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国外橡胶新产品集锦——材料篇

发布日期:2022-02-08

1.弹性体微型机器人

麻省理工学院的研究人员称,随着微型无人机的发展,其机翼由人造肌肉以基于弹性体的致动器形式提供动力,可能将取得重大进展。未来,成群昆虫大小的机器人将用来为庄稼地授粉或寻找埋在倒塌建筑物中的幸存者。

麻省理工学院的一位女发言人表示,研究小组使用的弹性体是Elastosil P7670——一种由瓦克化学生产的室温固化软弹性体。

这项创新的关键在于一种新型制造技术,该技术可以制造出具有极大延长部件寿命的执行器,并与现有型号相比,提高了机器人的性能和有效载荷。

通过制造缺陷较少的人造肌肉,微型无人机可以在比当前版本低75%的电压下工作,同时携带80%以上的有效载荷。这种重量不到一克的机器人在悬停飞行中飞行时间最长,误差最小。

这种矩形微型机器人有四组翅膀,每一组翅膀都由类似肌肉的致动器驱动,由夹在两个极薄电极之间的弹性体层制成,并卷成一个圆柱体。

当施加电压时,电极挤压弹性体以产生足够的机械应变来拍打机翼。致动器的表面积越大,所需电压越低。因此,人造肌肉是由尽可能多的超薄弹性体层和电极层交替形成的:最终形成一个20层的致动器,每层厚度为10微米。

为了达到这一目的,研究小组必须克服旋涂过程中的问题,在旋涂过程中,弹性体被倒在一个平坦的表面上,并快速旋转,将薄膜向外拉,使其变薄。

在这个过程中,空气回到弹性体中,产生许多微小的气泡。这些气泡的直径只有1微米,所以之前只是忽略了它们。当皮肤越来越薄时,气泡的作用就会越来越强。

麻省理工学院的研究小组发现,当弹性体仍然潮湿时,旋压涂层后立即进行真空处理,在弹性体干燥之前去除气泡。去除这些缺陷可以使致动器的功率输出增加300%以上,并显著提高其使用寿命。

研究人员还优化了由碳纳米管(CNT)组成的薄电极。当较高浓度的碳纳米管增加致动器的功率输出并降低电压时,致密层也包含更多缺陷。

由此产生的20层致动器需要不到500伏的电压来运行,并施加足够的功率,使机器人的提升重量比达到3.7:1。这意味着它可以携带重量近3倍的物品。

20秒的悬停试飞中,悬停机器人更稳定地保持其位置,20层执行器在驱动200多万个循环后仍然平稳工作。这大大超过了其他执行器的寿命。

该团队下一步的目标是在洁净室中制造执行器,并利用纳米制造技术,以克服目前对它们可以制造多薄层以及旋涂速度的限制。并且,在生产了10微米的执行器层之后,研究人员希望将厚度减少到只有1微米,这将为这些昆虫大小的机器人的许多应用打开大门。

2. 旭化成为生物质丁腈橡胶做出贡献

旭化成欧洲公司通过ISCC PLUS认证,实现了生物质工艺生产丙烯腈的重要里程碑。旭化成子公司东西石化有限公司获得了认证。使用生物质丙烯生产丙烯腈将于2月开始。

该认证由国际可持续性和碳认证体系颁发,涵盖欧盟以外生产、全球供应的生物基碳材料,并管理和确保供应链中的可持续原材料。

丙烯腈是许多合成橡胶的重要组成部分,通常通过传统方法生产,将化学物质推过反应器,然后经过硫酸浴。旭化成使用一种从生物质丙烯中生产丙烯腈的工艺,丙烯是“有机化学中最重要的化学中间体之一”。

