Zespół naukowców z Royal Melbourne Institute of Technology opracował technologię wytwarzania przyrostowego nowego metamateriału opartego na wysoko wytrzymałej strukturze lattice.

Kompozyty oparte o włókna naturalne od lat są przedmiotem badań i eksperymentów. Najbardziej obiecujący zawsze wydawał się len. Kompozyty zawierające to włókno od dawna stosowane są w budownictwie. Jednakże zastosowanie go do wymagających wysokiej wytrzymałości elementów samochodów, jachtów lub samolotów stanowiło duże wyzwanie.

W ostatnich dekadach obserwujemy rosnące zainteresowanie kompozytami polimerowymi zbrojonymi włóknami węglowymi (CFRP). Cenione ze względu na wysoką wytrzymałość przy stosunkowo niewielkiej masie, kompozyty karbonowe znajdują zastosowanie między innymi w przemyśle lotniczym, kosmicznym, w branży motoryzacyjnej i transportowej. Szacuje się, że w bieżącym roku globalne zapotrzebowanie na CFRP wyniesie nawet ponad 200 tys. ton i w najbliższej przyszłości będzie wzrastać na poziomie 10% CAGR (compound annual growth rate). Zgodnie z prognozami ekonomicznymi, do 2030 roku rynek CFRP osiągnie wartość ponad 30 mld dolarów w transakcjach dokonywanych każdego roku.

Polski przemysł drzewny, a zwłaszcza meblarski, należy do czołówki europejskiej pod względem wielkości produkcji. Co czwarte krzesło sprzedawane w Europie jest wykonane w Polsce. Drewnem zajmuje się wiele różnych zakładów produkcyjnych, jak tartaki czy fabryki mebli, ale też wiele zakładów związanych z budową konstrukcji drewnianych dla budownictwa. Wydaje się, że drewno nie ma w naszym kraju żadnych tajemnic, ani pod względem tradycji, rodzajów drewna występujących w naszych lasach, ani pod względem własności mechanicznych, a projektowanie i wykonawstwo wyrobów drewnianych jest w maksymalnym stopniu opanowane. Może i tak jest w niektórych zakładach, zwłaszcza w dużych fabrykach. Jednak funkcjonuje też mnóstwo zakładów produkujących różne wyroby z drewna, w których jakościowy poziom produkcji daleki jest od doskonałości.

Kompozyty polimerowe w technice lotniczej funkcjonują praktycznie od połowy XX w. Stopniowe wdrażanie rozpoczęło się od stosowania ich do drobnych napraw metalowych elementów o małym znaczeniu wytrzymałościowym. W technice lotniczej jako jeden z charakterystycznych punktów związanych z wdrożeniem kompozytów, uznaje się wojnę sześciodniową izraelsko-arabską w 1967 roku. Szybki przebieg działań wojennych związany z ogromnymi stratami w siłach powietrznych po obu stronach konfliktu spowodował konieczność przywracania w krótkim czasie statków powietrznych do gotowości operacyjnej. Izrael dysponując technologią kompozytową wykorzystał jej możliwości do napraw uszkodzeń bojowych. Technologia okazała się skuteczna. Dynamiczny rozwój technologii kompozytowych przypadał na okres zimnej wojny. Od konstrukcji statków powietrznych wymagano dużej sztywności, wytrzymałości oraz wysokiego poziomu integralności konstrukcji. Związek Radziecki dysponował wówczas nieograniczonymi zasobami tytanu, USA nie mając tak dużego dostępu do tego surowca, rozwijało technologie kompozytowe. Jak pokazuje dzisiejsza rzeczywistość była to trafna decyzja. Stopniowo technologie kompozytowe przenikały do lotnictwa cywilnego.

Zabezpieczenie samolotów przed uderzeniami piorunów nabiera coraz większego znaczenia. W latach gdy samoloty budowane były wyłącznie z metalu problem był marginalny, chociaż i wówczas z tego powodu zdarzały się katastrofy. Metalowa „klatka Faradaya” nie zawsze się sprawdzała. Przykładem może być chociażby katastrofa lotu 214 Pan American z 8 grudnia 1963 roku, kiedy to wyładowanie atmosferyczne spowodowało pożar zawartego w zbiornikach paliwa, Zginęło wtedy ponad 80 osób. Już wtedy metale i ich stopy używane do budowy samolotów osiągnęły szczyt swojego rozwoju i aby budować większe maszyny należało sięgnąć po materiały o podobnej wytrzymałości lecz niższej masie. Pod ręką były kompozyty z włókna szklanego. W tych latach rozpoczął się i gwałtowny rozwój. Powstawały materiały kompozytowe o różnych właściwościach i z laboratoriów przemysłów kosmicznego i lotniczego szybko przechodziły do motoryzacji, stoczni jachtowych i innych dziedzin przemysłu.

