Témata
Foto: V. Brejcha

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

Je proto přirozené, že se v této oblasti snaží prosadit i čeští vědci.

Len – budoucnost kompozitů v Evropě

V nadpisu zmíněný len patří mezi hlavní favority u evropských výrobců kompozitních dílů. Vědecké práce dokazují, že lněné vlákno může být v mnoha oblastech vhodnou náhradou konvenčního vlákna skelného. V dílech s nižšími požadavky na mechanické vlastnosti tak dostává len prostor jako ekologická varianta. Dalším nesporným faktem je nižší energetická náročnost pěstování a zpracování lněného vlákna v porovnání s již zmíněným vláknem skelným. Lněná vlákna dnes proto nalezneme nejen v termoplastických materiálech jako plnivo, ale také jako nosnou část interiérových nebo exteriérových prvků u vozidel západních značek. Produkce lněných vláken v posledních několika letech přitáhla pozornost mnoha výrobců konvenčních výztuží, a tak se dočkáváme renesance v podobě obnovy lněných polí a produkce lnu, především v zemích, jako je Švýcarsko nebo Francie.

Balzové jádro a tkanina z lněných vláken jsou použity při výrobě biokompozitního sendvičového panelu. (Foto: V. Brejcha)

Pryskyřice s příměsí biosložek nebo složek na bázi přírodních materiálů

Chemické složení pryskyřic se od dob socialismu, kdy byla k dispozici pouze pryskyřice Epoxy 1200, dost změnilo. Evropská legislativa i veřejný zájem o ekologičtější materiály stále více tlačí producenty matric k tomu, aby ve svých produktech snížili obsah syntetických látek a nebezpečných sloučenin. V loňském roce vešla v platnost nová legislativa Reach 2023, která kromě jiného upravuje obsah některých diizokyanátů v tužidlech průmyslových hmot. To – a mimo jiné také snaha vytvořit kompozitní materiály více přívětivé k životnímu prostředí – přimělo výrobce začít přidávat do pryskyřic biologické složky. Proto se dnes stále častěji setkáváme s materiály, jejichž součástí jsou odpadní přírodní oleje nebo produkty získané zpracováním biologického odpadu, například slupek nebo rostlin ovocných plodin. Tyto pryskyřice již dosahují mechanických vlastností srovnatelných s vlastnostmi svých plně syntetických předchůdců a mnohdy mohou nabídnout i jednodušší proces recyklace nebo likvidace.

Tyto biokompozitní sendvičové panely byly vytvořeny tak, že bylo zkombinováno lněné vlákno, epoxidová pryskyřice s vysokým obsahem biosložky a balzové jádro. (Foto: V. Brejcha)

Konec nerecyklovatelným jádrům sendvičových konstrukcí

Není to tak dlouho, co nejběžnějším materiálem pro výrobu sendvičových struktur byly pěnové materiály na bázi PVC nebo PP. Tato doba je však již za námi a stejně jako sledujeme vývoj směrem k udržitelnosti a ekologické výrobě, pěnové materiály se mění také. Hlavní výrobci těchto systémů, jako je např. společnost 3A Composites, hledají nová materiálová řešení a nový životní cyklus výrobku. Běžným materiálem pro výrobu se tak staly pěnové systémy na bázi PET materiálů, vyráběných recyklačním procesem PET lahví a dalších PET výrobků. Vývoj v tomto směru nabral takové tendence, že některé dřeviny, jako je například balza, umožňují dosáhnout toho, aby produkce panelů pro sendvičovou strukturu z těchto materiálů byla uhlíkově záporná.

Reklama
Reklama
Reklama

Česká stopa ve vývoji biokompozitiních materiálů

Čeští vědci a inženýři se v oblasti kompozitních materiálů aktivně zapojují do současných trendů. Je proto jasné, že i oblast biokompozitů nachází své příznivce. Tým pedagogů a vědců z Katedry materiálového inženýrství a chemie Stavební fakulty ČVUT v Praze se již několik let zabývá kombinováním výztuže na bázi přírodních materiálů s pryskyřicemi z přírodních materiálů a nekonvenčními aditivy. Jedním z nejnovějších výsledků výzkumu v této oblasti je vliv technického korundu na otěrové vlastnosti biokompozitních materiálů. Vzorky s příměsí technického korundu, vyrobené technologií vakuové infuze (resin-infusion), vykazovaly při abrazivních zkouškách, provedených dle EN ISO 5470-1:2016, desetinásobně nižší hodnoty abraze. Za pozornost stojí i výzkum, v jehož rámci byl biokompozitní sendvičový panel vytvořen kombinací lněných vláken, epoxidové pryskyřice s vysokým obsahem biosložky a balzového jádra. Testované skladby vykazovaly podobné mechanické vlastnosti jako konvenční sendvičové skladby na bázi syntetické výztuže a pěnového jádra.

Abrazivní zkouška: Vzorky kompozitního materiálu s příměsí technického korundu (vpravo) vykazují desetinásobně nižší hodnoty mechanického opotřebení než vzorky bez korundu (vlevo). (Foto: V. Brejcha, publikováno v American Institute of Physics Publishing)

Nejnovějším výzkumem na zmíněné katedře je nahrazení balzového nebo pěnového jádra materiálem vytvořeným pomocí technologie 3D tisku. Autor tohoto článku se spolu s kolegy z katedry materiálového inženýrství a chemie zabývá využitím pěnových termoplastických materiálů jako náhrady konvenčních pěnových panelů a souvisejícími možnostmi optimalizace výroby. Sendvičové struktury, vytištěné v požadovaném tvaru a velikosti, tak mohou zvýšit preciznost a efektivitu výroby kompozitních výrobků. Toto řešení nachází uplatnění napříč skupinami kompozitních materiálů a slouží k aplikaci nejen v biokompozitních sférách, ale i v těch konvenčních. Termoplasty s obsahem nadouvadel a pěnicích složek jsou pomocí technologie FDM 3D tisku tvarovány již do požadovaného 3D tvaru a rozměrů. Úpravou tiskových parametrů je možné reflektovat požadovanou hustotu materiálu nebo například tloušťku struktury v lokálních místech jádra tak, jak bylo analyzováno během procesu vývoje konstrukce. Tento způsob vnímání sendvičové struktury nebyl doposud tolik využíván, především proto, že konvenční pěnové systémy jsou dodávány v polotovarech – v plošném nebo kubickém formátu. Možnost takového způsobu reflektování mechanických nebo technických vlastností tak byla vždy limitována typem jádra nebo možnostmi opracování polotovaru do potřebné podoby. Tyto metody jsou však vysoce technologicky, energeticky a časově náročné. Řešení, s nímž výzkumný tým přichází, umožňuje zmíněné procesy opracování eliminovat a nejen tak zvýšit efektivitu využití materiálu, ale také šetřit čas. Současný výzkum se snaží vybrané mechanické vlastnosti těchto struktur porovnat s konvenčními pěnovými jádry a výsledky prezentovat i ve výrobní sféře.

Struktura vyvíjených biokompozitních materiálů je pečlivě zkoumána pod mikroskopem. (Foto: V. Brejcha, publikováno v American Institute of Physics Publishing)

Udržitelnost na prvním místě a hledání bilance

Téma udržitelnosti a environmentální odpovědnosti kompozitních materiálů se stalo v posledních několika letech bodem číslo jedna. Toto odvětví nechce, aby na něj bylo nadále pohlíženo jako na producenta stoprocentního odpadu. Zmíněná technologie recyklace nebo druhotného zpracování odpadu v podobě příměsí je jedním ze směrů, kterými se vydává. Zohledňování životního cyklu materiálu a efektivity jeho zpracování, stejně jako důraz na snižování energetické náročnosti výrobních procesů jsou novým směrem, jímž se výrobci surového materiálu a zpracovatelé začínají ubírat. Mnoho studií poukazuje na rozličnou výrobní nebo energetickou náročnost jednotlivých technologií výroby kompozitních materiálů. Technologie jako otevřená laminace (kontaktní laminace) může být v počátku levnou variantou výroby kompozitů, avšak její uhlíková stopa, ovlivněná použitým množstvím pryskyřice, je téměř dvojnásobně vyšší v porovnání s vakuovou infuzí nebo výrobou za pomoci vyhřívaných lisů. Naopak pokročilejší výrobní technologie mají oproti jednodušším způsobům vyšší energetickou náročnost, která významným způsobem zvyšuje uhlíkovou stopu produkce. Životnost kompozitů, jejich cirkulární ekonomika a environmentální odpovědnost se staly nedílnou součástí vývoje těchto materiálů, stejně jako tomu je i v jiných odvětvích průmyslu.