当碳氢化合物被加热时,或者当生物质发酵农业、私人家庭、工业或林业废物产生生物乙醇时,可以产生丙烯。

旭化成说,油菜籽、玉米、小麦、甜菜或向日葵等粮食作物也被用作原料。

3. 橡胶材料的电池可增加电动汽车的行驶里程

电动汽车的发展需要具有成本效益、安全和耐持久的电池,并且在使用过程中不会爆炸或危害环境。美国佐治亚理工学院的研究人员找到了一种有前途的替代传统锂离子电池的方法,该电池由一种常见的材料制成:橡胶。

弹性体或合成橡胶因其卓越的机械性能而广泛用于消费品和可穿戴电子产品和软机器人等先进技术。研究人员发现,当这种材料配制成 3D 结构时,可以作为高速锂离子传输的工具,具有出色的机械韧性,从而使电池充电时间更长,让电动汽车走得更远。这项与韩国科学技术高等研究院合作进行的研究于112日发表在《自然》杂志上。

在传统的锂离子电池中,离子由液体电解质移动。然而,电池本质上是不稳定的:即使是最轻微的损坏也可能泄漏到电解液中,导致爆炸或火灾。安全问题迫使业界关注固态电池,它可以使用无机陶瓷材料或有机聚合物制成。

乔治·伍德拉夫机械工程学院副教授 Seung Woo Lee 说:“大多数行业都专注于制造无机固态电解质。但它们很难制造,且价格昂贵不环保。”研究小组的成员,发现了一种优于其他材料的橡胶基有机聚合物。固体聚合物电解质由于其低成本、无毒和柔软的性质而继续引起人们的极大兴趣。然而,传统的聚合物电解质不具备足够的离子电导率和机械稳定性来实现固态电池的可靠运行。

佐治亚理工学院的研究人员使用橡胶电解质解决了锂离子传输速度慢和机械性能差的弱点。关键突破是允许材料在坚固的橡胶基质内形成三维(3D) 互连的塑料晶相。这种独特的结构带来了高离子电导率、优异的机械性能和电化学稳定性。

这种橡胶电解质可以在低温条件下使用简单的聚合工艺制成,在电极表面产生坚固而光滑的界面。橡胶电解质的这些独特的特性可防止锂枝晶生长,并允许更快的离子移动,即使在室温下也能实现固态电池的可靠运行。

橡胶因其高机械性能而被广泛使用,能够制造出更便宜、更可靠和更安全的电池。

机械工程研究员Seung Woo Lee表示,“更高的离子电导率意味着你可以同时移动更多的离子。通过增加这些电池的能量比和能量密度,你可以增加电动汽车的行驶里程。”

研究人员现在正在寻找通过增加循环时间和通过更好的离子电导率减少充电时间来提高电池性能的方法。到目前为止,他们的努力已经使电池的性能/循环时间提高了两倍,制造出比传统锂离子电池更安全、能量密度更高的下一代固态电池。

4.信越化学的可穿戴材料

信越化学有限公司开发了“电生理”干电极和高弹性线材,可用来设计“下一代”可穿戴材料。

新电极采用信越的硅胶材料,能够远程测量和传输人体生物电信号,包括心率和心电图(ECG)波形等生命体征。

信越表示,硅胶材料对皮肤友好,尤其适于每天24小时佩戴的健康贴片。

该公司表示,这种材料薄如人的头发,非常轻和柔软,在皮肤上感觉不到。除了优越的生物相容性外,该材料还具有拒水性能,这样在水中也能够佩戴。这是现有凝胶型电极无法实现的功能。

此外,信越表示已经为可穿戴的线材开发了高度可拉伸的材料,在反复拉伸后仍能保持导电性。

荷兰Holst中心利用信越技术开发的健康贴片,即使在连续佩戴一周后也能提供生物信号数据。

5.科思创推出循环利用的智能手机壳

科思创正在与荷兰Fairphone 公司合作,为其智能手机提供可循环材料解决方案。Fairphone 3 及其后继产品 Fairphone 4 的保护套使用了完全和部分回收的热塑性聚氨酯 (TPU),而新款设备还额外使用了部分回收的聚碳酸酯。

