Beskrivelse

Formålet med innovationskonsortiet er at udvikle nye materialer og produktionsmetoder til fremstilling af produkter og komponenter, der kan anvendelse i ekstreme miljøer. Kravene til materialerne er defineret ud fra deres operationelle miljø og de dertil nødvendige egenskaber. Det er Innovationskonsortiets mål, at tilgangen til projektet dækker både den teoretiske modellering og engineering, karakterisering af materialernes bulk, grænseflade og overflade på atomart niveau samt funktionel design af disse nanokomposit materialer på nano- og mikroskopisk niveau.

Den overordnede strategi for forskningen i innovationskonsortiet er at opnå en dybere forståelse for de fænomener, der relaterer sig til nanopartikel-matrix grænsefladen, for derigennem at kunne udnytte nanokompositternes potentiale. Den centrale hypotese i projektet er:

En fundamental forståelse og kontrol af nanopartikel-polymer grænsefladen vil udløse en betydelig forbedring af nanokompositegenskaberne på flere niveauer

Der arbejdes mod det fælles mål ved at opbygge grundlæggende viden om syntese og karakterisering af nye polymer nanokompositter, herunder:

Forståelse af de ekstreme og komplekse mekaniske påvirkninger, som materialerne udsættes for, herunder en forståelse af materialernes respons

Udvikling af hybrid- og multifase nanokompositter med en designet struktur og sammensætning på det atomare, nanoskopiske og mesoskopiske niveau

Nye procesveje for at syntetisere disse materialer samt opskalere dette til industriel pilotproduktion

Udvikling af teoretiske modeller til analyse af de viskoelastiske og viskoplastiske egenskaber af polymer nanokompositten. Målet er på den ene side at fremskaffe data, der kan anvendes ved numeriske analyser, og som kan indgå i konventionelle FEM beregningsprogrammer

På denne baggrund arbejdes der med anvendelsesorienteret udvikling af:

Materialeudvikling af hybrid- og multifase nanokompositter

Procesteknologier til fremstilling af både hærdeplastbaserede polymernanokompositter og termoplastbaserede polymer nanokompositter

Fysisk kemisk karakterisering samt test af materialer og komponenter med hensyn til ydeevne og holdbarhed

Baggrund

Danmark er kendt for at have et betydeligt antal firmaer, der producerer produkter og komponenter til high-end applikationer i ekstreme miljøer. Diversiteten i de ekstreme miljøer er stor (termisk påvirkning, fysisk/mekanisk påvirkning, stråling og aggressive kemikalier), og som oftest er der en samtidig påvirkning af mange faktorer. Som et eksempel kan nævnes LM Glasfibers produktion af vindmøllevinger, hvor der er stadig stigende krav til både ydeevne og holdbarhed, samtidig med at vindmøllerne og dermed også vingerne skal være vedligeholdelsesfri. Et andet eksempel er Xperions produktion af komponenter til satellitter og rumsonder, hvor disse skal have et ekstremt styrke/vægt-forhold, tillige med at integriteten i form af høj kvalitet og holdbarhed skal være dokumenteret i hele produktets levetid. Materialer til fly- og helikopterdele, som vinge, hale, ophæng, motordele mv. er et andet område, hvor der kræves materialer med store krav til funktion og levetid.

For at holde sig i front og dermed fastholde den danske styrkeposition i disse videnstunge og attraktive branchesegmenter er det nødvendigt at udvikle helt nye og "ekstreme" materialer. Hybrid nanokompositter og multifase nanokompositter har potentialet til at generere det næste store spring i materialeegenskaber, og der er netop nu store gennembrud i den internationale forskningsverden inden for disse nanostrukturerede og nanoforstærkede materialer. Perspektiverne i anvendelsen af nanokompositmaterialerne er flerstrengede. Lette materialer med forbedrede performance egenskaber har stor fokus i fx luftfart, hvor nedbringelse af CO2 emissionen er en vigtig parameter. Et andet perspektiv er diffusionstæthed af drikkevandsledninger, således at de kan føres gennem fx forurenet jord.

