Projekti / Programi
Trajnostni Polimerni materiali in Tehnologije
01. januar 2020
- 31. december 2025
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| 2.04.03 |
Tehnika |
Materiali |
Polimerni materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Polimeri, polimerni kompoziti, nanokompoziti, multifunkcionalni materiali, dodatki, ogljikove cevke, povezava struktura-lastnosti, časovna odvisnost, mehanske lastnosti, termomehanske lastnosti, reologija, trajnost, membrane, obdelava, recikliranje, modeliranje
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
10. december 2023;
A3 za obdobje
2017-2021
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
136 |
1.538 |
1.283 |
9,43 |
| Scopus |
147 |
1.760 |
1.486 |
10,11 |
Raziskovalci (14)
Organizacije (1)
Povzetek
Osnovni cilj programa Trajnostni polimerni materiali in tehnologije je zagotoviti temeljno razumevanje obnašanja polimerov in kompozitov v talini in trdnem stanju za razvoj novih znanj, rešitev, izdelkov in tehnologij za trajnostno prihodnost.
Svetovni trendi kažejo na povečano uporabo inženirskih polimerov in kompozitov predvsem zaradi dobrega razmerja med trdnostjo in težo ter preproste predelave oziroma proizvodnje. Tipičen primer povečane uporabe polimerov je na primer v avtomobilski industriji. Polimeri omogočajo manjšo maso avtomobilov in s tem zmanjšujejo porabo goriva in emisije toplogrednih plinov. Drug vidik je varnost, saj polimerni odbijač običajno tehta 50% manj kot tisti, izdelan iz alternativnih materialov in absorbira štiri do petkrat več energije.
Čeprav so polimeri pomembni materiali v številnih aplikacijah, je bila do sedaj uporaba plastike v nosilnih konstrukcijah zaradi mehanskih in varnostnih razlogov nizka. Obstaja torej potreba po izboljšanju lastnosti polimernih materialov, kot so strukturna zmogljivost, trajnost in toplotna odpornost. Te potrebe so neposredno povezane tudi z izboljšanjem tehnologije recikliranja in predelave.
Raziskovalni program obravnava omenjene potrebe z zagotavljanjem temeljnega znanja o obnašanju polimerov in kompozitov v talini in trdnem stanju. Posebej smo se osredotočili na razumevanje fizikalnih lastnosti polimerov, vključno s časovno odvisnimi lastnostmi in vplivom spreminjanja polimerne strukture z izpostavljanjem polimernih materialov različnim termomehanskim robnim pogojem med obdelavo ali z dodajanjem polimernih nano ali mikro polnil. V podporo našim prizadevanjem razvijamo tudi nove merilne tehnike in nove teoretične načine za analizo in razumevanje obnašanja polimerov in kompozitov.
Raziskovalni program je razdeljen na tri komplementarne raziskovalne sfere:
1. Relacija struktura - lastnosti: Glavni cilj sfere je raziskati, kako spremembe strukture materiala vplivajo na njegove fizikalne lastnosti ter na funkcionalnost in trajnost izdelkov, pripravljenih iz teh materialov.
2. Merilne tehnike in oprema za karakterizacijo: Na tem področju so naša prizadevanja usmerjena v razvoj novih tehnik in postopkov za določanje fizikalnih lastnosti in trajnosti polimerov in kompozitov.
3. Teoretična in eksperimentalna analiza polimerov in kompozitov: Ta sfera se osredotoča na določanje trajnosti polimernih materialov in njihovih tokovnih lastnosti za napoved mehanskega in tokovnega obnašanja polimerov na podlagi eksperimentalnih podatkov.
Ustvarjeno znanje bo prispevalo k razumevanju učinkov recikliranja, napovedovanju trajnosti polimerov in izboljšanju fizikalnih lastnosti polimerov z dodajanjem polnil ali manipuliranjem pogojev med predelavo. Zato bo raziskovalni program pomembno prispeval k trajnostnemu razvoju znanosti o polimerih in ima potencial za povečanje konkurenčnosti podjetij, ki uporabljajo polimere in kompozite.
