凝膠基軟基體層的材料為低模量的水凝膠；所述增強針織織物層的材料為具有彎曲纖維結構的高強纖維編織成的可拉伸織物，能在循環載荷下形成橋聯纖維，抵抗疲勞裂紋擴展。
2.如權利要求1所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠，其特征在于，所述水凝膠基軟基體層模量小于1mpa，拉伸比大于2；所述增強針織織物層的強度大于10mpa，克重大于80g/cm2，未充滿系數大于10；軟基體-針織織物形成強界面，使得軟基體-針織織物協同變形，有效提高水凝膠抗疲勞性能，復合水凝膠的疲勞門檻值大于5000j/m2，同時針織織物初始模量低，使復合水凝膠保持小于1mpa的低模量。
3.權利要求1或2所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(1)中所述模具包括兩塊玻璃板和一層的鏤空硅膠墊，其中鏤空硅膠墊位于兩塊玻璃板中間。
5.如權利要求3所述的一種低模量的抗疲勞復合水凝膠的制備方法,其特征在于,步驟(1)中所述可拉伸織物所用的纖維包括金屬、聚氨酯、尼龍、凱夫拉、聚酯、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、聚砜、聚醚、聚酰胺、聚醚酰亞胺中的任意一種或多種；可拉伸織物組織為經編或緯編的緯平針組織、羅紋組織、雙羅紋組織、雙方面組織中的任意一種或多種；步驟(1)中所述可拉伸織物中任意一種纖維直徑為10～...
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