FREMTIDENS KOMPOSITTMATERIALER

Transkript

1 nasjonalt senter for komposittkompetanse FREMTIDENS KOMPOSITTMATERIALER FREMTIDENS KOMPOSITTMATERIALER UTFORDRINGER OG MULIGHETER. Nasjonalt Senter for Komposittkompetanse Prosjektleder; Harald Bertin Jøsendal Nasjonalt senter for komposittkompetanse 1

2 Kort historikk: Mars 2006: Forstudie: Working Group Composites; Team New Combat Aircraft Norway (FD, ND, IN, FSI, KDA; Umeo, Nammo, Hexagon) November 2007: Nasjonalt senter for komposittkompetanse opprettes av Innovasjon Norge som næringsdrivende stiftelse. Startkapital bevilget av Innovasjon Norge. Mars 2008: Stiftelsen registreres i Brønnøysundregistrene og Lotteri- og stiftelsestilsynet. Oktober 2008: Daglig leder tilsettes. 21. september 2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 2

3 nasjonalt senter for komposittkompetanse MANDAT: Fremme norsk næringsutvikling innen avanserte komposittmaterialer gjennom aktiv samordning av kunnskapsoverføring og teknologiutvikling. 21. september 2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 3

4 Definisjon av kompositt: To eller flere materialer satt sammen, slik at de gir et sluttprodukt med vesentlig bedre lastbærende egenskaper enn materialene hver for seg. -fiber + lim (matrise) -lin + vannbasert akryl (biokompositt) Spesielt for kompositter er at materialene etter sammenblanding herdes i en prosess. Bilde: Boeing 787; Bilde: Seilbåt; P. Stachel, Menzolite GmbH Nasjonalt senter for komposittkompetanse 4

5 Definisjon av biokompositt: Biokompositt er en kompositt hvor fiber og matrise (lim) er biologisk nedbrytbar. -lin + vannbasert akryl virker mest lovende for øyeblikket. Hybridmateriale/multimaterieler: Kompositt som inneholder noe mer. Karbonfiber, epoxy og keramikk. Nasjonalt senter for komposittkompetanse 5

6 Kompositt To hovedtyper: Termoplast: Termoplast kjennetegnes ved at den kan formes på nytt ved å varmes opp (frie ubundet polymerkjeder) Herdeplast: Herdeplast får endelig form når plasten er herdet. Kan ikke varmes opp og formes på nytt. Generelt når det er snakk om komposittmaterialer, så menes det herdeplast (kjemiske tverrbindinger mellom polymerkjedene) Nasjonalt senter for komposittkompetanse 6

7 Hva gjør kompositter spesielle i forhold til andre materialer? Skreddersøm: Designe for ønskede egenskaper. Ulik styrke i ulike retninger Fleks/nedbøyning Ulik vridning i ulike retninger Lav vekt Høy styrke/vekt forhold Høy stivhet/vekt forhold Svært god korrosjonsbestandighet Gode utmatningsegenskaper Sandwich konstruksjon. Tynne overflater med en tykk lett kjerne Nasjonalt senter for komposittkompetanse 7

8 Sandwich-konstruksjon En sandwich består av en lettvekts kjerne (gjerne skum) og tynne laminerte kompositt overflater. En sandwich har det høyeste stivhet til vekt forhold og styrke til vekt forhold. Hoved hensikten med kjernematerialet er å øke bøyestivheten til materialet ved å øke tykkelsen av laminatet med et lett kjernemateriale. En av de viktigste egenskapene ved kjernematerialet er å ta opp skjærspenninger. I tillegg må kjernematerialet kunne ta opp kompresjonsspenning uten å briste Nasjonalt senter for komposittkompetanse 8

9 Ulike typer kjernematerialer Papp Termoplaster (ABS, polycarbonat, PP, polyetelen) Tre Metaller (aluminium) Nomex (kevlar basert papir) Balsa Bilde: Honycomb kjerne Kilde: sea-cubed-composites.com Nasjonalt senter for komposittkompetanse 9

10 Drivende faktorer for å ta i bruk kompositter Bilde: Drivende faktorer for å ta i bruk kompositter Kilde: Nasjonalt senter for komposittkompetanse 10

11 Produktene av i morgen må og skal benytte de materialer og fremstillingsprosesser som er best egnet for formålet....utvikle fremtidens produkter med enda bedre, fremtidige materialer. (Asle Isaksen, Plastforum) Materialsektoren har behov for nye materialkonsepter for å utvikle fremtidens produkter. Bruk av skogbaserte komponenter (trefiber, nanocellulose) kan tilføre nye egenskaper (bl.a. funksjonalitet, styrke) til eksisterende materialkonsepter, samt åpne for helt nye produktmuligheter Nasjonalt senter for komposittkompetanse 11

