Nanotechnologicznie udoskonalone materiały i procesy pozwalają na wytwarzanie lepszych komponentów trafiających na rynek
Nanotechnologie oferują znaczne korzyści w zakresie wydajności materiałów i procesów produkcyjnych. Jeżeli chodzi o ulepszenie tworzyw termoplastycznych i części metalowych przy użyciu nanomateriałów, obiecujące są trzy podstawowe techniki wytwarzania: formowanie wtryskowe przy użyciu przedmieszek tworzyw termoplastycznych, granulaty do odlewania metali oraz nanostrukturalne proszki do powłok metalowych. W ramach projektu IZADI-NANO2INDUSTRY (Injection moulding, casting and coating PILOTS for the production of improved components with nanomaterials for automotive, construction and agricultural machinery) zbudowano trzy linie pilotażowe produkujące rzeczywiste komponenty (termoplastyczne słupki B oraz metalowe tarcze sterujące do silników hydraulicznych i grzybki zaworów), w celu zbadania tych strategii w istniejących zakładach produkcyjnych. W ramach projektu udało się zwiększyć produkcję nowych materiałów i procesów, zmniejszyć liczbę etapów produkcji (co przekłada się na zmniejszenie kosztów), a także ograniczyć oddziaływanie procesu na środowisko, przy jednoczesnym utrzymaniu jego bezpieczeństwa. Badania nanomateriałów pod kątem tworzyw termoplastycznych i części metalowych Wyjaśniając genezę projektu, jego koordynatorka dr Cristina Elizetxea Ezeiza mówi: „Projekt IZADI-NANO2INDUSTRY opiera się na wynikach poprzednich projektów unijnych, w tym Plast4Future, EFEVE, OFIENGINE i EXTREMAT. Wielu z nas, zaangażowanych w takie prace na przestrzeni lat, nabrało pewności, że niektóre ich wyniki mogą zostać przeniesione z laboratorium na rynek, dlatego też stworzyliśmy te pilotażowe inicjatywy”. Dzięki badaniom pilotażowym w ramach projektu ESTCRATCH (Kraj Basków, Hiszpania), tworzywa termoplastyczne wzmocnione nanomateriałami (na bazie przedmieszek) oraz powierzchnie o nanoteksturowanej strukturze zostały wprowadzone do form wtryskowych słupków B wykorzystywanych w samochodach, oferując lepszą ochronę przed zarysowaniami i walory estetyczne. W ramach pilotażowego projektu HARDCAST (Lombardia, Włochy) wykorzystano nanowzmocnienia, dodane przy pomocy peletów, w nowym, oszczędnym i bezpiecznym procesie odlewania grawitacyjnego, zwiększającym twardość, odporność na zużycie i rozciągliwość tarcz sterujących silników hydraulicznych. Wreszcie, w inicjatywie TRIBONANO (Region Emilia-Romania, Włochy oraz Kraj Basków, Hiszpania) wykorzystano nanostrukturalne proszki w celu wytwarzania metalicznych powłok cermetowych oraz technologię natryskiwania cieplnego do osadzania w stanie stałym w celu zwiększenia szczelności, wydajności i trwałości tarcz sterujących silników hydraulicznych. Uczestnicy inicjatywy IZADI-NANO2INDUSTRY stwierdzili, że odporność materiału termoplastycznego na zarysowania jest o 140 % wyższa niż w przypadku obecnie dostępnych tworzyw, przy niewielkich różnicach dotyczących połysku i barwy. W porównaniu z materiałami dostępnymi obecnie na rynku części metalowe mają dwukrotnie lepszą twardość i odporność na zużycie, ich wytrzymałość na rozciąganie wzrosła nawet o 30 %, a współczynniki wydłużenia został utrzymany lub nawet uległ poprawie. Zwiększyła się również sprawność mechaniczna i trwałość końcowych komponentów silników hydraulicznych, przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa i kosztów konserwacji. Jedno z najważniejszych ustaleń projektu, istotnych z punktu widzenia komercjalizacji, dotyczyło znaczenia podejścia „bezpieczeństwa w fazie projektowania” w całym cyklu życia materiałów i procesów. Jak mówi Elizetxea: „Po pierwsze, musimy znaleźć mniej niebezpieczne nanoformy. Musimy jednak również dać branżom narzędzia do oceny ryzyka w całym łańcuchu produkcyjnym, jak również stale oceniać narażenie konsumentów i środowiska, aby skalibrować bezpieczne użytkowanie”. Z laboratorium na rynek Projekt IZADI-NANO2INDUSTRY otwiera przed przemysłem motoryzacyjnym możliwości reagowania na zapotrzebowanie dotyczące lepszej wydajności i estetyki. W przypadku maszyn budowlanych i rolniczych oferuje cieńsze elementy, zwiększoną sprawność mechaniczną przekładni maszyn, niższe koszty konserwacji i mniejsze uzależnienie od zużycia oleju napędowego, co prowadzi do zmniejszenia emisji CO2. Ostatecznie ilość możliwych zastosowań jest nieograniczona – od osłon reflektorów pojazdów, poprzez turbiny dla przemysłu hydroelektrycznego, aż po urządzenia gospodarstwa domowego (np. wanny) i wyroby medyczne (np. końcówki do badań krwi). Zespół, wraz z wczesnymi odbiorcami, pracuje obecnie nad wytwarzaniem przemysłowych ilości nanomateriałów i osiągnięciem pełnej produkcji ulepszonych przy pomocy nanotechnologii komponentów badanych w ramach projektu. Badacze kontynuują też prace nad narzędziami i wytycznymi dotyczącymi bezpiecznego użytkowania.
Słowa kluczowe
IZADI-NANO2INDUSTRY, nanomateriały, motoryzacja, budownictwo, maszyny rolnicze, komponenty, tworzywa termoplastyczne, części metalowe, nanoprzemysł, nanobezpieczeństwo, wytrzymałość na rozciąganie, odporność na zarysowania, wtryskiwanie, odlewanie, powlekanie
