Framtidens material. Anders Bergner

Transkript

1 Framtidens material Anders Bergner 1

2 Swerea-koncernen 2009 Koncernen skapar, förädlar och förmedlar forskning och utveckling inom material-, process-, produkt- och produktionsteknik. Swerea IVF Industriell produktframtagning, textil, polymerer, keramer Swerea KIMAB Materialanvändning, material- och processutveckling, korrosion Swerea MEFOS Processmetallurgi, värmning, bearbetning, miljöteknik och energieffektivisering för järn- och basmetallindustrin Swerea SICOMP Kompositmaterial, process- och produktutveckling Swerea SWECAST Gjutna metaller produkt, material, process och miljöutveckling Vd: Tomas Thorvaldsson Ägande: Industrin 53 %, RISE Holding 47 % Omsättning: 550 MSEK Medarbetare: 450 Företagsförankring: 600 medlemsföretag

3 Avdelningen Textil och Plast Tidigare IFP Research, ingår sedan 1 januari 2008 som en avdelning i Swerea IVF Forskning och utveckling inom materialområdena fiber, textil, plast och gummi Erbjuder kunder: FoU genom medlemsskapssystem och projekt Uppdrag Kurser, seminarier och konferenser Teknikspridning genom tidningar, föredrag, rapporter och artiklar 46 medlemsföretag i 6 FoU-program (2008) uppdrag (2008) 34 medarbetare Ackreditering enligt SS-EN ISO/IEC 17025:2000 Genomför Öko-Texcertifiering i Norden och Baltikum 3

4 Framtidens material några trender Miljövänliga och gröna material Funktionella fibrer och högpresterande specialfibrer Nanofibrer 4

5 Miljövänliga material Hela produktlivscykeln är viktig Miljöbelastning vid framställning CO 2 eliminera fossila råvaror Vatten minska förbrukning av färskvatten Energi Energieffektiv fram till brukaren Miljöskadliga ämnen i tillverkningsprocessen Miljöbelastning vid brukandet Miljöfarliga/skadliga ämnen i produkten Optimerade prestanda Miljöbelastning när produkten skrotas Materialåtervinning, kompostering, energiframställning 5

6 Miljövänliga material Trender för råvaror Förnyelsebara råvaror från växtriket PLA Poly Lactic Acid = Polymjölksyra, majs Snarlik polyester i egenskaperna Åldringsegenskaperna har förbättrats avsevärt CO 2 neutral vid kompostering och förbränning Våtspinning av cellulosafibrer Forskning för miljövänligare spinningsprocess Ej åkergröda, konkurrerar inte med livsmedel Naturfibrer Lin, hampa Odlingsbart i svalare klimat, låg vattenförbrukning 6

7 Miljövänliga material Effekter vid brukandet Rätt livslängd handlar också om trendkänslighet & mode Mekaniska egenskaper Kemisk miljö UV-ljus Optimera produktens funktion Minska vikt Sänka tryckfall Minimera tvättbehov och optimera tvättbarhet Materialförlust vid nötning 7

8 Miljövänliga material Effekter vid skrotning Återanvändning Materialåtervinning, ex PET-flaskor till fiber Färgförändring Materialnedbrytning Kompostering Färgrester, kemikalierester Utlakning i grundvatten Energiframställning Energivärde CO2-belastning Utsläpp till luft 8

9 Naturfiber i porösa formpressade paneler Fordonsinteriör Möbler och inredning PLA Cellulosa PLA PLA Lin PES Cellulosa PES Lin 9

10 Funktionella och högpresterande fibrer Nischprodukter Extremt starka produkter som sparar vikt & energi Säkerhetsprodukter som minskar personskador & räddar liv Brandsäkra produkter utan flamskyddsmedel Elektriskt ledande fibrer Piezoelektriska fibrer PCM-fibrer som lagrar och avger värme 10

11 Funktionalisering av ytan Tvärsnitt på fibrer Ytmodifiering med plasma 11

12 Brandsäkra fibrer Bra termiska egenskaper Kräver ej flamskyddsmedel Goda kemiska egenskaper Många alternativa material Novoloidfenol Meta-aramid OPAN Polyimid 12

