Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

Wacker: Elektroaktive Silikonlaminate

Auf der K 2019 präsentiert Wacker mit Nexipal erstmals ein neuartiges Silikonlaminat mit elektroaktiven Eigenschaften. Es besteht aus mehreren ultradünnen Präzisionsfolien aus Silikon, die vor dem Laminieren mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet werden. Auf diese Weise entsteht ein Aktuator, der Bewegungen ausführen kann, wenn elektrische Spannung anliegt. Nexipal kann außerdem mechanische Verformungen messen und folglich als Sensor eingesetzt werden. Die Silikonlaminate sind verschleißfrei sowie platz- und energiesparend. Mit Nexipal ausgestattete berührungsempfindliche Bildschirme können beispielsweise durch Vibrationen und haptische Signale Tasten simulieren, die nur mit dem Tastsinn erkannt und ohne Blickkontakt bedient werden können. Besonders interessant ist das unter anderem für Anwendungen in Fahrzeugen.

Wacker präsentiert erstmals das Silikonlaminat Nexipal. Das Produkt, das aus ultradünnen, mit Elektroden beschichteten Präzisionsfilmen besteht, kann als Aktuator Bewegungen ausführen oder als Sensor mechanische Verformungen messen. (Foto: Wacker)

Wacker präsentiert erstmals das Silikonlaminat Nexipal. Das Produkt, das aus ultradünnen, mit Elektroden beschichteten Präzisionsfilmen besteht, kann als Aktuator Bewegungen ausführen oder als Sensor mechanische Verformungen messen. (Foto: Wacker)

Grundlage der neuen Laminattechnologie ist Elastosil Film. Die ultradünne Silikonfolie, die Wacker als Rollenware in Stärken zwischen 20 und 400 µm produziert, ist eine wichtige Materialkomponente. Sie ermöglicht aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaften erst die gewünschten elektroaktiven Effekte des Laminats. Damit die Silikonfolie Bewegungen ausführen bzw. messen kann, wird sie mit einem elektrischen Leiter beschichtet und anschließend lagenweise zu einem Laminatstapel zusammengefügt.

Solche vorkonfektionierten Laminate plant der Münchner Chemiekonzern Wacker unter dem Markennamen Nexipal in Zukunft selbst zu produzieren. Auf der K 2019 wird das Unternehmen erste Mehrschichtfolien und Anwendungen zeigen, so auch einen innovativen Touchscreen, der in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Intelligente Materialsysteme der Universität des Saarlandes entwickelt wurde und durch Vibrationen haptische Effekte erzeugen kann. Mit diesem und anderen Anwendungsbeispielen erhalten Besucher auf der Messe Einblicke in die Möglichkeiten solcher elektroaktiven Polymere.

Nexipal-Laminate bestehen aus mehreren ultradünnen, mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten Präzisionsfolien. Jede Folienlage ist somit zwischen zwei flexiblen Elektroden eingebettet. Liegt eine elektrische Spannung an, ziehen sich die positiven und negativen Ladungsträger der Elektroden an. Der dazwischenliegende Silikonfilm verändert dadurch seine Form: er wird dünner, zugleich aber auch länger und breiter, wobei sich die Oberfläche proportional zur Kompression ausdehnt. Im entladenen Zustand sorgt die Rückstellkraft der hochelastischen Folie dafür, dass das Laminat wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen.

Elektroaktive Silikonlaminate besitzen gegenüber der bestehenden Magnetspulentechnologie unter anderem den Vorteil, nur während des Schaltvorgangs elektrische Energie zu verbrauchen. Dadurch arbeiten sie im Betrieb über die gesamte Lebensdauer nachhaltiger und verursachen wesentlich weniger Kosten. Außerdem produzieren Silikonlaminate keine Wärme. Eine Kühlung des Bauteils, die häufig mit einem hohen Aufwand verbunden ist, wird dadurch überflüssig.

Jede mechanische Einwirkung verändert außerdem die elektrische Kapazität des Laminats. Elektroaktive Polymer-Lyminate können deshalb auch als Sensoren verwendet werden. Diese Doppelfunktion macht Nexipal für innovative Anwendungen in der Medizintechnik, Sensorik, Robotik und im Auto interessant, wo sie beispielsweise Scheinwerfer oder Spiegel ausrichten können. Nexipal-Laminate sind auch in der Lage, wie ein künstlicher Muskel fließende Bewegungen auszuführen.

Nexipal besteht aus Silikonfolien, die mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet und in mehreren Lagen laminiert werden. Wacker wird solche elektroaktiven Laminate künftig im industriellen Maßstab herstellen. (Foto: Wacker)

Nexipal besteht aus Silikonfolien, die mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet und in mehreren Lagen laminiert werden. Wacker wird solche elektroaktiven Laminate künftig im industriellen Maßstab herstellen. (Foto: Wacker)

Derzeit errichtet Wacker eine eigene Anlage zur Entwicklung und Fertigung von Laminaten. Sie wird voraussichtlich im zweiten Halbjahr 2020 erste gebrauchsfertige, vorkonfektionierte Komponenten liefern. Unterschiedliche Laminatformen und -designs sind auf Kundenwunsch möglich.

„Wir haben uns intensiv mit den Bedürfnissen der Branche und den technischen Anforderungen für eine eigene Fertigung beschäftigt. Dabei haben wir festgestellt, dass es derzeit keinen Hersteller gibt, der hochwertige elektroaktive Laminate im industriellen Maßstab produzieren kann“, sagt Christian Gimber, Leiter der Business Unit Engineering Silicones im Geschäftsbereich Wacker Silicones. „Mit dem Aufbau einer eigenen Produktion schließen wir eine Lücke in der Wertschöpfungskette dieser innovativen Technologie. Als führender Silikonhersteller sind wir künftig in der Lage, den wachsenden Bedarf nach elektroaktiven Lösungen mit eigenen, qualitativ hochwertigen Silikonlaminaten zu begleiten.“

www.wacker.com

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