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基于有机硅精密薄膜的EAP层压板

来源:新材料在线|

发表时间:2021-07-20

点击:4306

电活性聚合物EAP是一类能够在电场作用下,改变其形状或大小的聚合物材料,使用这种材料可以将电脉冲转换为机械运动。借助这一原理,可以使用电活性聚合物构建电容式传感器、驱动器或发电机。与传统的压电材料相比,电活性聚合物EAP具有更大的应变能力,且重量轻、驱动效率高、抗震性能好,是最具有发展潜力的仿生材料之一。


从有机硅精密薄膜到EAP层压板


早在2013年,在一项由德国联邦教育和科研部赞助、由四家企业与两所大学联合组成的发电用有机硅电活性聚合物研究项目中,全球第二大有机硅制造商瓦克化学就开发出ELASTOSIL® 超薄有机硅精密薄膜,作为海浪发电机中的介电弹性体。这种薄膜的厚度在20至400微米之间,厚度极其均匀,整个薄膜带横向和纵向的厚度偏差最多不超过5%。其具有优异的回弹性,介电、机械和弹性等特性也不会随着施加电压或温度的变化而变化。项目原型测试结果显示,有机硅薄膜可承受1,000万次压缩循环,没有出现丝毫的疲劳迹象,优于有机聚合物介电薄膜。用其制造的发电机几乎无需维护,营运成本远远低于采用易碎液压活动部件的传统波浪发电厂。


基于有机硅精密薄膜的发电机营运成本远低于传统波浪发电厂


之后,利用这种有机硅精密薄膜和瓦克的导电有机硅弹性体,丹麦的一家初创公司LEAP Technology成功地研发出智能织物用的内置传感器,它可以24小时运行,不仅能够检测呼吸节奏,还可以将人体运动信息传输至电脑屏幕。这种可穿戴技术在运动、游戏、和医疗康复等领域能有效监测穿戴者的动作和身体机能。作为一款超薄的电活性材料,ELASTOSIL® 有机硅精密薄膜具有良好的耐抗性,不受电涌、电击以及机械冲击的干扰,完全符合生产高精度迷你型传感器的要求。而且有机硅薄膜不仅防水,而且还具有气体和水汽渗透性,该渗透率明显高于气体聚合物,能使穿戴更加舒适。


有机硅精密薄膜完全符合高精度迷你型传感器的要求,而且防水透气


近年来,瓦克在有机硅精密薄膜的基础上,进一步开发了以NEXIPAL® 为品牌的EAP有机硅层压板。该产品由多层涂有导电材料的超薄有机硅精密薄膜层压而成,可在施加电压时作为运动驱动器使用,也可用作测量机械形变的传感器。基于NEXIPAL®  EAP层压板,瓦克在2019年德国杜赛尔多夫举办的国际塑料及橡胶展上,展示了一款与德国萨尔大学联合开发的、能够借助振动产生触觉效果的创新型触摸屏。这个展品是一个安装在EAP层压板上的智能手机,结合了传感器和驱动器的功能。当手指划过手机显示器表面并触及某些区域后,EAP元件能让手机以较高的频率轻微振动,让人感觉似乎有波纹面甚至按键,但其实什么也没有。


EAP层压板的优势与应用


这一展品不仅展示了层压板及其内置电活性聚合物的功能,还体现出这种触觉反馈在各种应用中的潜力。例如,司机通过触摸屏幕便能更加轻松地控制中控台,完全不需要用眼睛去看。此外,执行机构元件还能提供更大的设计自由度。也就是说,它们可以实现比电磁阀更薄或更窄的设计。表面 —— 在这个展品中,就是按钮 —— 也有更大的设计自由度。它们可以设计成圆形、尖角形或者其它任何指定形状,实际设计由特定程序所依据的算法确定。


使用有机硅层压板制成的EAP执行机构设计紧凑,因此重量轻节约安装空间。与传统电磁阀技术相比,它们能节约多达30%的空间,重量也要轻40%,具体取决于配置和设计。这种电活性层压有机硅只有在切换电源时才会耗电,其所需总电能不到传统驱动器的10%。这样,产品高效节能,整个使用寿命更长,不仅可显著降低成本,同时还具有可持续性。此外,层压有机硅在使用时不会变热,因此还可以省去繁琐的元件冷却工艺


同时,NEXIPAL®  EAP层压板还具有行程大、静音、成比例模式、弹性柔韧、高驱动速率和传感器/驱动器二合一等特点,因此成为创新型应用的理想材料。例如,触摸屏可使用NEXIPAL® ,借助振动和触觉信号,来模拟不用眼睛看,只需通过触摸进行识辨和操作的实体键盘,以此调整汽车车镜或前照灯方向等。这对电动汽车应用尤具吸引力。


瓦克有机硅精密薄膜和EAP层压板在电动汽车、消费电子、便携医疗技术等领域极具应用潜力


此外,NEXIPAL® 层压材料还能够像人造肌肉那样连贯运动。与电磁阀不同的是,这种人造肌肉可以执行流体流动。凭借这一性能,有机硅层压板不仅在汽车和电子行业备受青睐,而且在便携医疗技术、仿生机器人方面和人机交互设备中的应用前景也非常广泛。甚至在印刷电子领域,有机硅层压板也占有一席之地。


产品前景


瓦克生产的这种高精度薄膜完全采用加成固化的硅橡胶制成。为了防止污染,它们都是在无尘室环境中生产而成。在开发生产工艺的过程中,瓦克也在不断克服各种挑战。例如,EAP层压板的各个膜层之间不能夹带空气。在涂覆工艺中,超薄有机硅薄膜的处理也是一项极其复杂的任务。此外,有机硅薄膜越薄,达到预期移动效果所需要的电压就越低。因此,瓦克还在努力进一步降低有机硅薄膜的厚度。现在,ELASTOSIL® 有机硅精密薄膜的最薄厚度已从最开始的20微米下降到10微米


瓦克正在建造EAP层压板工厂,从2022年起根据客户需求进行定制生产


目前,瓦克正在建造一座EAP层压板生产厂。2022年起,该生产厂将提供两个系列的NEXIPAL®  EAP层压板,其中NEXIPAL®  Act可应用于驱动器技术,NEXIPAL®  Sense应用于传感器技术。层压板的尺寸、形状以及电极设计都非常灵活多变,可以根据客户的特定要求进行定制。与此同时,面向海浪能应用,瓦克还将同时提供ELASTOSIL® 有机硅精密薄膜和NEXIPAL® EAP层压板。


产品技术联系

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欢迎拨打瓦克的热线电话咨询:

021-61302000

转SEC工程有机硅部门

Email: info.china@wacker.com


(图片来源:瓦克化学)


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瓦克化学官方微信

www.wacker.com


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