nasjonalt senter for komposittkompetanse FREMTIDENS KOMPOSITTMATERIALER FREMTIDENS KOMPOSITTMATERIALER UTFORDRINGER OG MULIGHETER. Nasjonalt Senter for Komposittkompetanse Prosjektleder; Harald Bertin Jøsendal 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 1
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
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
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; www.boeing.com Bilde: Seilbåt; P. Stachel, Menzolite GmbH Nasjonalt senter for komposittkompetanse 4
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
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
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 7
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 8
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 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 9
Drivende faktorer for å ta i bruk kompositter Bilde: Drivende faktorer for å ta i bruk kompositter 26.09.2014 Kilde: www.vistagy.com Nasjonalt senter for komposittkompetanse 10
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 11
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 12
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 13
Hva er det viktigste konstruksjonsmaterialet om 20 år? Aluminium Karbonfiberkompositt Grafen Annet? Avhenger av sertifisering 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 14
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 15
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 16
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) 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 17
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 18
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 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 19
26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 20
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 21
Trebroer og kaianlegg. Spennlaminerte dekker. Glassfiber spennstenger kan løse de problemer som har vært med spennlaminerte trebroer og kaianlegg. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 22
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. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 23
Tanksystemer og membraner. Nye materialer for tette membraner (hydrogen & andre gasser). 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 24
Takk for oppmerksomheten. Fremtidens komposittmaterialer trenger å bli grønnere, og morgendagens produkter fra skogindustrien vil bli kompositter. 26.09.2014 Nasjonalt senter for komposittkompetanse 25