通电塑料

2015年6月26日文章 

塑料节能驱动

聚氨酯是塑料的一种,例如2014年巴西世界杯的足球便是由这种材质制成的。在费斯托的研究项目中,聚氨酯与石墨的组合作为全新驱动元件(致动器)得以应 用。致动器可将电信号转换为机械运动,例如用于打开和关闭阀门。传统阀门采用电磁体致动器。DIELASTAR(以介电弹性体作为控制致动器)研究项目对 由若干聚氨酯和石墨层构成的所谓介电弹性体致动器(DEA)进行研究。

300个超薄层片

费斯托在研究项目中使用DEA作为阀门中的控制元素,以对气动设备中的气流量进行调节。“一个此类DEA由300个相互叠加的超薄聚氨酯层片构成。”费斯 托研究项目负责人Metin Giousouf博士解释道,“聚氨酯是一种弹性体,我们将其作为特殊改良塑料薄膜予以使用。

”一个层片的厚度约为0.05毫米,约为人头发直径的一半。相互叠加的层片最终形成一个方糖块大小的正方体。在聚氨酯层片之间喷洒有超薄石墨电极。“电极 交替布置,当通电之后,弹性体中将产生电场。”同样参与研究项目的Tobias Pointner解释道。借助聚氨酯层片的柔韧性,具有不同电量的电极彼此相互移动。整个致动器由此缩短,阀门打开。

与电磁操控阀门相比,这一装置不产生热量,因为电流仅仅在短时间内流动,并为电极充电。因此,一个DEA控制阀门不需要耗费电量以保持其位置(保持电 流),这意味着,DEA阀门极为节能。然而,激活DEA装置目前仍需要约2,000伏的较高电压。这一电压约为工业标准部件必要工作电压的80倍。因此, 研究工作的首要关注对象便是降低电压。

介电弹性体致动器的优点

通过调节在DEA装置中施加的电压,可以改变气动阀门中的空气流量。由此还可以将阀门调节至“打开”和“关闭”之间的任意位置(比例操作)。具有电磁致动 器的传统阀门仅可在完全打开与关闭之间转换。DEA控制阀门的另一项优点在于聚氨酯和石墨较低的材料成本。研究项目的一项展品显示了这项积极特点:这一展 品展示了DEA的比例驱动,以及与传统的电磁驱动阀门相比之下的能效优势。

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