Témata
Reklama

Kompozitní materiály mění svět

Výzkum materiálů nabírá na obrátkách a přináší stále nové a nové poznatky v mnoha oblastech. Dalo by se říci, že se vydáváme cestou hledání nového paradigmatu.

Nejčastěji mluvíme o chytrých materiálech a dvojím postupu při jejich přípravě. Zjednodušeně řečeno, tradiční forma zkoumá fyzikální jevy určitých látek a snaží se na tomto základě vylepšovat vlastnosti materiálů. Druhý postup představuje přípravu zcela nových materiálů pomocí cílené proměny vnitřní struktury látky, například formou kompozitů.

Reklama
Reklama
Reklama

Kompozity ve středu zájmu

Práci s kompozitními materiály vysvětlují výzkumníci tak, že dávají dohromady materiály ze dvou nebo více substancí s rozdílnými vlastnostmi, což ve výsledku představuje úplně nový výrobek s novými vlastnostmi, jež neměla sama o sobě žádná z jeho součástí. Obvykle jedna ze součástí dodává výrobku pevnost a druhá slouží jako pojivo.

Pro konkrétní představu si lze vybavit jeden z nejznámějších kompozitních materiálů: železobeton jakožto kompozit z ocelových drátů a betonu a beton jakožto kompozit z kameniva a cementu. Dalšími zástupci mohou být kompozity z vláken uhlíkových a aramidových, ze kterých se vyrábějí velmi pevné a lehké díly pro letadla a rakety. Užívají se také v automobilovém průmyslu či v ozbrojených složkách jako výztuže neprůstřelných štítů vojenských vozidel nebo jako výplně neprůstřelných vest. Výzkumníci i uživatelé oceňují kompozitní materiály zejména pro jejich nízkou hmotnost, pevnost, pružnost a plasticitu. Kromě vynikajících mechanických, pevnostních, tepelných a izolačních vlastností lze ocenit také absolutní odolnost proti korozi a výrazné zjednodušení konstrukcí mnoha výrobků. Nejčastěji se uvádí jako příklad zadní část trupu letounu Airbus A310, která se původně vyráběla z 2000 kovových součástek a byla nýtovaná několika desítkami tisíc nýtů. V současné době stačí přibližně 200 kompozitových dílců (A310 se dále postupně vyvíjela, aby je dnes nahradila více žádaná menší letadla řady A318–A321). Mnoho dalších konkrétních příkladů bychom jistě našli i v kosmické technice, při stavbě námořních lodí i malých plavidel. A přirozeně také v architektuře, a to zejména v návrzích nových konstrukcí, které nebylo možné optimálně realizovat z ocelových, dřevěných nebo betonových prvků. Nesmíme zapomenout ani na silniční a kolejová vozidla či energetiku ani na takzvané výrobky denní potřeby pro sportovce (hokejky, golfové hole, tenisové rakety, oštěpy, windsurfingová a snowboardová prkna atd.). Kompozitům vzhledem k jejich jedinečným vlastnostem patří bezesporu budoucnost.

Využití kompozitních materiálu v letectví má velkou budoucnost
Využití kompozitních materiálů v případě Airbus A380

Práce architektů a designérů se mění

Pracovat s novými technologiemi a materiály je pro každého architekta výzvou. Průmysl vkročil podle všech indicií do další vývojové etapy, která je charakterizována kvantitou a velkou geometrickou rozmanitostí prvků.

Miloš Florián z Fakulty architektury ČVUT v Praze hovoří o pokroku v plánování, který je ilustrován evolučním vývojem od modernismu k dekonstruktivismu, blobům, volným formám, transarchitektuře, evoluční architektuře a nanoarchitektuře. Hlavní důraz je podle jeho slov kladen nejen na běžné experimentování s materiály, ale také na další výzkum aplikací hybridních inteligentních materiálů a na testování kompozitů. To vše představuje podle Miloše Floriana potřebu plného využívání matematického modelu k předpovídání chování kompozitů, jež jsou vystaveny vlivu namáhání, a k předpovídání změn materiálů v případě, pokud napětí a následné poškození roste.

„Materiál může být digitálně modelován ve specifickém uspořádání, jako je sklo, membrána, povrch, vzpěra nebo podpěra, a vystaven působení parametrů namáhání, jež se podobá skutečnému napětí, kterému bude materiál vystaven při použití ve fyzickém světě. Tyto zkoušky je možné provádět pomocí metody konečných prvků nebo prostřednictvím speciálních interaktivních softwarů, jež byly vyvinuty pro simulování chování kompozitů a které jsou schopny měnit vstupní parametry, vidět přímo a analyzovat účinky změn ve složení materiálů,“ uvedl při své přednášce na půdě Fakulty architektury Miloš Florian. Virtuální testování má podle jeho názoru velký význam pro design projektu a pro konstrukci složitých geometrických forem.

Byt roku 2050, který je celý z kompozitu, z dílny proslulého designéra Karima Rashida.

