Projekti / Programi
Polimerni nano-kompoziti za visoko obremenjene sodobne mehanske komponente z izboljšanimi tribološkimi lastnostmi, izdelani z enovitim postopkom do skoraj-končne oblike
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.03 |
Tehnika |
Konstruiranje |
Specialna razvojna znanja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
Nanodelci, nanokompoziti, polimeri, mejni filmi, trenje, obraba, elektroforetska depozicija, tribologija, MoS2, WS2, nanocevke, fulereni
Raziskovalci (22)
Organizacije (2)
Povzetek
Projekt se osredotoča na raziskavo formiranja in učinkovitosti triboloških površinskih mejnih filmov v kontaktih na novo razvitega polimernega nanokompozita na osnovi PEEK-a, prilagojenega za delovanje v okolju brez dodatnega mazanja, kar bomo dosegli s pomočjo »samomazalnih« MoS2 in WS2 nanodelcev. Razvoj polimernega kompozita z načrtovanjem triboloških mejnih plasti je ciljno usmerjen k uporabi v visokotehnoloških produktih, kjer se zahteva majhna teža mehanskih komponent, a hkrati odlične mehanske in tribološke lastnosti.
Z inovativno uporabo postopka elektroforetske depozicije (EPD) za izdelavo polimernega nanokopozita (Odsek za nanostrukturne materiale, IJS, dr. S. Novak) bomo dosegli visoko homogenost nanokompozita, kar za nano MoS2 in WS2 nanodelce doslej še ni bilo doseženo. Homogenost je zaradi aglomeracije nanodelcev danes ključna ovira za razvoj samomazalnih, pa tudi vseh ostalih nanokompozitov. EPD postopek hkrati omogoča izdelavo končnih komponent kompleksnih 3D oblik v enovitem postopku, brez dodatne mehanske obdelave, pri kvaliteti, kakršne v dosednjih postopkih izdelave polimernih nanokompozitov ni možno doseči, kar je izjemna sinergijska prednost tega postopka. Istočasno EPD postopek predstavlja izdelavo iz tekoče faze, kar je zaradi nano-varnosti izjemnega - morda celo odločujočega pomena za hitrejši razvoj nanotehnologij v proizvodnji v svetovnem merilu.
Kot nanodelce bomo uporabili MoS2 in WS2 nanodelce z natančno kontroliranimi lastnostmi, pripravljene na Weizmann Institute of Science v Izraelu, pri prof. Tenne-ju, ki je hkrati izumitelj le-teh, in ki bo tudi sodeloval na projektu, s čimer bomo odpravili pogoste negotovosti pri natančnem poznavanju lastnosti teh delcev. Dodatno bomo komplementarne MoS2 nanocevke tipa »mama-tube«, ki so po svoji strukturi drugačne in v svetu unikatne, pridobili še v spin-off podjetju Nanotul d.o.o. Odseka za fiziko trdne snovi, IJS (dr. M. Remškar), s katerimi tudi že sodelujemo na sorodnih projektih. Eden od ključnih vidikov pri razumevanju in zagotavljanju mehanskih in triboloških lastnosti nanokompozitov je optimalna uporaba nanodelcev (oblika, velikost, koncentracija) in posledično struktura nanokompozita, ter adhezijske lastnosti med nanodelci in PEEK matrico.
Z namenom teoretične obravnave in napovedi teh pojavov, bomo uporabili numerične simulacije od molekularne do mezo skale. Raziskavo bodo izvajali v skupini v CNRS in Blaise Pascal University (dr P. Malfreyt in dr. A. Padua, Molecular Interactions and Thermodynamics Laboratory, Clermont-Ferrand, France), ki je vodilna skupina za numerične simulacije polimerov na več skalah (multi-scale).
V Centru za tribologijo in tehnično diagnostiko, UL (dr. M. Kalin) bomo izvajali celovite tribološke študije in analize površinskih mejnih filmov. Na osnovi triboloških in teoretičnih rezultatov bomo s funkcionalizacijo nanokompozita in načrtovanjem površinskih mejnih filmov dosegli formiranje mejnih filmov z ustreznimi mehanskimi ter fizikalno-kemijskimi lastnosti, s tem pa zagotavljali nizko trenje in trajnost površin. Mehanske in termične lastnosti nanokompozita in mejnih filmov bomo preizkušali in optimirali v okviru dveh specializiranih skupin na svojem področju (Fakulteta za strojništvo, UL, prof. Emri in prof. Golobič).
