Fiber composite material for the automotive industry with increased strength properties using nanocellulose fibers

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F60460709%3A41320%2F24%3A98470" target="_blank" >RIV/60460709:41320/24:98470 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Vláknokompozitní materiál pro automotiv se zvýšenými pevnostními vlastnostmi pomocí nanocelulózových vláken

Original language description

Cílem projektu bylo zlepšení pevnostních vlastností průmyslově vyráběného vláknokompozitního materiálu na bázi bavlny pro automobilový průmysl, u kterého je vysoká pevnost jedním z nejdůležitějších požadovaných parametrů. Byly provedeny přípravné studie, během kterých byl vytipován vhodný druh a množství nanocelulózových vláken (CNF) s potenciálem zvýšení požadovaných mechanických vlastností materiálu. Ověřil se jejich účinek na papírenská vlákna na bázi celulózy nejprve obecně, poté i na bavlnu, jakožto primární vlákno zkoumaného materiálu. Testy spočívaly v přídavku CNF v různém množství do různých fází výrobního postupu standardní zanášky vybraného vláknokompozitního materiálu. Výroba vzorků materiálu i jejich testování probíhalo primárně v provozních laboratořích společnosti, aby byl následně snadno zajištěn přenos technologií do reálné výroby materiálu na papírenském stroji. Na základě našich výsledků je možné doporučit vhodné řešení, které výrazně zvýší požadované pevnostní vlastnosti vláknokompozitního materiálu za sucha i při užívání v podmínkách za mokra.

Czech name

Vláknokompozitní materiál pro automotiv se zvýšenými pevnostními vlastnostmi pomocí nanocelulózových vláken

Czech description

Cílem projektu bylo zlepšení pevnostních vlastností průmyslově vyráběného vláknokompozitního materiálu na bázi bavlny pro automobilový průmysl, u kterého je vysoká pevnost jedním z nejdůležitějších požadovaných parametrů. Byly provedeny přípravné studie, během kterých byl vytipován vhodný druh a množství nanocelulózových vláken (CNF) s potenciálem zvýšení požadovaných mechanických vlastností materiálu. Ověřil se jejich účinek na papírenská vlákna na bázi celulózy nejprve obecně, poté i na bavlnu, jakožto primární vlákno zkoumaného materiálu. Testy spočívaly v přídavku CNF v různém množství do různých fází výrobního postupu standardní zanášky vybraného vláknokompozitního materiálu. Výroba vzorků materiálu i jejich testování probíhalo primárně v provozních laboratořích společnosti, aby byl následně snadno zajištěn přenos technologií do reálné výroby materiálu na papírenském stroji. Na základě našich výsledků je možné doporučit vhodné řešení, které výrazně zvýší požadované pevnostní vlastnosti vláknokompozitního materiálu za sucha i při užívání v podmínkách za mokra.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)

Project

—

Continuities

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Publication year

2024

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

MFBP48CNF1R

Numerical identification

MFBP48CNF1R

Technical parameters

Složení a příprava materiálu MFBP48CNF1R: Nanocelulóza CNF-Slurry-SMC (Cellulose Lab, Fredericton, NB, Kanada) je v množství 0,5 % nebo 1 % sušiny (dle požadavku zvýšení pevnostních vlastností) přidána do zanášky postupným vmícháváním pomocí laboratorního míchadla IKA Eurostar 40 nastaveného na 300 otáček za minutu po dobu 2 minut ve fázi výroby vláknokompozitního materiálu po mletí bavlny (na hodnotu °SR ? 21). Další kroky technologického postupu přípravy zanášky zůstávají zachovány dle Zanáškového listu materiálu ve společnosti Miba Fibertec s.r.o., tzn. dávkování plniv, pojiva s jeho následným srážením na stanovenou hodnotu pH suspenze a přídavek pryskyřice za stálého míchání. Archy materiálu byly vyráběny podle interního postupu společnosti na přístroji Rapid Köthen hand sheet former, program 4: objem vody ve válci 4500 ml, teplota sušení 90 °C, čas sušení 2 min, teplota plotnového sušení 125 °C, čas plotnového sušení 4 minuty. Plošná hmotnost vyrobených archů byla 200 ± 5 g·m2. Výsledky fyzikálně-mechanických vlastností vláknokompozitu 80EG25K180/2CNC5BASE s přídavkem 0,5 %, resp. 1 % sušiny CNF v porovnání s původním materiálem FP4548 (Tab. 1): • Tržné zatížení za sucha u materiálu s přídavkem 0,5 % CNF vzrostlo o 12,1 % a s přídavkem 1 % CNF o 26,1 % oproti původnímu (Ref.) materiálu. • Index pevnosti v tahu za sucha u materiálu s přídavkem 0,5 % CNF vzrostl o 10,4 % a s přídavkem 1 % CNF o 24,6 % oproti původnímu (Ref.) materiálu. • Tržné zatížení za mokra u materiálu s přídavkem 0,5 % CNF vzrostlo o 13,1 % a s přídavkem 1 % CNF o 22,6 % oproti původnímu (Ref.) materiálu. • Index pevnosti v tahu za mokra u materiálu s přídavkem 0,5 % CNF vzrostl o 11,4 % a s přídavkem 1 % CNF o 21,0 % oproti původnímu (Ref.) materiálu. • Vzhledem k výraznému protichůdnému snižování porozity po přídavku CNF, ale i z důvodu navýšení ceny, nelze doporučit přídavek CNF 3 % do vláknokompozitního materiálu (zvýšení pevnostních vlastností o 51,5–58,1 % oproti Ref.), který byl také testován.

Economical parameters

Přídavek CNF do vláknokompozitního materiálu je efektivním řešením, neboť se do materiálu nevnáší další látky jiného chemického složení a charakteru. CNF vlákno má stejnou chemickou podstatu jako primární bavlněná vlákna a taktéž vláknitý charakter. Lze ji získat zpracováním dřevních odpadů nebo z obnovitelných zdrojů, proto je enviromentálně přijatelná. I přesto, že je v současné době pořizovací cena CNF vyšší, lze v blízké budoucnosti předpokládat její snížení (levnější výrobní technologie, větší poptávka, více lokálních výrobců apod.). Jisté navýšení ceny materiálu MFBP48CNF1R ovšem výrazně zvýší jeho kvalitu a trvanlivost. Navržený postup přídavku CNF lze aplikovat i na vyšší řady vláknokompozitních materiálů (tzv. high-end), kde by se současná pořizovací cena CNF v celkových nákladech jevila jako přijatelná položka. Na druhou stranu se předpokládá, že by přídavek CNF mohl v reálné výrobě částečně snížit náklady vynaložené v procesu mletí – mletí na nižší stupeň °SR a kratší čas.

Application category by cost

—

Owner IČO

60460709

Owner name

ČZU v Praze

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

N - Využití výsledku jiným subjektem je možné bez nabytí licence (výsledek není licencován)

Licence fee requirement

N - Poskytovatel licence na výsledek nepožaduje licenční poplatek

Web page

—