Za konkrétními příklady se můžeme (kromě jiných) rozjet například na proslulý veletrh designu do Milána, kde se každoročně představují kompozitní materiály. Zcela nezapomenutelný je zcela jistě Byt roku 2050 celý z kompozitu, který představil Karim Rashid, jeden z nejproduktivnějších světových architektů a designérů. Kromě kompozitů propaguje na veletrzích též materiály biologického původu s možností recyklace, materiály snižující spotřebu energie, materiály se zabudovanými tepelně-akumulačními a ekologickými složkami biologického původu;často na přednáškách hovoří také o integrovaných fotovoltaických modulech a o fóliích z netkaných textilií. Trendem moderní architektury a designu by měly být podle jeho slov pouze takové materiály, které neškodí životnímu prostředí a zároveň splňují vše, co se od moderních komponent žádá.

Často pracuje v interiérovém designu s umělým kamenem (obklady stěn, nábytek, sanitární produkty, kuchyňské desky, svítidla).Výchozími surovinami k výrobě kompozitů jsou v tomto případě nejčastěji drti přírodního kameniva, minerály, barviva a pojiva například v podobě akrylátové nebo polyesterové pryskyřice. Výsledným materiálem je pak téměř dokonalá napodobenina kamene. Aby kámen nepůsobil příliš studeně, doporučuje kombinaci se dřevem či pokročilými dřevokompozity. Nespornou výhodou dřevokompozitů je opět jejich tvrdost a vysoká odolnost. Za zmínku zcela jistě stojí například kompozit na bázi dřeva a PVC, který je určen hlavně pro stavebnictví (okna, dveře, terasy, zábradlí) i pro použití v nábytkářském průmyslu. Výsledné vlastnosti těchto dřevokompozitů pak mohou tvrdostí a kvalitou odpovídat i některým vzácným tropickým dřevinám. Plastová složka navíc dodá řadu vlastností, kterými dřevo za normálních okolností nedisponuje: materiál je trvanlivý, pevný, vodovzdorný, odolný proti parazitům, mechům i hnilobě, nekroutí se, nepracuje, nepraská a vyžaduje pouze minimální údržbu.

Vlastimil Růžička

vlastimil.ruzicka@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 130418
Datum: 10. 04. 2013
Rubrika: Servis / Zajímavosti
Autor:
Firmy
Související články
Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Související články
Podnikové výzkumné centrum formuje budoucnost vývoje materiálů

Eureka je aplikační laboratoř společnosti JSP, výrobce materiálu Arpro, která nabízí vývoj a výrobu prototypů, jejich testování a ověřování prvních sériových výrobků. Umožňuje dokonce experimenty s technologiemi, jako je například laminace či zalisovávání vkládaných dílů s možností ověření 3D tolerancí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ambiciózní projekt: Vývoj a výzkum nanomateriálů

Jedním z nejrychleji se rozvíjejících oborů současnosti jsou obory zabývající se nanomateriály a nanotechnologiemi. Tato velmi perspektivní disciplína nachází široké uplatnění ve všech oborech lidské činnosti. Jde však o vědní obor velmi mladý, takže principy výroby, aplikací a jejich zkoušení nejsou dosud dostatečně popsány. A to byl právě impulz pro vznik Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace v Liberci.

Stroje v pohybu:
Divoká jízda sondy Pathfinder

Sonda Mars Pathfinder, která 4. července 1997 přistála na rudé planetě, se může pyšnit několika prvenstvími. Třeba tím, že šlo o první mimozemský výsadek masově sledovaný uživateli internetu. Nebo tím, že jako první dopravila na Mars kolové průzkumné vozidlo, rover Sojourner.

Stroje v pohybu: Raketa, která změní svět

Americký podnikatel Elon Musk se od založení své firmy SpaceX v březnu 2002 netají tím, že jeho dlouhodobým cílem je kolonizace Marsu člověkem. Již letos přitom plánuje uskutečnit premiérový start orbitální rakety Starship, která mu má tento cíl pomoci splnit.

Stroje v pohybu:
Fotoprůzkumné družice

Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

Stroje v pohybu:
Webbův teleskop ve vesmíru

Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Czech Space Week 2018

Suchý zip, aku nářadí, družicové navigační systémy. To jsou ty nejznámější příklady využití kosmických technologií v běžném životě. Jak kosmické technologie ovlivňují a do budoucna ještě mohou ovlivňovat běžný život každého z nás, ukázal Czech Space Week, týden plný akcí pro odbornou a širokou veřejnost, který se konal v Praze a v Brně ve druhém listopadovém týdnu.

Bakterie a olej od hranolek zachraňují svět

Svět má slušnou šanci být zbaven jednoho ze svých nejtíživějších problémů. Týmu z Vysokého učení technického v Brně se totiž podařilo přijít s technologickou inovací, která dokáže zastavit pokrývání zeměkoule odpadem.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit