Flerskalig modellering av polymer-metalliska gränsskikt
- Diarienummer
- SM17-0020
- Start- och slutdatum
- 180401-201231
- Beviljat belopp
- 900 000 kr
- Förvaltande organisation
- Malmö University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Det huvudsakliga syftet med projektet är att utveckla och implementera en fysikaliskt-baserad flernivåmodell för att förutse de mekaniska egenskaperna hos gränsskikt mellan polymer- och metallfilmer. Den föreslagna modellen kommer att förlita sig på konstitutiva data från atombaserad Monte Carlo och molekyldynamik modellering som ger insikt i hur tillverkningsprocessen påverkar atomernas ordning vid gränsskiktet och dess vidhäftning. Sådan information kommer att användas för att formulera en kohesiv zon modell som beskriver gränsskiktets hållfasthetsegenskaper och kan implementeras i ett finita element program. I projektet studeras specifikt gränsskikt mellan tunna aluminium- och polyetylenfilmer som finns i dryckesförpackningar som barriärer för att förhindra läckage och säkerställa innehållets kvalitet. Resultatet av projektet förväntas vara ett robust och tillförlitlig flerskaligt modelleringsverktyg som används för att beräkna vidhäftningen i polymer-metalliska gränsskiktet samt att optimera produktionsinställningar för att kunna uppnå önskad vidhäftning. För att genomföra projektet äskar sökanden medel för att täcka en två-årig deltidsvistelse vid Tetra Pak. Utfallet från projektet kommer att göras publikt och synergier med tillämpningar även utanför förpackningsindustrin (ex. metal-organisk elektronik inom elektronikbranschen) är att förvänta.
Populärvetenskaplig beskrivning
Prediktering av vidhäftning mellan metall- och plastskikt Livsmedelsförpackningar måste vara slutna så att de inte läcker eller att exempelvis syre och ljus tränger in och kontaminerar dess innehåll. För att säkerställa detta krävs att de utformas på sådant sätt att de kan motstå process- och hanteringsrelaterade belastningar utan att skadas till den grad att de går sönder, medan det samtidigt finns miljömässiga önskemål att hålla nere materialåtgången. Många av dagens livsmedelsförpackningar (exempelvis mjölk-, saft-, sopp-, vin- och juiceförpackningar) är papper/kartongbaserade kompositer, bestående av olika lager i förpackningsväggen. För produkter som är känsliga mot syre-, ljus-, smak- och lukt utgörs en viktig del av förpackningsväggen av aluminiumfolie som fogas samman med polyetylenfilmer för att skapa en ogenomtränglig barriär. För att dessa produkter ska kunna fungera som tänkt är det viktigt att vidhäftningen mellan de olika lagerna inte släpper, då det kan bidra till att innehållet kontamineras. Syftet med detta projekt är att ta fram en beräkningsmodell som kan användas för att prediktera vilka belastningar som krävs för att uppnå dekohesion mellan metall- och plastskikten. Eftersom vidhäftningen mellan skikten beror på hur atomerna vid dess gränssnitt är arrangerade, ämnar vi att använda oss av atombaserad modellering för att undersöka hur atomernas ordning i gränsskiktet ändras då det påverkas av termiska och mekaniska belastningar under produktionen och hur detta påverkar vidhäftningen. Denna information kommer att användas i en makroskopisk datormodell som kan användas för att studera responsen hos dryckesförpackningarna och för att kunna förutse hur processinställningarna bör vara för att uppnå en optimerad produkt. För att validera modellen kommer vi att genomföra experiment där vidhäftningen mellan skikten mäts. Projektet genomförs i form av ett utbyte hos Tetra Pak AB och förväntas att resultera i ett användbart fysikaliskt-baserat modelleringsverktyg för att beräkna vidhäftningen mellan metall- och plastfilmer. Det initiala tillämpningsområdet berör livsmedelsförpackningar, men andra möjliga tillämpningsområden finns inom andra forskningsintensiva discipliner (exempelvis metall-organisk elektronik), vari verktyget kommer att kunna finna användning.