Pomen za razvoj znanosti
Polimerni materiali so v veliki meri prisotni v številnih aplikacijah, vendar pa je bila uporaba polimerov v nosilnih konstrukcijah zaradi mehanskih in varnostnih razlogov do sedaj omejena. Obstaja torej potreba po izboljšanju lastnosti materialov, kot so strukturna zmogljivost, trajnost in toplotna odpornost. Te potrebe so neposredno povezane tudi z izboljšavami tehnologije recikliranja in predelave. Predstavljen raziskovalni program neposredno obravnava te potrebe z zagotavljanjem temeljnega razumevanja vedenja polimerov in kompozitov v talini in trdnem stanju za razvoj novih znanj, rešitev, izdelkov in tehnologij za trajnostno prihodnost.
Osredotočenost naših raziskav je usmerjena v razumevanje fizikalnih lastnosti polimerov, vključno s časovno odvisnimi lastnostmi in vplivom spreminjanja polimerne strukture z izpostavljanjem različnim termomehanskim robnim pogojem med obdelavo ali z dodajanjem nano ali mikro polnil različnim polimernim matricam. V podporo omenjenim raziskavam razvijamo tudi nove merilne tehnike in nove teoretične načine za analizo in razumevanje obnašanja polimerov in kompozitov.
Raziskovalni program je razdeljen na tri komplementarne raziskovalne sfere:
1. Relacije Struktura – lastnosti
Glavni cilj tega področja je raziskati, kako spremembe strukture materiala vplivajo na fizikalne lastnosti materialov ter na funkcionalnost in trajnost izdelkov iz teh materialov.
Eden od načinov vplivanja na strukturo materiala je spreminjanje termomehanskih robnih pogojev, ki jim je material izpostavljen med procesom izdelave. Primer tega bo proučen pri formaciji ‘pajkovih mrežah’ membran, izdelanih s postopkom elektrospininga. Take membrane so idealne za filtriranje zraka ali tekočin. Skušali bomo povezati strukturo materiala (polimerna raztopina) z njenimi lastnostmi (fizikalne lastnosti membran). Drugi primer, pri katerem robni pogoji določajo strukturo materiala in lastnosti, je recikliranje. Raziskovali bomo, kako obsežno recikliranje in mešanje recikliranega in surovega materiala vpliva na njegove mehanske, reološke in termične lastnosti. Razumevanje postopkov recikliranja in mešanja bo omogočilo optimizacijo proizvodnih procesov in izboljšanje lastnosti izdelkov iz recikliranih materialov.
Pomemben del raziskav relacij med strukturo in lastnostmi bo izveden z dodajanje mikro in nano polnil v polimerne materiale. Dodatek polnil/aditivov polimerni matrici lahko popolnoma spremeni lastnosti materiala in uvede nove funkcionalnosti (t.j. samocelitveni materiali, izolacijski, električno ali toplotno prevodni materiali). Del raziskav bo osredotočen na kromogene polimerne materiale, ki pod vplivom zunanjih dejavnikov, spremeijo barvo.
Dodatek nano-polnil se bo proučeval z uporabo ogljikovih nanocevk (CNT) v polimerih z namenom priprave materialov, ki bodo strukturni in električno prevodni in se lahko uporabljajo kot piezo občutljivi senzorji. Zaradi svoje narave so taki materiali časovno odvisni, kar pomeni, da se bodo poleg mehanskih lastnosti s časom spreminjale tudi njihove električne lastnosti. Cilj študije je ovrednotiti obnašanje takih materialov/senzorjev v daljših časovnih obdobjih (več let) pri različnih termičnih robnih pogojih. Z vidika funkcionalnosti senzorjev so te informacije nujno potrebne.