13 UHMW-PE Personlig skyddsutrustning 13

14 UHMW-PE Medicinsk teknik 14

15 LCP PET Applikationer Vectran Rep och kabel Sonar Helikopterslings Industi/Militär Skärskydd Radomer Högtalarkoner Sportutrustning Segelduk Golfklubbor 15

16 PBO Zylon Zylon är ett varumärke för PBOfiber som tillverkas av av Toyobo. PBO kombinerar extrem styrka, energiupptagning och temperaturtålighet Används till sidokrockskydd i F1 och IndyCar 16

17 PIPD M5 PIPD poly{2,6-diimidazo[4,5-b:4.5 -e]pyridinylene-1,4-(2,5- dihydroxy)phenylene} eller bara M5 M5 har strukturella likheter med PBO (p-phenylene-2, 6- benzobisoxazole) Starkare än både UHMW-PE och PBO Tål höga temperaturer Ej känslig för krypning och spänningsrelaxation Tål UV-ljus Finns ej i kommersiell skala! 17

18 Funktionella fibrer - PCM Temperature T Example Paraffin vax: J/g, 18 C 36 C T m Liquid Solid Heat energy Q 18

19 PCM Exempel på funktion Pjäxa med PCM i innerskon Hårt arbete, PCM smälter, tar upp värme KYLNING Vila och kyla, PCM stelnar, avger värme VÄRMNING 19

20 Elektriskt ledande textilfibrer Utvecklingen inom Smarta Textilier (sensorfunktioner, värmegenerering, EMI/RFI-skydd, inbyggd elektronik etc.) skapar efterfrågan på flexibla elektriskt ledande textilfibrer som konstruktionselement Behov: S/cm (från antistatisk verkan till överföring av energi) Nylon, Polyester: Koppar: S/cm 10 6 S/cm 20

21 Garn av metalltråd eller metalliserade syntetiska fibrer Problem: Stela och stumma garn Korrosion Känsliga för nötning Polyester spun yarn with 20% stainless steel fibres Silver coated Nylon filaments Hög kostnad Svårt återvinna blandgarn 21

22 Polymer + ledande fyllmedel Ledande polymerer (PANI, PPY, PDOT ), S/cm Metallpulver/fiber, S/cm Kimrök (CB), S/cm? kolfibrer, S/cm (grafit S/cm) Kolnanorör (CNT), S/cm? Smältprocessning av ledande polymerer svårt Kolfibrer och metallfibrer är spröda och stumma Vi har börjat med CB och CNT 22

23 Concept of percolation Conductivity (log scale) Source: R. B. Rosner, Compliance Engineering Magazine, (2001). % Conductive filler 23

24 Melt spinning of bi-component fibers Core extruder (PP/CB) Sheath extruder (PP) V0 V2 V1 Core/Sheath 24

25 Bi-komponentteknik tillåter högre kimrökskoncentrationer utan fiberbrott PP/PP+CB (50% kärna) PA6/PP+CB (30% kärna) 25

26 Hur långt har vi kommit? 26

27 Piezoelektriska fibrer Ledande hölje/kärna Princip β-pvdf 27

28 Elektrospinning av nanofibrer 28

29 The Electrospinning Process Mechanism Formation of Taylor cone and subsequent jet Bending instability

30 Uppskalning till industriell process Electrospinning Nanotrissa Swedish patent A scaled-up Equipment 30

31 Filterapplikation med nanofiber 31

32 Nanofibrer i biomedicinska applikationer i samarbete med Chalmers och Sahlgrenska akademin Biosyntetiska blodkärl Blood vessels contain nanofibrous layers of elastin and collagen Electrospun tube of elastic polymer 32

33 Framtidens material några trender Miljödeklarerade textilier blir norm Miljövänliga och gröna material får stort genomslag Bomull ersätts delvis av cellulosa Polyester ersätts delvis av PLA Fler biofibrer får kommersiellt genombrott Funktionella fibrer och högpresterande specialfibrer Extremfibrer når fler vardagliga produkter Funktionella fibrer ger många innovativa produkter Nanofibrer Öppnar nya områden inom Biomedicin Sänker energiförbrukningen för luftfiltrering 33

34 Avdelning Textil & Plast Från utveckling av funktionella fibrer till mekanisk provning och kemisk analys 34