科思创的消费后回收 (PCR) 聚碳酸酯产品组合用于 Fairphone 4 的后盖、中框和无线充电器。该产品组合的 PCR 含量为 30%-50%,其物理特性可与原始材料相媲美,并提供良好的冲击强度、平衡的流动行为以及高刚度和阻燃性,以确保较长的使用寿命,另外与原始材料相比,二氧化碳排放量减少 30%

科思创还开发了一系列新的品牌可回收和部分回收的TPU,现在用于 Fairphone 4 的保护套,并通过了 RCS(回收声明标准)认证,这是一项在供应链中回收原材料的可追溯性国际标准。

这包括产品  3095AU RC100,该产品是在识别出多种后工业回收塑料流后开发的。完全回收的材料具有 TPU 的典型优势,例如高耐化学性和耐磨性,但更易于加工,因为它在较低温度下熔化并且比原始材料流动性更好。该产品已在 Fairphone 3 的保护套中得到证明,现在也用于 Fairphone 4。它有三种颜色可供选择:灰色、绿色和粉红色。

6.路博润推出用于电线电缆的新型TPU等级

118日美国路博润工程聚合物公司(Lubrizol)发布公告,推出了一种用于电线和电缆的新型热塑性聚氨酯。

根据路博润的公告,新型 Estane ZHF 90AM9 NAT 01 TPU 具有阻燃特性,但不含卤素原子。

该公司声称它提供了优于现有材料的性能,并指出这种单一材料结合了所有必需的特性,以确保耐用的高性能电线和电缆。

该紫外线稳定产品具有 UL 90 V-0  UL 105°C 温度等级,并通过了 UL 1581  1061 节对小直径电缆的电缆火焰测试,经过验证的实例直径小至 8 毫米。

7.西部制药与康宁合作开发注射药物系统组合

1  25 日美国西部制药公司与康宁公司达成的里程碑式供应协议,将进一步开发其注射药物系统组合。该合作伙伴关系包括投资数百万美元,以扩大康宁的 Valor Glass 品牌,用于药品包装和输送系统,扩大患者获得救生治疗的机会。

先进的系统将西部制药的 NovaPure 组件与其 Daikyo Flurotec 涂层配对,然后与康宁的 Valor Glass  Velocity Vials 配对。

NovaPure组件(由溴化丁基橡胶制成的特定系列塞子和柱塞)与康宁Valor 玻璃系统搭配使用时,新技术就会发挥作用,从而提高注射输送系统的化学耐久性、强度和抗损坏性,这对全世界的客户和患者来说是双赢的。

8.赢创工业公司推出新的增塑剂

根据 1  25 日的新闻稿,赢创工业公司推出了一种新的增塑剂,据称该增塑剂具有“广受欢迎的特性”。

Elatur 品牌的 DINCD 是一种环己酸酯,是赢创 Elatur 系列的最新一代产品。公司称,这种新产品具有低温柔韧性和高抗紫外线性等特性,有助于提高由它制成的产品的耐候性和耐用性。

此外,由于其低粘度,赢创表示 Elatur DINCD 易于加工,适用于要求苛刻的外部和内部应用,如纺织织物、屋顶膜、地板覆盖物、粘合剂和密封剂以及油漆和涂料。

赢创表示,这是该公司根据特定客户需求扩大增塑剂产品组合的长期战略的一部分。

增塑剂应用技术负责人 Michael Grass 表示,“开发新型异壬醇基增塑剂使赢创能够基于我们的技术开发一种产品,良好的加工性能和高耐用性相结合。”

据赢创称,新产品将在集团最大的马尔工厂生产,并将根据市场需求扩大生产。

9.Roxtec利用纳米材料开发抗静电橡胶

1  26 日瑞典密封系统供应商 Roxtec 发表声明,已利用纳米材料开发出有助于控制电荷的抗静电橡胶。Roxtec 表示已将纳米管和石墨烯等纳米材料与橡胶“最佳混合”,以制造防静电橡胶。