Powder Injection Moulding (PIM) to nowatorski proces produkcji, który łączy elastyczność i wysoką produktywność wtrysku tworzyw z mechanicznymi zaletami materiałów metalowych (Metal Injection Molding – MIM) lub ceramicznych (Ceramic Injection Molding – CIM). Dzięki takiemu połączeniu inżynierii wytwarzania można uzyskać produkt o wysokich parametrach mechanicznych i złożonym kształcie. Ponadto, złożone elementy metalowe i ceramiczne mogą być znacznie tańsze niż otrzymywane przy użyciu innych technik produkcyjnych. Wykorzystanie wtrysku jest możliwe dzięki zastosowaniu (na potrzeby procesu) tworzywa, które połączone z proszkami i dodatkami pełni rolę spoiwa. Tworzywo i dodatki są usuwane w kolejnych etapach procesu, które nadają finalny kształt i własności wyrobu.

Andrzej Zwierzyński

Podstawowym pierwiastkiem w chemii silikonów jest krzem (Si). Naturalnie występuje jako dwutlenek krzemu SiO2 (znany jako kwarc lub krzemionka) i stanowi ok. 25,8% całkowitej masy skorupy ziemskiej. Technologia oparta na bazie krzemu miała swoje początki już w czasach starożytnych (około 3500 lat temu ludzie umieli już zamieniać piasek w szkło). W 1904 r. angielski chemik Frederich Kipping nadał materiałowi nazwę „silikon”.

Początkowo silikony zostały uznane za nieprzydatne i dopiero po przeprowadzeniu dokładniejszych badań zostały właściwie ocenione. Produkcję przemysłową elastomerów silikonowych uruchomiono pod koniec lat 40-tych. W 1969 r. Neil Armstrong użył butów z silikonowymi podeszwami podczas pierwszego spaceru po księżycu. Z kolei w roku 1970 opracowano ciekły kauczuk silikonowy. Ważną rolę odegrały silikony w latach 80-tych w rozwoju technologii mikroprocesorowych, chroniąc produkty przed przegrzaniem.
Na początku lat 90-tych powstały pierwsze soczewki kontaktowe wykonane z hydrożelu silikonowego.
Silikony od wielu lat cieszą się dużym zainteresowaniem na rynku. Wynika to z ich unikalnych własności użytkowych, pozwalających na skuteczne zastępowanie kauczuków wulkanizowanych w zastosowaniach technicznych, medycynie, a także w wyrobach codziennego użytku.
Oba rodzaje silikonów można przetwarzać metodą wtrysku. Silikony stałe HTV (High Trmperature Vulcanizing), określane też HCR (High Consistency Rubber), przetwarza się częściej poprzez prasowanie, ale możliwy jest też tradycyjny wtrysk, jak kauczuków wulkanizowanych. Natomiast wtrysk ciekłych silikonów LSR (Liquid Silicone Rubber) wymaga specjalnego wyposażenia wtryskarek i dodatkowych peryferiów. Stawia też wysokie wymagania technologiczne oraz wymusza dodatkowe nakłady finansowe, dlatego jest opłacalna dopiero przy długich seriach. Technologia wtrysku ciekłych silikonów jest też nazywana LIM (Liquid Injection Molding Elastomer).
Podobnie jak inne elastomery, silikony (zwłaszcza ciekłe) wykazują dużą adhezję powierzchniową, a zatem zdolność łączenia z innymi materiałami (metalami, termoplastami), co pozwala rozszerzyć zastosowania o techniki obtrysku zaprasek metalowych oraz wtrysk wielokomponentowy.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu płatnym październik 10 (157) 2020

Jak zakupić

Fotele kierowcy bolidu F1 wykonane z kompozytów zbrojonych włóknami węglowymi (po lewej) i lnianymi (po prawej)