Technická univerzita v Liberci (TUL) získala v rámci výzvy Excelentní výzkum (Operační program Výzkum, vývoj a vzdělávání — OP VVV ) podporu z evropských strukturálních a investičních fondů (ESIF ) na realizaci projektu Hybridní materiály pro hierarchické struktury (HyHi).
Projekt Hybridní materiály pro hierarchické struktury, reg. č. CZ.02.1.01/0.0/0 .0/16_019/0000843 je podpořen Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR a Evropskou unií — Evropskými strukturálními a investičními fondy v rámci Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání. Cílem projektu je podpořit problémově orientovaný interdisciplinární výzkum materiálů, který významně napomůže efektivnímu využití VaV aktivit TUL a povede k dosažení mezinárodně konkurenceschopné kvality. S tím souvisí také důraz na rozvoj internacionalizace. Příjemci projektu: Fakulta strojní (FS), Fakulta textilní (FT), Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CXI) realizují výzkumné úkoly v období 2018—2022 v rámci tří vzájemně propojených programů:
Kompozitní materiály a struktury — FS,
Flexibilní hierarchické struktury — FT,
Funkcionalizované nanomateriály — CXI.
Vědci Fakulty strojní se v programu Kompozitní materiály a struktury, zaměřují na výzkum a vývoj v oblastech kompozitních materiálů a struktur vyvíjených na bázi polymerních a kovových materiálů pro široké oblasti aplikačního použití. Výzkum je zaměřen do oblastí biodegradovatelných kompozitních systémů s nanoplnivy, strukturami a nanostrukturami, elastomerních kompozitních systémů s prostorovým hierarchickým uspořádáním, celulárních lehčených struktur a substitučních materiálů pro speciální aplikace. Kompozitní materiály a struktury jsou zkoumány i z hlediska eliminací dopadu na environment a energetickou náročnost z hlediska cíleného materiálové složení s ohledem na konečné a užitné vlastnosti. Aplikační potenciál je především v budoucích technických a spotřebních aplikacích, medicínských aplikacích apod. Výzkumný program sdružuje excelentní vědecké týmy a zaciluje intenzivní výzkum do specifických průmyslem vyžadovaných oblastí výzkumu. Výzkumný program je tematicky členěn na dva výzkumné cíle: Polymerní kompozitní materiály Výzkumný cíl Polymerní kompozitní materiály zahrnuje dvě výzkumné aktivity: Výzkumná aktivita 01 se zabývá návrhem, přípravou a výrobou biodegradovatelného kompozitního systému plněného částicovými plnivy nebo vyztuženého nanostrukturovanými prvky, případně hierarchistickými strukturami a nanostrukturami. Výsledný materiálový kompozitní systém bude disponovat požadovanými fyzikálními a mechanickými parametry včetně biodegradability, neboť přírodu velmi zatěžuje velké množství odpadu, který se dlouho rozkládá. Změna materiálů, které se v přírodě rozpadají mnoho let, na materiály s rychlým časem rozpadu (biodegradabilní), je proto velkou nadějí pro aplikační použití a odpadové hospodářství. Z těchto důvodů proto v laboratoři FS TUL testují využití některých přírodních odpadních surovin jako plniva do polymerů. Vedle biodegradability kompozitních systémů je při jejich zpracování sledována také možnost využití technologického odpadu v procesu primární mechanické recyklace, která sleduje ekonomické i environmentální hledisko výrobního procesu. Projektové finanční prostředky umožnily kromě aktivního výzkumu v této oblasti také vybudovat vlastní moderně vybavenou laboratoř přípravy a zpracování polymerů, biodegrability a stárnutí polymerů. Výzkumná aktivita 02 se zaměří na kompozity s elastomerní matricí. Cílem je návrh, příprava a výroba jednak polymerních kompozitů s elastomerní matricí vyztuženou textilií z polymerních i kovových materiálů, zejména ze slitin s tvarovou pamětí, a jednak polymerních kompozitů s elastomery plněných magnetosenzitivními nebo elektrosenzitivními částicemi, jejichž odezva je řízena vnějším magnetickým či elektrickým polem. Součástí je i sestavení matematických modelů reprezentujících anizotropní, nelineární a neelastické chování elastomerních kompozitů při konečných přetvořeních s termomechanickou a magnetomechanickou vazbou a také identifikace parametrů konstitutivních modelů na základě experimentů.
Materiálové struktury na kovové bázi
Výzkumný cíl Materiálové struktury na kovové bázi zahrnuje dvě výzkumné aktivity: V rámci výzkumné aktivity 01 zaměřené na Celulární lehčené kovové struktury pracuje účelově sestavený mezioborový tým na studii speciálních technologických postupů, konstrukce a výroby zařízení na zpracování lehkých kovových materiálů a struktur (celulární kovové struktury). Mezi nejčastěji uvažované materiály patří hliník, hořčík, zinek, měď atd. V oblasti výroby materiálů je aktivita zaměřena na optimalizaci kontroly toků taveniny včetně naplynění taveniny pomocí zpěňovadla řízeného vháněním plynů do taveniny nebo přimícháváním povrchově aktivní látky do taveniny. Kromě experimentálního ověřování se k návrhu výrobní technologie použijí teoretické numerické simulace (OpenFOAM) založené na metodě Volume of Fluid (VOF) s možností simulovat i vícefázové rozhraní s turbulentním prouděním (hybridní modely turbulence DES a DDES). Optimalizace výroby materiálů zahrnuje studii vlivu přidávání povrchově aktivních látek (karbid křemíků, oxid hlinitý atd.) do taveniny. Teoretické výpočty a experimentální ověřování budou optimalizovat zpracování materiálů a výrobu celulárních kovových materiálových struktur s ohledem na minimalizaci energetické náročnosti. Optimální chování taveniny s ohledem na naplynění a rovnoměrné tuhnutí přispěje k homogenitě materiálů a efektivitě výroby. Perspektivní metodou jsou techniky bezkontaktního ovlivnění tavenin se zaručením pozdější čistoty materiálu a spolehlivosti výroby. Výsledky budou ověřovány na reálném zařízení komerčně provozované pece. Hlavním úkolem výzkumné aktivity 02 Substituční materiály pro vysokoteplotní aplikace je příprava návrhu slitin a optimalizace chemického složení a strukturní analýza. Dále je cílem posoudit vliv technologické zpracovatelnosti v závislosti na chemickém složení, včetně posouzení aplikačního využití vybraných slitin (tvářitelnost, možnost tvorby spojů). Předpokládá se také analýza vlivu technologických postupů, a to pomocí rentgenové difrakce, na velikost a rozložení zbytkových napětí. Na základě uvedených údajů bude možné komplexněji posoudit následné průmyslové využití. Po dokončení prvních šarží odlitků probíhají testy struktury, vysokoteplotního zpracování, koroze a vysokoteplotních mechanických vlastností. Cílem je stanovit optimalizaci chemického složení, technologie výroby slitiny na bázi aluminidu železa s přísadou Si. Ve druhém a třetím roce bude probíhat návrh, lití, chemická analýza, výroba vzorků, zároveň budou probíhat zkoušky vlastností materiálu a strukturní analýzy. Milníkem je optimalizované chemické složení technologie výroby aluminidu Fe-Al-Si především s ohledem na co nejlepší korozní odolnost. Na základě takto získaných údajů budou zpracovány podklady pro publikační výstup a na základě těchto údajů budou také navrženy další typy slitin a zvolena nejvhodnější aditiva pro zlepšení creepových vlastností. Postup řešení a výsledky budou shrnuty ve výzkumné zprávě. /www.tul.cz/
