Lätta brandsäkra skum av cellulosa/oorganiska hybrider...
- Diarienummer
- RMA11-0065
- Start- och slutdatum
- 120801-171231
- Beviljat belopp
- 25 656 102 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Glas och kolfiberkompositer har tidigare främst använts inom flyg, rymd, och sporttillämpningar, men just nu sker en snabb expansion mot transportsektorn. Dagens material har dock ett antal nackdelar; de är oljebaserade, är endast mikrostrukturerade och har ett otillräckligt brandskydd. Vi föreslår därför ett forskningsprojekt för att utveckla gröna och skalbara processer för lätta och brandsäkra organiska-oorganiska skum- och kompositmaterial. Arbetet fokuseras på industriellt användbara processkoncept, t.ex. partikelstabiliserade emulsioner och frysgjutning, och billiga nanomaterial, t.ex. cellulosananofibriller och lera. Projektförslaget bygger på våra framgångar med att producera nya sorters polymerskum, nanopapper och pärlemorliknande kompositer från förnyelsebar råvara. Ett viktigt syfte med projektet är också att länka transport- och byggnadsindustrin till skogsindustrin för att utveckla framtidens lätta cellulosamaterial. Viktiga problem handlar t.ex. om att optimera växelverkan mellan de organiska och oorganiska komponenterna och att utveckla nya brandsäkra ytbeläggningar. Molekyldynamisk simulering är av största betydelse för framgångsrik nanostrukturering. Demonstratorer i form av både nya material och processkoncept kommer att tas fram genom att kombinera teori och experiment. Projektet är multidisciplinärt och kombinerar kompositer, fibervetenskap och oorganisk kemi.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.