Nanonet

Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych jest największym Instytutem Polskiej Akademii Nauk na Śląsku. Prace badawcze prowadzone w Centrum łączą ze sobą m.in. elementy chemii, fizyki, biologii oraz medycyny i związane są z wytwarzaniem oraz badaniem właściwości i funkcji nowych materiałów do zastosowań w nano- i mikrotechnologii, biotechnologii, optoelektronice oraz ochronie zdrowia i środowiska. Proponujemy rozwiązania, które są odpowiedzią na współczesne problemy chemii materiałowej, tworzyw konstrukcyjnych, ochrony zdrowia, medycyny oraz ochrony środowiska.

Centrum dysponuje nowoczesną aparaturą badawczą skupioną w laboratoriach: chromatografii cieczowej, rozpraszania światła, spektroskopii NMR, spektroskopii absorpcyjnej, mikroskopii elektronowej, analizy termicznej oraz laboratorium przetwórczym materiałów polimerowych. CMPW PAN dysponuje obecnie trzema mikroskopami elektronowymi, w tym dwoma najwyższej klasy – skaningowym mikroskopem elektronowym i transmisyjnym mikroskopem elektronowym.

Oferta obejmuje szereg badań podstawowych, stosowanych, jak i wdrożeniowych oraz ekspertyzy i analizy obejmujące między innymi:

– Charakterystyka struktury chemicznej materiałów polimerowych

– Charakterystyka właściwości fizyko-chemicznych materiałów polimerowych

– Charakterystyka właściwości mechanicznych materiałów polimerowych

– Obrazowanie struktury materiałów i ich powierzchni

– Przetwórstwo materiałów polimerowych

– Badania degradacji i biodegradacji materiałów polimerowych

Aby uzyskać więcej informacji dotyczących pomiarów, analiz i usług zapraszamy do kontaktu z

dr inż. Michałem Kwietniem (tel.: 786 842 275, mail: zita@cmpw-pan.edu.pl).

Dlaczego polimery?

Materiały polimerowe są materiałami o dużym potencjale możliwości produkcji masowej oraz potencjału rozwojowego, które mogą być stosowane zarówno jako kompozyty, jak również materiały funkcjonalne. Ich właściwości mechaniczne, cieplne, elektryczne mogą być znacząco lepsze, od obecnie stosowanych, dzięki czemu wyroby z nich produkowane będą trwalsze i bardziej ekonomiczne w eksploatacji. Potencjalne obszary zastosowań (energetyka, produkcja maszyn i pojazdów) wskazują na istniejący duży rynek zbytu.

Dużym potencjałem gospodarczym charakteryzują się nanomateriały i nanotechnologie służące ochronie powierzchni poprzez poprawę ich właściwości cierno-eksploatacyjnych. Do takich technologii należy zaliczyć hybrydowe technologie powłokowe, które wykorzystują zarówno nowatorskie metody osadzania warstw, takie jak PVD, CVD, natrysk termiczny i inne w możliwym powiązaniu z klasycznymi metodami obróbki termicznej powierzchni, takimi jak azotowanie lub nawęglanie powierzchni. Hybrydowa obróbka powierzchniowa stwarza szerokie możliwości kompozycji układów warstwowych i ich dopasowania do założonych warunków eksploatacyjnych.

1.Binarne kompozyty polimerowo-węglowe

 

 

 

 

 

 

 

 

Oferta CMPW PAN

Pianki i kompozyty z rozdrobnionymi piankami

Słowa kluczowe: pianki węglowe, kompozyty polimerowe, materiały konstrukcyjne.

Prezentowane pianki i kompozyty z rozdrobnionymi piankami mogą stanowić materiał do otrzymywania lekkich i wytrzymałych kompozytów polimerowych o podwyższonej odporności cieplnej, przewodnictwie cieplnym, a także wyższej twardości w porównaniu z innymi kompozytami. Ze względu na specyficzne właściwości pianki węglowe są stosowane zarówno jako adsorbenty i nośniki katalizatorów, jako lekkie materiały pochłaniające promieniowanie i różnego rodzaju drgania, do odprowadzania ciepła i chłodzenia urządzeń, jak również materiały konstrukcyjne w budownictwie, lotnictwie, przemyśle samochodowym lub elektronicznym.

Pianki węglowe i kompozyty polimerowo-piankowe charakteryzują się:

– wysoką stabilnością termiczną,

– niskim współczynnikiem rozszerzalności termicznej,

–  wysokim współczynnikiem pochłaniania fal dźwiękowych oraz fal elektromagnetycznych z zakresu podczerwieni.

Jak działają pianki węglowe i kompozyty polimerowo-piankowe?

