Projekti / Programi
Trajnostni Polimerni materiali in Tehnologije
01. januar 2015
- 31. december 2019
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Polimeri, nanoporoznost, granuliranost, časovna-odvisnost, mehanske lastnosti, mehanska spektroskopija, predelovalne tehnike, termo-mehansko, lokalna dostava zdravil, merilne naprave, ne-linearni viskoelastični modeli, reologija, medicinska diagnostika, prosti volume, trajnost
Raziskovalci (13)
Organizacije (1)
Povzetek
Program “Trajnostni Polimerni materiali in Tehnologije”, ki je nadaljevanje raziskovalnega programa “Inteligentni Polimerni materiali in tehnologije” ima cilj, da zagotovi osnovno znanje in razumevanje nelinearnega časovno-odvisnega vedenja sintetičnih in bioloških polimerov in njihovih kompozitov. To znanje omogoča nove inovativen rešitve izdelkov in tehnologij, ki predstavljajo tehnološko ter gospodarsko priložnost za Slovenijo. Program je razdeljen v 3 komplementarne raziskovalne sfere, ki so povezane med sabo.
Prva raziskovalna sfera se ukvarja s preučevanjem strukturnih lastnosti polimernih materialov (brez spreminjanja kemijske sestave) in načinov kako lahko nadzorujemo inherentno topologijo strukture, posledično pa njihove fizikalne lastnosti, ki jih je mogoče prilagajati posameznim aplikacijam.
Druga raziskovalna sfera se, na eni strani, osredotoča na razvoj eksperimentalnih tehnik za analizo materialnih časovno-odvisnih lastnosti, ki bodo omogočale napovedovanje trajnosti polimernih materialov izpostavljenih težkim pogojem obremenjevanja. Po drugi strani pa bo razvoj šel v smeri raziskav in razvoja eksperimentalnih tehnik za mehansko spektroskopijo bio-materialov, ki bi lahko bile uporabljene kot diagnostične metode za napovedovanje zdravstvenega stanja ljudi.
Tretja sfera se osredotoča na razvoj teoretičnih in numeričnih orodij, ki skupaj z novimi eksperimentalnimi metodami omogočajo napovedovanje mehanskega obnašanja sintetičnih in bio-polimerov in njihovih nano-, mikro-, in makro kompozitov na daljše časovno obdobje.
Pridobljeno znanje bo uporabljeno za razvoj boljših materialov za toplotno, zvočno, vibracijsko in udarno izolacijo/dušenje, ki se uporabljajo v gospodinjskih aparatih, transportnih sistemih, globokomorskih naftnih aplikacijah, ter vesoljskih aplikacijah (v sodelovanju s korporacijo "NPO Machinostroyeniye" in Bauman University, Rusija). Znanje bo uporabljeno tudi za optimiranje vhodnega material v postopku injekcijskega brizganja prahu (v sodelovanju z korporaijo BASF ).
Rezultate bomo uporabili tudi za razvoj novih diagnostičnih orodij v medicini (razvoj neinvazivne mehanske spektroskopije) in tehnologijo za shranjevanje zdravilnih učinkovin v medmolekularni prostor biorazgradljivih poliamidov in njihovo ciljno sproščanje v obolelo tkivo. (v sodelovanju s Fresenius-Kabi).
Nenazadnje, razvito teoretično znanje bo uporabljeno za optimizacijo pogojev predelave in natančno napoved trajnosti strukturnih elementov in izdelkov iz časovno odvisnih materialov. Implementacija bazičnega znanja v industrijsko okolje se bo izvajal v obstoječih (Gorenje , odelo , BSH , Elan , Hella Saturnus - Danfoss , ...), kot tudi novih spin- off podjetij. Zato lahko rečemo, da program ima in bo imel pomemben vpliv na znanstveni in družbeno-ekonomski napredek Slovenije.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani program ima več ciljev: 1) preučevanje relacije med strukturnimi lastnostmi polimernih materialov in načinov kako kontrolirati to strukturo, tako da se prilagodi določeni aplikaciji; 2) razvoj merilnih tehnik za določanje časovno-odvisnih mehanskih lastnosti in 3) razvoj teoretičnih in numeričnih orodij, ki so lahko skupaj s eksperimentalnimi podatki uporabljeni za napovedovanje obnašanja polimerov in njihovih kompozitov pod vplivom ekstremnih pogojev. Zato bo predlagani program direktno prispeval k razvoju znanosti v naslednjih področjih:
I. Vpliv multimodalne porazdelitve velikosti delcev in multimodalne molekulske mase (multimodalnost) na časovno-odvisne mehanske lastnosti granuliranih/poroznih materialov in kompozitov iz granuliranih materialov. To znanje nam bo omogočilo pripravo materialov 'po meri' z predefiniranimi termo-mehanskimi lastnostmi, ki se lahko uporabljajo v številnih aplikacijah. Pričakujemo, da bomo prišli do temeljnega razumevanja naših empirično pridobljenega znanja povezanega s vedenjem granuliranih sistemov. Znanje na tem področju je še vedno precej elementarno in obstaja prostor za izboljšave ali razvoj povsem novih teoretičnih modelov.
