Lightweight and fire retardant organic/inorganic foams...
- Reference number
- RMA11-0065
- Start and end dates
- 120801-171231
- Amount granted
- 25 656 102 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
From an early introduction in aerospace, military and sports materials, glass fiber and carbon fiber composites are now rapidly expanding to automotive and transport applications. However, current materials are petroleum-based, structured at the microscale and have insufficient fire-retardant properties. We address these shortcomings by proposing to develop green and scalable processes to produce lightweight and fire-retardant organic/inorganic foams and composites. The work will focus on industrially up-scalable colloidal processing concepts, e.g. particle-stabilized emulsions and freeze casting, and low cost nanosized components such as cellulose nanofibrils and clay platelets. The proposal builds on our recent advances in producing new types of polymer foams, nanopaper composites and nacre-mimicking high-clay-content composites from renewable organic materials. The intention is to link the transport and building material industry to the forest industry in the development of lightweight cellulose-based materials. Problems to be addressed include optimization of the interaction between the inorganic and organic components and development of coatings for fire retardancy. Molecular dynamics simulations are critical for successful nanostructuring efforts. Demonstrators, i.e. materials and processing concepts, will be developed, using a combination of experiments and modeling. The project is multidisciplinary in nature combining composites, fiber science and inorganic chemistry.
Popular science description
Kompositmaterial är material bestående av minst två komponenter. Målet är att komponenterna ska integreras synergistiskt för att bilda ett nytt material med nya, bättre totalegenskaper. Typiskt för de flesta kompositmaterial är att de kombinerar låg vikt med hög styrka och tålighet. Eftersom dagens kompositer ofta är relativt dyra, har de historiskt främst använts inom högprestandaområden såsom flyg- och rymdindustrin, samt inom sportvärlden. I och med sin ofta mycket låga vikt har kompositmaterial på senare år skapat ett ökat intresse inom andra potentiella tillämpningsområden, till exempel fordons- och byggnadsindustrin. Eftersom det råder en direkt koppling mellan ett fordons vikt och dess bränsleförbrukning finns det mycket att vinna på att använda ett lättare material med i övrigt samma prestanda. Dagens kompositmaterial har ett antal tillkortakommanden; åtminstone den ena komponenten är i regel oljebaserad, de är som nämns ovan ofta dyra, de har en struktur på mikrometernivå (mindre skala är önskvärt) och de har ofta bristfälligt brandskydd. Därför föreslår vi ett forskningsprojekt med mål att utveckla miljövänliga och skalbara processer för lätta och brandsäkra skum- och kompositmaterial. Arbetet föreslås fokusera på industriellt användbara processkoncept och billiga nanomaterial såsom cellulosananofibriller, så kallad NFC, och lera. Projektförslaget bygger på våra respektive forskargruppers framgångar att producera material, såsom nanopapper och pärlemorliknande kompositer, med intressanta egenskaper från ovan nämnda råmaterial. Ett viktigt mål med forskningsprojektet är också att länka samman transport- och byggnadsindustrin med, den för Sverige så viktiga, skogsindustrin. Detta för att ha styrkan att utveckla framtidens lätta och miljövänliga cellulosamaterial. Viktiga vetenskapliga problemfrågeställningar som kommer att behandlas handlar bland annat om att optimera växelverkan mellan kompositkomponenterna och att utveckla nya brandsäkra ytbeläggningar. För att utföra detta på ett effektivt sätt kommer vi att använda datasimulering, på molekylnivå, för att klarlägga betydelsen av växelverkan mellan de olika komponenterna, och på ett framgångsrikt sätt kunna strukturera komponenterna på nanometernivå. Demonstratorer i form av både nya material och processkoncept kommer att tas fram genom att kombinera teori och experiment. Projektet är i det stora hela mycket multidisciplinärt och kombinerar kompositer, fibervetenskap och oorganisk kemi.