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智能聚合物应用进入主流市场
  浏览次数:7516  发布时间:2019年07月01日 16:08:30
[导读] 形状记忆聚合物(SMP)和其他智能聚合物固有的特性使其成为许多行业的规则改变者。在汽车领域,在车辆子系统发生损坏时这些先进材料最终可以进行自我修复,或者可以利用这些材料改变汽车的颜色或外观。
形状记忆聚合物(SMP)和其他智能聚合物固有的特性使其成为许多行业的规则改变者。在汽车领域,在车辆子系统发生损坏时这些先进材料最终可以进行自我修复,或者可以利用这些材料改变汽车的颜色或外观。

在医学领域,智能聚合物正在采用化学方法合成,可利用电活性检测生物系统中的特定环境变化,并以可预测的方式进行调整,使其成为药物输送或其他代谢控制机制的有用工具。在智能织物和智能纺织品方面,利用目前处于萌芽阶段的智能聚合物和智能电子产品,可以使纺织产品实现巨大的提升。

让我们先来看看汽车应用中SMP。SMP使车辆实现功能可变。这种新型材料增加了新的高科技特性,同时在更低的成本下提高了车辆性能。

SMP执行器和传感器可以取代小型电动机或液压系统。虽然这种致动器的机械性能在隔离条件下通常不显眼,但是使用简单装置响应特定条件或信号产生特定机械动作的能力可以显着改善装置的整体性能。

形状记忆的材料代替电动机可以:
·减少车辆质量和部件尺寸/复杂性。
·提高可靠性/改善车辆性能。
·提高燃油经济性。
SMP还提高了设计灵活性。设计人员可以使用这些材料来简化产品,添加功能,提高性能或增加可靠性,而机械复杂性相对较小。新材料具有“编程”功能,以促进创新设计,提高效率,并提供新的先进的功能。

在电动机方面,SMP在使用中添加可移动元件是不切实际的。它们还具有新功能和便利/舒适的特性。SMP及其合金是通用汽车公司(GMC)开发的智能材料之一。

为了彻底改变他们的汽车设计,GMC将新的形状记忆聚合物和合金称为汽车先进材料中有前途的“游戏改变者”。这些新材料有可能改变GMC汽车和卡车的外观和感觉,甚至最终使汽车子系统在损坏时可以自我修复,或者可以用来改变颜色。

GMC对智能材料的使用建立在其先前的材料进步基础上,包括以更低成本提供优异机械性能的聚合物纳米复合材料。该公司目前正在测试和验证原型车上的智能材料。GMC拥有大约250项美国专利和正在申请专利的汽车“智能”材料。

GMC瞄准2017年车型年,在其车辆中引入智能材料应用。该公司正与HRL Laboratories LLC合作,这是一家由GMC /波音公司拥有的企业研发实验室;密歇根大学;以及俄亥俄州立大学的智能车辆概念中心,为新的智能材料开发潜在的车辆应用。

一种可能的应用是在空气坝和百叶窗中调节以控制气流,改善空气动力学和性能。雪佛兰Volt上的空气百叶窗概念控制进入发动机舱的气流就是一个很好的例子。使用形状记忆材料,空气百叶窗调节控制气流,在冷启动期间保持关闭以加速预热,并且在发动机加热时打开更宽的空气以释放空气。


智能车辆概念中心-俄亥俄州立大学雪佛兰Volt SMP空气百叶窗概念部分

使用引擎盖下温度操作百叶窗的热激活智能材料是通风口打开的基础。当发动机罩下的温度达到预定温度时,形状记忆材料遇热收缩,导致百叶窗叶片旋转到打开位置。

正在测试的形状记忆材料“第一代”应用包括:
·自动调节通风口,以便在发动机加热时释放更多空气。
·空气动力学前空气坝在不需要时缩回。
·按需后扰流板。
·内部抓握手柄可自动展开以方便车辆进入。
·更容易接近的发动机罩,门闩,手套箱释放。
·智能紧急制动释放。
·雨水自动刮水器。
·SMP和合金加强板。
·自愈面板/保险杠。
接下来,转向医疗智能材料,研发中出现了新兴的聚吡咯(PPy)生物医学微型执行器。Creganna-Tactx Medical正在开发基于专有PPy电活性聚合物(EAP)技术的生物医学和生命科学产品,以构建电活性机械微模设备。

目前的重点是微机器人,药物输送和心血管领域的医疗设备应用,例如使用电活性血管连接器手术重新连接血管这种新方法。

特殊连接器可以显著简化手部,心脏,脑部和移植手术期间分开的小血管两端的重新连接。该连接器专为1-3mm(毫米)血管而开发,是一种可植入管,具有可收缩和可扩展的特性,可通过施加小电压(约1伏)实现。

将多层管收缩(在不到一分钟内)并插入容器端部以进行连接。当连接器已正确放置时,通过将施加的电位归一化以与容器壁形成紧密连接而使连接器膨胀。相当于薄箔的连接管的多层可以滚动和展开以引起管的膨胀和收缩。


 EAP可转向导丝

正在开发的电可微型可植入导管利用EAP进行转向。在容器系统中展示的原型可以主动转为用EAP涂层改性的普通导丝。对导丝施加小电位允许控制尖端的位置,从一个极端位置移动到另一个极端位置的时间是几秒钟。

最后,在智能冲击吸收运动服中,D3O Labs一直与Spyder,Quicksilver head gear,日本摩托车赛车品牌HYOD,Armadillo Scooter Wear等领先的运动服装设计师品牌合作,共同打造智能服装。这些产品将采用D3O智能材料,在磨损过程中提供正常的灵活性,同时在直接接触区域根据需要吸收冲击力。

该材料可在40摄氏度下清洗,在不降低性能或对穿着者舒适性产生负面影响的情况下可承受-20℃的低温。它可以使用薄膜粘合剂热粘合到织物上,或者在部件模塑过程中粘合到织物上。

在最近的冬季奥运会期间,Spyder在美国和加拿大高山滑雪队穿着的基层上衣和障碍滑雪服中,率先使用了这种材料。Capulet芭蕾舞鞋制造商使用D3O智能材料显着提升了芭蕾舞女演员的舒适度,该材料基本上遍布整个鞋子,不同部分的厚度在1到4毫米之间变化。

Quicksilver将D3O智能材料纳入其休闲滑雪市场并获得了前所未有的成功。SIXSIXONE与D3O合作,采用智能泡沫技术,为解决21世纪山地自行车护膝的山地自行车骑行的艰难需求创造了一种新方法。

在行业中,Equetech在马术服装中使用D3O智能材料生产“智能竞赛”衬衫和马裤。新款比赛衬衫包含7毫米D3O组件,在骑手夹克下方隐藏,并放置在肩部,以保护骑手的肩膀免受地面和其他物体的撞击。同样,“智能马裤”在下背部和尾骨区域包含D3O组件,以减少这些区域受伤的可能性。

通过与D3O实验室合作,Cat Footwear推出首款采用D3O技术的灵活外部跖骨防护工作靴。ERGO FlexGuard具有解剖学模制的D3O跖骨护罩,可在佩戴者四处移动时弯曲和弯曲。当脚受到摔伤危险时,跖骨护罩可保护脚背和跖骨区域。受到冲击时,D3O采用皮革包裹,可吸收冲击并抵抗冲击,保护穿着者免受伤害。

除消费品外,D3O实验室还被授予英国国防部长资助合同,以开发其减震材料在军用头盔衬垫中的应用。(文章来源于网络)


D3O冲击吸收智能材料应用(左起)- 芭蕾舞鞋,头饰,护膝,滑雪垫,运动服