Roxtec产品开发首席创新工程师Daniel Strang表示,公司拥有一项新专利,保护由耗散橡胶或塑料材料制成的基于模块化的电缆和管道穿隔系统。耗散材料仅在一定程度上具有导电性,通常用于控制电荷。

材料专家Panch Svensson指出,该公司实验室不仅有能力混合橡胶中的不同成分,还能完美地分配和雾化所添加的颗粒。已经能够制造出抗静电橡胶,同时还提高了耐火能力。

该研究小组表示,除了已经获得专利之外,原型和测试结果也都很成功,预计很快就会有最终的橡胶混炼胶问世。

 Roxtec称,新混炼胶将主要用于不同行业和具有挑战性项目的安全产品。

10.特瑞堡密封系统多组分技术解决热塑性到热固性弹性体粘合

为满足市场对热塑性到热固性弹性体粘合多组分解决方案的需求,特瑞堡密封解决方案投资了一个多组分开发中心,以解决将这些类型的材料相互粘合的问题。现在,特瑞堡能够提供经过全面测试和验证的选项,使客户能够在更多应用中获得多组分技术的诸多好处。

到目前为止,以必要的强度将热塑性塑料粘合到热固性弹性体或橡胶上是不可能的。然而,生产多组分部件的既定方法已经存在,用于将塑料粘合到热塑性弹性体和塑料粘合到液态硅橡胶 (LSR)。这些底座始终是工程塑料,可承受二次成型所需的热量。

此外,为了将塑料与热塑性弹性体和塑料与 LSR 粘合,材料供应商提供专门用于粘合的化合物,并可以提供有关材料粘合性能的信息。然而,对于热固性弹性体,没有可用的信息。

多组分开发中心的任务是研究热塑性塑料与热固性弹性体材料的粘合以及建立牢固粘合的最佳方法,同时考虑表面特性和材料加工。该中心定义了热塑性和热固性弹性体材料之间的一步工艺粘合,无需预处理、粘合剂、表面处理或任何其他额外步骤。这创造了一个非常可靠的过程,可以包括高度自动化和集成的视觉或功能质量检查。

该中心已经验证了近 50 种不同的材料组合,并继续测试以建立一个广泛的可能组合数据库,并专门针对客户要求进行测试。

特瑞堡密封系统产品线总监 Tom Zozokos 表示:“多组分技术允许生产任何其他方法无法生产的组件,从而突破了制造创新的极限。它为许多领域的设备制造商带来了实实在在的好处,帮助他们实现设计目标,例如使产品更小、更紧凑、重量更轻、增强稳健性和提高内在质量,同时降低总拥有成本。”

“为了充分利用多组分技术提供的所有优势,最好在产品开发的概念阶段就让我们参与进来。这使我们能够了解应用、整体组装、组件适合的位置以及可能面临的生产挑战。我们还研究了密封应用的所有典型参数,例如工艺介质、温度范围、公差和关键密封表面。考虑到各个方面,创造出更好的产品,不仅从用户的角度来看,而且从制造设计的角度来看;在早期阶段优化产品以进行大批量批量生产。“

热塑性塑料与热固性弹性体的粘合增加了特瑞堡已建立的塑料与热塑性弹性体以及塑料与 LSR 材料组合的范围。

多组件技术涉及将两种或多种材料粘合以创建一个通常复杂的组件,否则将需要组装许多零件。除了密封,创新设计还可以构建相邻的功能,例如结构、外壳和支撑。

将组件转换为单个组件可带来显着的技术和商业利益。它降低了与组装相关的风险,并克服了与公差叠加、盲组装或二次操作相关的任何问题。当更换组件中的金属零件时,组件变得耐腐蚀。

从制造的角度来看,需要管理的供应商更少,库存的物品也更少,只使用一个货号而不是多个货号。由于整个组件只有一个接触点,因此装配有时不会出现三方问题。