Partnere

Barsmark A/S

Danfoss A/S

LM Glasfiber A/S

Nkt cables a/s

SP Group A/S

Terma A/S

Uponor A/S

Xperion A/S

Danmarks Tekniske Universitet, Dansk Polymercenter, Institut for Kemiteknik

Aalborg Universitet, Institut for Produktion

Teknologisk Institut, Center for Plastteknologi

Styregruppe

  • Barsmark A/S, Logistics Manager Lars Bertelsen
  • Danfoss A/S, R&D Manager Peter Johannesen
  • LM Glasfiber A/S, Innovations and Patent Manager Peter Grabau
  • Nkt cables a/s, Laboratoriechef Keld Venø-Poulsen
  • SP Group A/S, Udviklingsdirektør Jens Hinke
  • Terma A/S, Vice President, Aerostructures Peter Worsøe
  • Uponor A/S, Vice President Per Holtstrand
  • Xperion A/S, Technical Manager Gert Hoffmann
  • Danmarks Tekniske Universitet, Dansk Polymercenter, Institut for Kemiteknik, Professor Søren Hvilsted
  • Aalborg Universitet, Institut for Produktion, Professor Jesper de Claville Christiansen
  • Teknologisk Institut, Center for Plastteknologi, Centerchef Anne-Lise Høg Lejre

Traditionel materialeudvikling er nået til et stadie, hvor der kun ses inkrementelle forbedringer, og der er behov for at etablere en helt ny platform for materialeudvikling. Dette blev bl.a. påpeget ved det seneste NanoEuroForum meeting i juni 2007. Argumentet var, at selvom nanoteknologien tilskrives store muligheder for at udvikle nye innovative materialer, så mangler der stadig følgende delelementer for at facilitere og ikke mindst at accelerere implementering af nanomaterialer i forskellige slutprodukter:

Der mangler en forståelse for grænsefladen, herunder af adhæsionsmekanismer mellem nanopartikler og polymermatrix

Der mangler matematiske modeller og simuleringer af nanomaterialer

Der mangler en sammenhæng mellem "size effect" og makroegenskaber

Der mangler integration af ny nanoteknologi i eksisterende produkter

De nødvendige kompetencer er til stede i dette konsortium, da det bygger på allerede eksisterende danske styrkepositioner inden for udvikling og karakterisering af nanomaterialer, SI-ATRP syntese (surface initiated atom transfer radical polymerisation), syntese af avancerede blok-copolymerer samt opbygning af konstitutive modeller. Dertil kommer, at de deltagende virksomheder hver især besidder unikke kompetencer inden for deres forretningsområde, og de stiller tillige deres markedsmæssige erfaring, pilotanlæg og testfaciliteter til rådighed for de øvrige partnere i konsortiet, således at der opnås en hidtil uset udviklings-, produktions-, test- og analyseplatform.  

Delprojekter

Konsortiet arbejder med følgende delprojekter:

F1 Polymer graftede carbon nanotubes og nanoclays (DTU), herunder:

Fremstilling af overfladeinitiatorer til ATRP

Kompatibilisering ved SI-ATRP

Fremstilling af nanokompositter

F2 Matematisk modellering - udvikling af konstituelle modeller (AAU), herunder

Numerisk simulation af de tids- og hastighedsafhængige karakteristika af nanokompositter

Analyse af de viskoelastiske og viskoplastiske karakteristika af nanokompositter

Undersøgelse af ikke-monotone deformationsmønstre

Undersøgelse af diffusion af små penetrerende molekyler

Desuden vil der blive arbejdet med følgende Teknologiprojekter:

TP1 Identifikation og udvælgelse af kommercielle funktionaliserede nanopartikler samt kompatibilisers
TP2 Udvikling af produktionsteknologier til fremstilling af nanokompositter
TP3 Karakterisering af polymer nanokompositter

 

http://extremematerials.teknologisk.dk/_root/media/33287_Ingeni%F8ren%2016.januar%202009-Materialer%20til%20extreme%20milj%F8er%20giver%20konkurrencefordel%20.pdf

 

http://extremematerials.teknologisk.dk/24828

StatusIgangværende
Effektiv start/slut dato19/05/2010 → …
ID: 214601941