Vydání #4
Kód článku: 240422
Datum: 03. 04. 2024
Rubrika: Servis / Materiály
Autor:
Firmy
Související články
Přínos vědců pro českou ekonomiku

Výzkumná a vědecká pracoviště jsou častými nositeli průlomových objevů a řešení. Jejich přínos pro konkurenceschopnost firem a národních ekonomik je neoddiskutovatelný. Jak si vede v této oblasti Akademie věd ČR, jak spolupracuje s průmyslovou sférou a kde vidí svou přidanou hodnotu? Na toto téma jsme diskutovali s předsedkyní AV ČR profesorkou Evou Zažímalovou.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Od vydavatelství po startupy

Jiří Hlavenka není pro mnoho lidí neznámou osobností. Jde o člověka, který stál u zrodu vydavatelství i nakladatelství Computer Press a později i u prvního interaktivního webu o počítačích a počítačových technologiích, kde se neznalci mnohdy dozvěděli i odpověď na svou otázku. Jiří Hlavenka se ale v současné době věnuje investování do projektů, které mají smysl, a tak jeho jméno figuruje především u webu Kiwi.com, který vám najde - třeba i na poslední chvíli - nejlepší a nejlevnější letecké spojení kamkoli. Někdy může let po více "mezidestinacích" sice trvat déle, ale vždy se můžete spolehnout na to, že doletíte tam, kam jste si vysnili nebo kam potřebujete dolétnout.

Související články
Elektromobilita pro energetickou nezávislost

Téměř veškeré hlavní fosilní zdroje energie planety – ropa nebo uhlí, se nacházejí v nějak problematických oblastech, ať už místem, nebo politicky, či ekonomicky, a závislost na nich je snadno zneužitelná. Proto je snaha o energetickou samostatnost tak strategicky důležitá pro celou Evropu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Fórum děkanů strojních fakult

Uveďte prosím stěžejní exponát, který bude vaše fakulta na MSV v Brně prezentovat a proč se škola rozhodla právě pro něj?

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Firmy oceňují studentskou mezioborovou spolupráci

Už po patnácté se na Západočeské univerzitě v Plzni uskutečnil ojedinělý výukový projekt DESING, v němž studenti z několika zdejších fakult pracují v multioborových týmech na tématech zadaných průmyslovými podniky. Vyvrcholením jeho, již 15. ročníku, byl jubilejní 10. mezinárodní workshop, který proběhl začátkem dubna ve Vědeckotechnickém parku Plzeň. Čtyři nejúspěšnější plzeňské a dva bavorské studentské týmy tu v anglicky vedených prezentacích představily návrhy svých technických produktů.

Výzkum rozděluji pouze na dobrý a špatný, říká Libor Kraus

Prezident Asociace výzkumných organizací Libor Kraus se pohybuje v oblasti výzkumu a vývoje 30 let. Jaká vidí pozitiva, úskalí a rezervy v této důležité součásti našeho ekonomického růstu? Na to jsme se ho zeptali v rozhoru, který poskytl redakci MM Průmyslového spektra.

Budoucnost české výroby tkví v inovacích, Část 1. Změna konstrukčního přístupu

Česká republika je zemí s dlouhou vědeckotechnickou, průmyslovou a inovační tradicí, díky níž jsme se z provincie stali jednou ze předních ekonomik světa. Dnes ale nedokážeme plně využít inovační potenciál a zaostáváme za vyspělou Evropou. Co nás brzdí?
Seriál, který připravují odborníci společnosti Autodesk, se na příkladech dobré praxe bude snažit nastínit možné cesty, jak by firmy a jedinci mohli zvýšit svůj inovační potenciál a tížený efekt.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

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.

MM Podcast: Glosa - Dědici evropské historie

Evropa se během relativně krátké doby proměnila z technologicky, ekonomicky i vojensky nejrozvinutějšího regionu planety v turistický skanzen s otevřeným zbytnělým sociálním systémem, na který se snaží napojit vlny přicházejících z celého světa.

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