Nowatorski materiał kompozytowy

Wymagania dotyczące właściwości materiałów kompozytowych wykorzystywanych w przemyśle stale rosną. Firmy szukają choćby najmniejszych przewag, a pomagają im w tym naukowcy. Nad innowacyjnym rozwiązaniem, które może znaleźć zastosowanie w lotnictwie, energetyce wiatrowej, motoryzacji, a nawet w medycynie i w artykułach sportowych, pracuje mgr inż. Kamil Dydek – doktorant z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej wraz ze swoim zespołem.

Od lat prowadzone są prace nad poprawą właściwości kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknem węglowym poprzez wprowadzenie do ich struktury cząstek węglowych takich jak grafit, grafen, sadza czy nanorurki węglowe. Szczególnie obiecujące są te ostatnie, głównie ze względu na ich wysoką przewodność elektryczną, bardzo dobre właściwości mechaniczne, niską gęstość oraz wysoki współczynnik kształtu.

Jak dokonywać takich modyfikacji efektywnie i bezpiecznie? Sposobów jest wiele, ale nie są one doskonałe. W trakcie pracy pojawiają się problemy, m.in. niska wydajność, duże koszty wytwarzania, wzrost lepkości osnowy polimerowej, a nawet zagrożenia dla zdrowia.

Przestrzeń na innowacje

Dlatego coraz większym zainteresowaniem cieszy się termoplastyczna żywica akrylowa i możliwość jej modyfikacji. Żywica ta charakteryzuje się niższą lepkością i gęstością niż wykorzystywane standardowo żywice epoksydowe czy poliestrowe. Pozwala wyeliminować wiele niepożądanych efektów procesu, a przy tym pozostaje materiałem jeszcze nie do końca rozpoznanym. To stwarza przestrzeń na innowacyjne pomysły.

– Aktualnie większość badań skupia się na porównaniu właściwości mechanicznych oraz określeniu sposobu niszczenia kompozytów na bazie żywicy akrylowej, a także optymalizacji procesu infuzji – wyjaśnia mgr inż. Kamil Dydek.

Kompozyty polimerowe można także modyfikować, wprowadzając do ich struktury przewodzące, termoplastyczne włókniny z dodatkiem nanorurek węglowych, które obniżają rezystywność materiału kompozytowego oraz poprawiają jego wytrzymałość mechaniczną.

– My robimy krok do przodu i będziemy zajmować się czymś całkowicie innowacyjnym, a mianowicie chcemy zmodyfikować materiał kompozytowych poprzez zastosowanie powyżej przytoczonych sposobów – mówi mgr inż. Kamil Dydek. – Pozwoli nam to w efekcie synergii uzyskać materiał o znacząco poprawionych właściwościach elektrycznych i mechanicznych.

Lepszy materiał

Co to tak naprawdę oznacza? Zespół naszego naukowa z Wydziału Inżynierii Materiałowej chce opracować materiał kompozytowy, który będzie lżejszy, bardziej wytrzymały i przewodzący, a możliwość wytwarzania go w procesie infuzji pozwoli na otrzymanie wielogabarytowych elementów bardzo wysokiej jakości. Dodatkowym atutem będzie możliwość poddania go procesowi recyklingu, co obecnie stanowi problem dla powszechnie stosowanych materiałów kompozytowych na osnowach duroplastycznych.

– Otwiera to szerokie perspektywy dla zastosowania opracowanego materiału w stale rozwijającym się sektorze energetycznym jako łopaty turbin wiatrowych czy też elementy wyposażenia lub poszycia samolotów dla sektora lotniczego – wymienia mgr inż. Kamil Dydek. – Ponadto dzięki niższej masie nowatorskiego materiału kompozytowego zastosowanie go w branży motoryzacyjnej pozwoli na zmniejszenie zużycia paliwa, co przełoży się redukcję emisji szkodliwych substancji do otoczenia, a w przypadku samochodów o napędzie elektrycznym – dłuższym zasięgu.

Przemysł mówi: jesteśmy zainteresowani

Efektem finalnym projektu ma być demonstrator, który następnie poddany zostanie testom użytkowym, sprawdzającym potencjał komercjalizacyjny rozwiązania. Jeśli się sprawdzi, to kto wie, może już za kilka lat wszyscy będziemy korzystać z rzeczy wytworzonych z innowacyjnego kompozytu z PW?

Zainteresowanie przemysłu już zresztą jest. Dziewięć firm przesłało nawet listy intencyjne. Wśród nich są NANOCYL (Belgia), PZL Mielec - Lockheed Martin Company AT-P Aviation Sp. z o.o., TMBK Partners Sp. z o.o. czy Bora Yachts Sp. z o.o.

Projekt „Kompozyty polimerowe o podwyższonych właściwościach mechanicznych i elektrycznych na bazie innowacyjnej żywicy termoplastycznej” (PolComTheR) jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER XI (numer projektu 0185/L-11/2019)

Kierownik projektu: mgr inż. Kamil Dydek

Zespół: dr inż. Paulina Latko-Durałek, dr Bogna Sztorch, dr inż. Paulina Kozera, dr inż. Zuzanna Krawczyk, mgr Dariusz Brząkalski, mgr inż. Kamil Majchrowicz, mgr inż. Mariusz Nyc, inż. Szymon Demski

Czas realizacji projektu: 1.01.2021 – 30.11.2023