V tem projektu želimo tako z interdisciplinarnostjo in inovativnostjo uporabljenih postopkov, materialov in raziskav ter vključitvijo kar 6 svetovno priznanih ali celo vodilnih znanstveno-raziskovalnih centrov, vsakega na svojem področju, razviti in doseči hkrati več znanstvenih in delno aplikativnih ciljev. Ti ki predstavljajo več novosti na različnih področjih v svetovnem merilu in bodo omogočili izrazito konkurenčno prednost slovenske industrije v proizvodih z najostrejšimi tribološkimi zahtevami. Istočasno upamo, da se bo v katerem od inovativnih ciljev projekta realizirala možnost za razvoj novih materialov, izdelkov ali storitev za prodor na globalni trg.
Pomen za razvoj znanosti
V tem projektu so bili pridobljeni različni znanstveno-relevantni rezultati, ki predstavljajo pomemben preskok v smeri zmanjševanja trenja in obrabe ter uporabe polimernih kompozitov s samomazalnimi delci za visoko tehnološke aplikacije. Inovativna uporaba postopka elektroforetske depozicije za izdelavo polimernih delov iz vodne suspenzije je doprinesla dodatno razumevanje uporabe takšnega postopka. Izdelana je bila celovita študija vpliva samomazalnih delcev na osnovi MoS2 in WS2 na tribološke, mehanske, termične in kemijske lastnosti polimera PEEK, kar do sedaj še ni bilo izvedeno. Z izdelavo kvalitetnih in predvsem homogeno strukturiranih kompozitov smo dosegli ponovljivo in relevantno preizkušanje triboloških lastnosti PEEK polimernih kompozitov. Z uporabo kvalitetnih MoS2 in WS2 delcev s kontrolirano strukturo in sestavo smo prvi določili delujoče mehanizme mejnega mazanja teh delcev v polimernih kompozitih. Z variacijo različnih morfologij nanodelcev in mikrodelcev smo kot prvi podali korelacijo med formiranjem prenosnega filma ter strukturnimi in mehanskimi lastnostmi. Uspešno smo določili povezavo med morfologijo, koncentracijo in materialom nanodelcev z mehanskimi in termičnimi lastnostmi polimernih samomazalnih nanokompozitov.
Pomen za razvoj Slovenije
Vsebina in rezultati tega projekta se nanašajo na temeljne znanstvene probleme ter tehnološke aplikacije in razvoj. Uporaba polimerov ter polimernih kompozitov se dandanes močno povečuje, pri čemer se povečujejo tudi zahteve po dobrih mehanskih in triboloških lastnostih. V Sloveniji imamo zelo razvite panoge s številnimi uspešnimi podjetji, vpetimi tudi v mednarodne avtomobilske industrije in industrije gospodinjskih aparatov, ki vedno bolj pogosto posegajo po polimerih kot zamenjavo za kovinske elemente. Pri takšnih zamenjavah je zelo pomembno, da polimerni materiali zagotavljajo enako funkcionalnost kot kovinski materiali, pa vendar pri nižji teži, lažji izdelavi ter posledičnimi nižjimi stroški. Kljub temu, da je bil projekt temeljno usmerjen, je bil njegov posredni cilj tudi izdelava tribološko in mehansko učinkovitega PEEK nanokompozita za realne mehanske komponente, ki bi se lahko uporabljale v slovenski industriji. Rezultati tega projekta bodo tako lahko imeli široko uporabnost v različnih panogah slovenske industriji. Z razvojem polimernega nanokompozita ter načrtovanjem ustreznih mejnih filmov smo dosegli zmanjšanje trenja in obrabe, kar neposredno privede do manjših energijskih izgub, manjšega onesnaževanja, prihrankov pri osnovnih surovinah, povečane zanesljivosti in trajnosti mehanskih sistemov ter zmanjšanja vzdrževanja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
