Электроформуемый материал

Электроформуемые материалы — композиционные материалы из класса термопластов . Электроформуемые материалы — это твердые при комнатной температуре пластмассы, которые могут принимать форму различных предметов или пластиковых элементов. Они могут заменить более распространенные термопластичные полимеры, такие как ПВХ , ПЭ , ПК , ЭВА .

Особенность электроформируемых материалов заключается в их способности становиться текучими и податливыми при приложении электрического напряжения к двум концам материала, а затем снова становиться жесткими после снятия напряжения. Этот процесс может быть обратимым. Такое поведение делает термоформование быстрым, обратимым и простым в использовании для многих применений. Одним из основных преимуществ является повышение комфорта повседневных продуктов при контакте с телом человека.

Электроформуемые материалы особенно полезны в так называемых термоформируемых изделиях, особенно в области спортивного инвентаря (например, лыжных ботинок , подошв, средств защиты тела) и в медицинском секторе (например, шин ).

Электроформируемые материалы не следует путать с электроактивными полимерами , поскольку они основаны на разных физических принципах.

Физический принцип

Электроформуемые материалы основаны на относительно простом физическом принципе: по сути, это электропроводящий термопластический материал, в котором расположены два электрода для подачи электрического напряжения.

При подаче электрического напряжения полимер действует как нагревательный резистор из-за своего удельного сопротивления . Он будет равномерно нагреваться за счет эффекта Джоуля , пока не достигнет температуры плавления, после которой он станет достаточно вязким, чтобы его можно было податить руке.

В идеале выбранный термопластичный полимер имеет относительно низкую температуру плавления (например, 60 °C), чтобы пользователь мог обращаться с ним без опасности возгорания и уменьшить количество энергии, необходимое для перехода.

любое напряжение Можно использовать , как постоянного, так и переменного тока . Однако электрическая мощность , необходимая для перехода жестко-податливый, пропорциональна массе электроформуемых материалов, которые необходимо деформировать. В зависимости от массы элемента для достижения температуры плавления потребуется минимальная электрическая мощность. Ток определяется устойчивостью электроформуемого элемента к плавлению. Таким образом, геометрией элемента и удельным сопротивлением материала.

История

Электропроводящие полимеры или композиты существуют с 1970-х годов.

Однако концепция электроформируемых материалов появилась совсем недавно; он был впервые разработан во Франции в 2015 году Пьером-Луи Бойером и Алексисом Робером.

Использование

Отсутствие адаптации продукции массового производства.

Некоторым жестким объектам, контактирующим с телом человека, необходимо адаптироваться к морфологии пользователя, чтобы распределить давление по всему интерфейсу человек-объект. Чтобы повысить комфорт пользователя и избежать точек давления, которые могут вызвать пролежни .

Эта необходимость адаптировать жесткие формы проистекает из крайней изменчивости анатомии между людьми; большинство процессов массового производства не приспособлены к такой изменчивости. Действительно, эти методы обычно оптимизированы для изготовления единой формы, часто из формы или штампа (например: литье пластмассы , тиснение металлической фольгой ). Чтобы решить эту проблему морфологического разнообразия, производителям часто приходится увеличивать количество промышленных инструментов, чтобы придать своей продукции несколько размеров или форм. Самый яркий пример – обувь, у которой может быть до пятнадцати-двадцати разных размеров. С этим очень сложно справиться, потому что:

• Стоимость: промышленные инструменты, такие как литьевые формы, очень дороги. Требуемые инвестиции пропорциональны количеству ссылок.
• Логистика: С увеличением количества наименований управление запасами также усложняется. Более того, производители очень ограничены в количестве вариаций продукции, ведь каждая умножает количество наименований. Например, если производитель обуви, предлагающий модель пятнадцати размеров, желает выпускать продукт в трех разных цветах, ему придется управлять 3 × 15, или 45 наименованиями. Если компания захочет выпустить две модели: одну для большой стопы и одну для тонкой стопы, количество наименований снова удвоится до 90.

Ограниченные количеством вариаций, дизайнеры вряд ли могут ответить всем анатомическим особенностям особей. Самый распространенный стратегический вариант — адаптировать продукты к физическим характеристикам среднестатистического человека, что, как ожидается, будет соответствовать большинству клиентов, но оставляет значительную часть пользователей неудовлетворенными.

Термоформуемые изделия

Так называемые термоформуемые продукты (в которых используются термопластические элементы, часто с низкой температурой плавления, такие как PCL ) представляют собой решение, позволяющее продуктам адаптироваться к анатомии пользователя.

Термоформуемые продукты позволяют адаптировать изначально стандартную форму к анатомии пользователя, позволяя более точно адаптироваться к каждому пользователю, чем это возможно за счет вариаций продукта. Во многих современных приложениях используется принцип термоформования, например: лыжные ботинки, подошвы для обуви, медицинские шины.

Одним из ограничений этих продуктов с использованием обычных термопластов является оборудование, необходимое для их реализации. Действительно, тепловая энергия, необходимая для поднятия материала до точки плавления, обычно обеспечивается использованием печи или водяной бани.

Электроформуемые материалы также позволяют формировать изделие с учетом анатомии пользователя.

Преимущества

• Облегчает работу конечного пользователя, которому достаточно просто подключить изделие к калиброванному источнику питания.
• Скорость процесса формования, поскольку материал нагревается самостоятельно и однородно за счет эффекта Джоуля. Таким образом, он может расплавиться за считанные секунды, а весь процесс формования занимает менее минуты.

Недостатки

• Потребность в источнике питания.
• Использование источника питания требует соблюдения норм безопасности, особенно если используемое напряжение превышает 50 В.

Ссылки

Источники

• Полимеры, меняющие форму .
• LOMA Innovation и ее технология формования пластмасс .
• Полимер, образующийся при нагревании .
• Патент, описывающий принцип электроформования полимеров .

Внешние ссылки

• Демонстрационное видео на YouTube