Svoje dosedanje delo na PIM (brizganje prahu) bomo razširili tudi na širšo tematiko kompozitov z visoko koncentracijo trdnih delcev (HF kompoziti). Cilj je najti in identificirati mehanizme, ki urejajo reološko obnašanje HF kompozitov na podlagi lastnosti posameznih komponent. Ugotovitve bodo omogočile optimizacijo reološkega (tokovnega) obnašanja in hkrati mehanskih lastnosti trdnih kompozitov. To bo imelo neposreden vpliv na formulacije surovin za aditivno predelovalno industrijo, zlasti za 3D tiskanje (npr. usmerjeni magneti) in PIM tehnologijo.
2. Merilne tehnike in oprema za karakterizacijo
Na tem področju bodo naša prizadevanja usmerjena v razvoj novih tehnik in postopkov za določevanje fizikalnih lastnosti i
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani program Trajnostni polimerni materiali in tehnologije je nadaljevanje raziskovalnih dejavnosti prejšnjega raziskovalnega programa. Osnovni cilj programa je temeljno razumevanje vedenja polimerov in kompozitov v talini in trdnem stanju za razvoj novih znanj, rešitev, izdelkov in tehnologij za trajnostno prihodnost. Predlagani program bo ustvaril ne le veliko znanstvenih spoznanj, ampak bo pomemben tudi za socialno-ekonomski razvoj.
V prihajajočem programskem obdobju bomo še naprej podpirali nacionalne in mednarodne industrijske partnerje pri ustvarjanju novih izdelkov, inovacij in tehnoloških rešitev z razumevanjem temeljnih načel mehanike polimerov in kompozitov.
Ker je slovenska industrija globoko integrirana v avtomobilski sektor in sektor gospodinjskih aparatov, naši prispevki razumevanja učinkov recikliranja, napovedovanja trajnosti polimerov in izboljšanja fizikalnih lastnosti polimerov z dodajanjem polnil močno prispevajo k trajnostnim proizvodom, procesom in rešitvam. Tako lahko ugotovitve našega programa bistveno povečajo dodano vrednost in konkurenčnost podjetij na svetovnem trgu.
Za gospodarski napredek vidimo veliko priložnost pri elektroprevodnih polimernih materialih (materiali z ogljikovimi nanocevkami, CNT). Z razumevanjem mehanizmov nastajanja CNT omrežja bomo lahko izdelali večfunkcionalne materiale, ki jih lahko uporabimo kot senzorje, kjer ni potrebe po nosilni konstrukciji in ločenem zaznavnem elementu. To odpira nove možnosti za vgradnjo senzorjev v strukture (na primer neposredno v krila letala ali avtomobilske dele).
Ocenjujemo, da bo raziskovalno delo našega programa neposredno vplivalo na promocijo države Slovenije, saj bomo še naprej sodelovali z našimi dolgoletnimi partnerji iz tujine: Montanuniversität Leoben, Avstrija; Državna univerza Saratov; Rusija in Univerza Saitama na Japonskem. Še en način, kako postaviti državo na zemljevid sveta, bomo dosegli tudi z razširjanjem rezultatov našega dela na mednarodnih konferencah.
S sodelovanjem s tujimi partnerji bomo imeli neposreden dostop do tuje raziskovalne opreme in znanja. V Montanuniversität Leoben v Avstriji imamo dostop do napredne eksperimentalne opreme za materiale in znanje za obdelavo polimerov ter izkušnje s kompoziti z visoko koncentracijo trdnih delcev. Na državni univerzi Saratov; Rusija, je na voljo oprema za proizvodnjo membran „pajkovih mrež“. S partnerji iz Univerze Saitama na Japonskem, delimo in nadgrajujemo znanje o časovno odvisnem obnašanju polimerov in kompozitov ter razvoju novih eksperimentalnih metod in tehnik.
Pomemben prispevek raziskav programske skupine pa vidimo tudi pri razvoju kadrov. Znanstvene ugotovitve, ki izhajajo iz raziskav predstavljenega programa, bodo neposredno vključene v vsebine predavanj za študente, ki jih pripravljamo raziskovalci programske skupine. Na ta način bodo študenti in bodoči inženirji izpostavljeni najsodobnejšim znanjem, kar bo omogočilo njim in podjetjem konkurenčno prednost.