12 Formål med Prosjekt Trefiber Prosjekt Trefiber skal bidra til å fremme mulighetsområdene for bruk av trefiber innen ulike sektorer. Videre skal prosjektet bidra til å fremskaffe utviklingsprosjekter i næringen, og søke samarbeidstiltak og nettverksbygging mellom bedrifter og sektorer. Prosjektets hovedmål: Bidra til å fremme konkurransedyktig produksjon basert på trefiber og verdiskaping i Norge Nasjonalt senter for komposittkompetanse 12

13 Både termoplaster og herdeplaster er foredlet fra råolje. Ikke bærekraftig. Kommer dårlig ut i livsløpsanalyser. Termoplaster kan gjenvinnes ved at de varmes opp og formes på nytt. Herdeplaster brennes ved gjenvinning; i sementproduksjon, andre alternativer bruker farlige kjemikalier eller mer energi. Glassfiber kan dekomponeres til sand. Karbonfiber brytes aldri ned Nasjonalt senter for komposittkompetanse 13

14 Hva er det viktigste konstruksjonsmaterialet om 20 år? Aluminium Karbonfiberkompositt Grafen Annet? Avhenger av sertifisering Nasjonalt senter for komposittkompetanse 14

15 Karbonfiber fra skog. Lignin. Tradisjonell karbonfiber har dårlig energiregnskap og livsløpsanalyse. Billigere enn lignin-basert karbonfiber Lignin skilles ut som biprodukt allerede i dag. Det er etablert forsknings produksjonslinjer som gjør lignin om til karbonfiber. Prosessen er ikke kommersialiserbar med dagens teknikk Gel-spinning er et av prosessleddene som må løses mye bedre Nasjonalt senter for komposittkompetanse 15

16 Multimaterialer/hybridmaterialer. Kompositter vil i større grad være multifunksjonelle og derfor multimaterialer. Etterspurte materialegenskaper er alltid lav vekt. Nanoforsterknings fiber og overflatebelegning. Langfibret forsterkning i termoplast gjør at skille mellom termoplast og herdeplast blir mindre. KTH har forsket på karbonfiberkompositt sin evne til å være oppladbart batteri Nasjonalt senter for komposittkompetanse 16

17 Energiregnestykket og livsløpsanalyse. Kompositter vil fremstilles med fokus på energiregnestykket, i tillegg må energi og prosesskostnader vektlegges Livsløp (nedbrytnings-strategi og energiregnestykket i dette). Bio-kompositter har gode livsløpsanalyser. Grønn vekst:«det blir enten grønn vekst, eller ingen vekst»(eu) Positive miljøeffekter over livsløpet ved å holde ressursene i kretsløpet og minimere mengden restavfall - sirkulær økonomi. (EU) Nasjonalt senter for komposittkompetanse 17

18 Biokompositt: Perfekt, sett i lys av bærekraft. Utfordringer i styrke/vekt forhold. The developed flax tapes reinforced Acrodur biocomposite is actually under integration for automotive applications. Future possibilities of the work include the characterization and numerical modeling of the creep-relaxation behavior of these biocomposites and their use in honeycomb sandwich plates Nasjonalt senter for komposittkompetanse 18

19 Kortreist plast. Bio-plast generasjon 2 Plast fra bioetanol. Etterspørsel 2020; 12 millioner tonn (5) I forhold til energiregnestykket burde denne produseres lokalt der skogen avvirkes. Derav kortreist. Betalingsviljen for grønne produkter er lav. Spesielt på forpakning. Norgesgruppen støtter prosjekt i Sverige; der de kjøper sine plastposer. Biopolyeten V.S oljebasert polyeten. 62 trær eller 82,5 tonn sukker eller 708 fat olje gir 3 tonn polyeten. Lars Lundin. Trioplast Nasjonalt senter for komposittkompetanse 19

20 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 20

21 Sandwich konstruksjon. Mjøs element. Polyuretan. Kryssfiner av bjørk. Redusert energiforbruk til bolig- og næringsbygg fremmet gjennom EU og sentrale myndigheter. 40 % av all energi i Europa benyttes til oppvarming og kjøling av våre boliger Ski. Sport og friluftsprodukter Nasjonalt senter for komposittkompetanse 21

22 Trebroer og kaianlegg. Spennlaminerte dekker. Glassfiber spennstenger kan løse de problemer som har vært med spennlaminerte trebroer og kaianlegg Nasjonalt senter for komposittkompetanse 22

23 Ortopedteknikk. Proteser Nye materialer for bi-kompatibilitet. Utforme en protese som følger intensjonen om bedret kontakttrykk, men ved å forsøke å velge mer optimale materialer og forbedret material sammensetning. Kroppsnært exo-skeleton som bruker metall, karbonfiberkompositt; biokompositt og silikoner der dette er riktig Nasjonalt senter for komposittkompetanse 23

24 Tanksystemer og membraner. Nye materialer for tette membraner (hydrogen & andre gasser) Nasjonalt senter for komposittkompetanse 24

25 Takk for oppmerksomheten. Fremtidens komposittmaterialer trenger å bli grønnere, og morgendagens produkter fra skogindustrien vil bli kompositter Nasjonalt senter for komposittkompetanse 25