Nacionalni projekti

arrs1.png

 

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

  • Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
  • Šifra projekta: J2-9443
  • Naslov: Reološko obnašanje in mehanske lastnosti pri procesiranju polimernih sistemov z visoko koncentracijo trdnih delcev
  • Trajanje: 01.11.2018 - 31.10.2021
  • Letni obseg: 0,22
  • Vodja: doc. dr. Lidija Slemenik Perše
  • Veda: Tehniške vede 
  • Sodelujoče RO: Povezava
  • Sestava projektne skupine: Povezava
  • Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:

Kompoziti z visoko koncentracijo trdnih delcev (»highly filled«, v nadaljevanju VK kompoziti) ali koncentrirane suspenzije so po navadi polimeri z velikim volumskim deležem polnila ali delcev (anorganskih ali organskih), ki so lahko makro-, mikro- ali nano velikosti. Ti delci lahko imajo raznovrstno kemijsko sestavo, obliko, velikosti in porazdelitve velikosti. V splošnem so namenjeni izboljšanju specifičnih lastnosti polimernega kompozita, kar lahko vključuje reološke, mehanske, dielektrične, prevodne, optične, luminiscenčne in druge lastnosti. Zaradi svoje vsestranskosti se VK kompoziti nahajajo v številnih panogah, kot so avtomobilska industrija, proizvodnja aditivov, biomedicina, področje baterij, keramike, kompozitov, magnetizma, elektronska embalaža, trdna goriva, beton in druge. Predelava VK kompozitov je lahko težavna, saj so za obdelavo teh materialov in pridobivanje želene strukture v splošnem potrebne visoke temperature in strižne hitrosti.

Visoko-koncentrirani polimeri v talini izkazujejo nelinearno reološko vedenje, kot so: zdrs ob stenah, ločevanje delcev od polimernega veziva, nabrekanje in površinske nestabilnosti. Na področju visoko-koncentriranih polimerov je bilo opravljenih več študij, zlasti za polimere z nizko viskoznostjo (suspenzije). Pri polimerih z visoko viskoznostjo pa najdemo ugotovitve, ki so pogosto protislovne, mehanizmi za njihovo vedenje pa niso dobro razumljeni. Trenutno tudi še ni na voljo matematičnih modelov, ki bi lahko natančno napovedali tok VK kompozitov v talini, saj obstoječi modeli ne upoštevajo vpliva strižne hitrosti in koncentracije delcev na reološko vedenje taline. Zato je vsebina tega projekta namenjena sistematičnemu eksperimentalnemu proučevanju posameznih komponent VK kompozitov in njihovega vpliva na reološke in predelovalne lastnosti, ter na lastnosti trdnih VK kompozitov. Poleg tega bodo pridobljeni eksperimentalni podatki uporabljeni za razvoj izboljšanih tokovnih modelov. Natančneje, cilj predstavljenega projekta je določiti glavne mehanizme, ki so odgovorni za reološko vedenje VK kompozitov, na osnovi lastnosti posameznih komponent.

Identifikacija glavnih mehanizmov bi omogočila pravilno izbiro posameznih komponent in procesnih pogojev za boljšo predelavo VK kompozitov, kar bi vodilo k bolj homogeni porazdelitvi delcev znotraj polimerne matrice in s tem večji učinkovitosti končnih (mehanskih in morebitnih funkcionalnih) lastnosti takšnih materialov. Lastnosti posameznih komponent in pogoji predelave vplivajo tudi na mehanske lastnosti trdnih VK kompozitov. Tako drugi cilj predlaganega projekta vključuje proučevanje učinka posameznih komponent in njihovih reoloških lastnosti (npr. tokovno obnašanje) med predelavo na mehanske lastnosti trdnih kompozitov. Tretji del projekta vključuje modeliranje tokovnega vedenja, saj le-to omogoča vpogled na vpliv posameznih komponent na celotno vedenje VK kompozitov. Cilj tega dela projekta je izboljšati obstoječe tokovne modele z vključitvijo ne samo volumskega deleža, ki ga zasedajo trdni delci in maksimalne koncentracije trdnih delcev, temveč tudi procesnih parametrov, kot so strižna hitrost, temperatura in tlak. Izboljšani model bo upošteval tudi interakcije delec-delec in matrica-delec, kot posledica različnih površinskih lastnosti trdnih delcev.

Če povzamemo, rezultati projekta bodo pomagali razumeti, kako posamezne komponente VK kompozitov vplivajo na reološko (tokovno) vedenje in hkrati na mehanske lastnosti trdnih kompozitov. Izboljšani tokovni modeli bodo omogočili natančnejše napovedovanje vedenja VK polimerov, zato bo razvoj novih ali izboljšanih kompozitnih materialov in proizvodnih procesov bolj zanesljiv in hitrejši.