II. Prispevek vidimo tudi pri razumevanju temperaturnih in tlačnih učinkov na vedenje polimerov in mikro/nano kompozitov. Malo je znanega o vplivu tlaka na vedenje polimerov in kompozitov, še zlasti ko tlak preseže 1000 bar. Iz naših preteklih izkušenj vemo, da se pri povečanem hidrostatičnem tlaku, strižne lastnosti polimerov lahko spremenijo za več velikostnih razredov, medtem, ko toplotni raztezek in ostale gmotnostne lastnosti ostanejo praktično nespremenjene. To je pomembno predvsem v aplikacijah kjer so materiali izpostavljeni velikim temperaturnim gradientom, kot na primer visoko-tlačno injekcijsko brizganje in globoko-morsko črpanje nafte. S pridobljenimi podatki bi bilo mogoče preveriti, če so obstoječi modeli, ki upoštevajo relativni čas (npr. Knauss-Emri-Liechti), primerni za uporabo v teh aplikacijah ali pa so potrebne nadaljnje izboljšave modelov. Če je temu tako, potem bo računalniški program z vgrajenim modelom omogočil oblikovanje in definiranje ustreznih tehnoloških parametrov in napoved trajnosti izdelkov pri ekstremnih obremenitvenih pogojih.
III. Prispevek programa vidimo tudi na področju medicine, s preučevanjem odnosa med mehanskimi lastnostmi biopolimerov (npr. koža) in zdravstvenega stanja posameznika. Prav tako, bomo na področju medicine preiskovali odnos med strukturo in sorpcijskimi lastnostmi polimernih materialov z gradientno strukturo za zdravila ali druge terapevtske snovi. To znanje bo prispevalo k razvoju novih implantabilnih naprav za lokalno zdravljenje bolezni.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani program je usmerjen v ustvarjanje bazičnih znanj in eksperimentalnih metod, ki so potrebne za razvoj tehnološkega preboja na področju nano-in mikro strukturiranih polimernih materialov. S takšnimi materiali lahko ciljamo na več različnih trgov, od medicinskih naprav za vsadke (vsadki in prenašalci zdravil) do termičnih, zvočnih, vibracijskih izolacij in zaščitnih sredstev pred udarci. Na primer, velikost trga v primeru medicinskih vsadkov je ocenjen na 265 milijard € do leta 2015, medtem, ko je velikost trga povezan s izolacijo ocenjena na 38 milijard € do leta 2018. Vstop v te niše z višjo dodano vrednostjo (še zlasti medicinski pripomočki) predstavlja za Slovenijo tehnični in socio-ekonomski izziv in veliko priložnost. Prispevek programa se lahko oceni z različnih vidikov:
Trajnostni socio-ekonomski in kulturni razvoj
Razvoj polimernih materialov z nastavljivimi lastnostmi in razumevanje kako spremeniti njegovo strukturo je kritičnega pomena za razvoj tehnologije in izdelovalnih postopkov večih Slovenskih produktov (od smuči do pralnih strojev). Z razumevanjem vedenja polimernih materialov pri ekstremnih termo-mehanskih robnih pogojih lahko bistveno vplivamo na hitrost izdelovalnega procesa, kar vodi v zmanjšanje stroškov končnega produkta & povečanje konkurenčnosti proizvodnih podjetij. Pridobljeno znanje v okviru programa se bo tudi uporabilo za proizvodnjo tehnologij za zmanjšanje vibracij in obremenitev s hrupom, ki ga povzročajo gospodinjski aparati in prometna infrastruktura. Zmanjšanje vseh tipov obremenitev predstavlja izboljšanje kakovosti življenja Slovencev. Razvoj terapevtskih tehnik, ki temeljijo na nano-strukturiranih materialih bo Slovenijo postavilo ob bok vodilnim državam na svetu na tem področju, kar prinaša gospodarski uspeh.
Tehnološki razvoj
Naš program je v skladu s cilji, določenimi v okviru slovenske industrijske politike in strateškega razvoja Slovenije; oba dokumenta namreč opredeljujeta kot prednostno nalogo tehnološki razvoja & spodbujanje njegove uporabe v industriji. Med drugim, so prednostna področja napredni materiali, napredne proizvodne in predelovalne tehnologije. Program je naravnan tako, da bo pridobil znanja, ki ga slovenska industrija potrebuje in sicer v tistih segmentih, kjer je mogoče dvigniti dodano vrednost izdelka z izrabo posebnih lastnosti novih materialov. Na ta način povečujemo konkurenčnost podjetij. Integrativne raziskovalne dejavnosti se bodo izvajale v okviru Inštituta za sonaravne inovativne tehnologije - ISIT. ISIT ponuja okolje, v katerem se združujejo temeljne raziskave, razvoj in izobraževanje strokovnjakov z namenom ustvarjanja novih spin-off podjetij, ki vodijo do gospodarskega uspeha.
Preskok industrijskih izdelkov v višji cenovni razred in razvoj najsodobnejše tehnologije bo prispevala k dvigu socio-ekonomske ravni Slovenije, imel bo pa tudi pozitiven in konstruktiven vpliv na vse ravni družbenega in kulturnega razvoja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
