W ramach finansowanego przez UE projektu INCOM opracowano opłacalne pod względem ekonomicznym i wykonalne pod względem technologicznym rozwiązania oraz metody produkcji lekkich struktur na bazie zaawansowanych, zrównoważonych materiałów, przeznaczonych dla branż opakowaniowej, motoryzacyjnej, lotniczej oraz sprzętu sportowego.Koszt całkowity, zakończonego w 2017 r., projektu "Manufacturing processes for products made of composites or engineered metallic materials" wyniósł prawie 5 milionów EURO, a dofinansowanie z UE wyniosło 3,6 mln EURO. Koordynatorem projektu był VTT Technical Research Centre of Finland.
- Zasadniczo udało nam się zaprojektować i wyprodukować lekkie, zrównoważone i trwałe kompozytowe struktury warstwowe przeznaczone do różnych zastosowań - powiedziała mówi Lisa Wikström, koordynator projektu INCOM.
- Kluczem do naszego sukcesu było użycie nowych metod wytwarzania nanowłókien celulozowych (CNF, Cellulosic NanoFibre) - nanomateriału uzyskiwanego z celulozy, jaką można znaleźć w biomasie i bioodpadach - wzmacniających kompozytowe struktury warstwowe.
Lekkie struktury z rdzeniem warstwowym umożliwiają zmniejszenie masy konstrukcji kompozytowych i/lub zastąpienie surowców ropopochodnych używanych w kompozytach. Przykładowo kompozyty warstwowe mogą zastąpić monolityczne struktury używane w wielu zastosowaniach, co pozwoli ograniczyć zużycie materiałów, a tym samym zredukować masę konstrukcji i zmniejszyć ilość odpadów pozostających po zakończeniu cyklu życia produktu. Struktury warstwowe z tanim rdzeniem i powłoką zewnętrzną o zwiększonej wytrzymałości pozwolą wytwarzać lekkie i niedrogie kompozyty. Ponadto mniejsze zużycie surowców przy produkcji struktur warstwowych, w porównaniu ze strukturami monolitycznymi, zmniejsza ich wpływ na środowisko naturalne. A w przypadku sektorów transportowego i lotniczego lżejsze materiały konstrukcyjne to większa oszczędność paliwa i mniejsza emisja CO2.
Wytwarzanie CNF
W szczególności naukowcy opracowali gamę nowych produktów, w tym: sztywne kompozytowe pianki z włókna nanocelulozowego i biopoliuretanu, ekstrudowane i cząsteczkowe pianki na bazie polilaktydów pochodzenia biologicznego, wypełniacze typu „plaster miodu” wzmacniane włóknem celulozowym oraz poliwęglanowe wypełniacze typu „plaster miodu” o doskonałych parametrach w zakresie zachowania w przypadku pożaru i toksyczności dymu. Do produkcji, modyfikacji i przetwarzania CNF wykorzystali dwie metody. Pierwsza obejmowała fibrylację celulozy do prepolimeru w drodze mielenia w młynie koszowo-kulowym. Druga polegała na fibrylacji zmielonej, pochodzącej z bioodpadów celulozy w roztworze wodnym oraz ocenie jakościowej przy użyciu nowego narzędzia do optymalizacji procesu.Następnie przy udziale partnerów przemysłowych zespół opracował dwie instalacje pilotowe do produkcji CNF tymi dwiema metodami. Wyprodukowane w ten sposób nanowłókna CNF wzmocnione żywicą zostały użyte do wytworzenia lekkich struktur warstwowych trzech nowo opracowanych rdzeni: z ekstrudowanej pianki PU wzmocnionej CNF pochodzenia biologicznego, z termoplastycznej pianki pochodzenia biologicznego oraz z termoplastycznego wypełnienia typu „plaster miodu”. Dodatkowo w ramach projektu opracowano wykonalne pod względem przemysłowym metody produkcji.
- Dowiedliśmy, że pianki poliuretanowe wzmocnione CNF sprawują się tak samo, jak powszechnie dostępne pianki PU - podsumowała projekt Lisa Wikström. - Odkryliśmy też, że dodanie CNF zwiększa wytrzymałość na ściskanie oraz współczynnik sprężystości pianek.
Potencjalny wpływ
Wyniki uzyskane przez uczestników projektu pozwoliły opracować i ulepszyć wiele struktur kompozytowych i technologii przetwarzania, z których każda ma szansę zaistnienia na rynku. Ponadto stworzone rozwiązania doprowadziły do powstania nowych i ulepszenia istniejących metod produkcji oraz zrównoważonych i tanich demonstracyjnych wersji produktów, dzięki którym z pewnością uda się stworzyć nowe, komercyjne wyroby i rodziny produktów.- Dzięki osiągnięciom projektu INCOM przemysł kompozytowy ma teraz o wiele większe możliwości w zakresie wytwarzania - przy użyciu ulepszonych, bardziej przyjaznych dla środowiska i mniej szkodliwych procesów i materiałów - produktów o mniejszej masie, optymalnych właściwościach i lepszych możliwościach utylizacji po zakończeniu cyklu życia” - zaznaczyła Wikström. - Połączenie nowych metod produkcji z nowymi materiałami i technikami obróbki powierzchni przyczyni się do opracowania nowych koncepcji i powstania nowych miejsc pracy, szczególnie w europejskiej branży rozwoju i inżynierii produktów.
Źródło: Komisja Europejska
Zdjęcie: Diehl