Wytwarzane z węgli kopalnych i produktów węglo- i ropopochodnych oraz różnych surowców polimerowych lub roślin są materiałami nowej generacji o bardzo wysokim stopniu porowatości (do 90%, a często większym), charakteryzują się jednocześnie wysoką odpornością mechaniczną. W CMPW PAN pianki węglowe wytwarzane są z różnego rodzaju prekursorów polimerowych. Charakteryzują się one dużą twardością i odpornością na ścieranie, jednak posiadają znaczną kruchość. W celu wyeliminowania negatywnych cech pianek, głównie kruchości, możliwe jest wzmocnienie pianki węglowej na etapie otrzymywania za pomocą dodania do prekursora piankowego różnego rodzaju dodatków, głównie nanonapełniaczy węglowych lub metalicznych. W CMPW PAN opracowano procedurę wykorzystania proszkowych rozdrobnionych pianek węglowych, jako napełniaczy żywic termno- i chemoutwardzalnych (np. żywicy epoksydowej). Zdyspergowanie drobin pianek, które zachowują wciąż porowatą strukturę w matrycy polimerowej, pozwala otrzymać kompozyt o polepszonych właściwościach mechanicznych, większej twardości i odporności na ścieranie w porównaniu z czystą matrycą polimerową oraz przy zachowaniu gęstości zbliżonej do matrycy lub mniejszej.

Zastosowanie rynkowe:

– okładziny pochłaniające fale dźwiękowe, przewodzące (odprowadzające) ciepło i energię elektryczną

– płyty i lekkie elementy po obróbce mechanicznej,

– warstwy o małej gęstości w kompozytach typu „sandwich”

– materiały porowate do adsorpcji, zastosowań jako nośnika katalizatora dla substancji katalitycznych,

– pianki rozdrobnione do odpowiednich wymiarów cząstek mogą stanowić materiał do otrzymywanie w miarę lekkich i wytrzymałych kompozytów polimerowych o podwyższonej odporności cieplnej, przewodnictwie cieplnym, a także wyższej twardości w porównaniu innymi kompozytami,

– tłoczywa z takich kompozytów z odpowiednią matrycą ze względu na tłumienia drgań mechanicznych i fal akustycznych np. zderzaki samochodowe, elementy wewnętrzne pojazdów, obudowy osłony elementów mechanicznych i elektrycznych,

– elementy o podwyższonej twardości i odporności na ścieranie w przemyśle elektromaszynowym, motoryzacyjnym które muszą być odporne na zużycie.

branża: budownictwo, lotnictwo, przemysł samochodowy, przemysł elektroniczny. forma ochrony: zgłoszenie patentowe.

Kompozyty polimerowo-węglowe

Słowa kluczowe: kompozyty polimerowe, grafit, grafen, nanorurki, materiały węglowe.

Przedmiotem oferty są nowe kompozyty polimerowe uzyskiwane z udziałem szeregu materiałów węglowych, od grafenu i nanorurek, poprzez grafit do antracytu pełniących funkcję napełniacza, które pozwalają projektować właściwości finalnych kompozytów. Modyfikacja szerokiej gamy tworzyw termo- i chemoutwardzalnych proszkowymi materiałami węglowymi to droga do otrzymywania nowych materiałów o cennych właściwościach mogących stanowić bazę do otrzymywania elementów konstrukcyjnych, przede wszystkim tłoczyw.

W CMPW PAN prowadzone są systematyczne badania nad wykorzystaniem różnych form węgla pierwiastkowego (grafitu, grafenu, nanorurek) oraz naturalnych materiałów węglowych do kompozytów polimerowych. Szerokie badania prowadzone w ostatnich latach nad strukturami grafenowymi potwierdziły ich wyjątkowe właściwości magnetyczne, elektryczne, termiczne i mechaniczne, co zapoczątkowało próby ich wykorzystania jako składników nowoczesnych materiałów. Stopień uporządkowania płaszczyzn grafenowych w napełniaczu wpływa na właściwości otrzymanego kompozytu polimerowego.

Kompozyty polimerowo-węglowe charakteryzują się:

– zróżnicowanymi właściwościami mechanicznymi (wytrzymałość, stabilność wymiarowa, udarność, etc.), które mogą być modelowane poprzez dobór odpowiedniej matrycy polimerowej,

– wysoką odpornością na temperaturę (możliwość uzyskania kompozytów o temperaturze zeszklenia ok. 300 °C i stabilności termicznej bez zauważalnego ubytku masy kompozyty i efektów degradacji do 450-500°C),

– w zależności od rodzaju tworzywa polimerowego mogą być one stabilne w temperaturze do 300- 350 °C. krótkotrwale mogą znosić temperatury 500-1000 (nawet 2000 °C),

– sztywnością i wytrzymałością mechaniczną. Kompozyty o dużej zawartości napełniacza mogą służyć do otrzymywania elementów o zwiększonej odporności termicznej (tak zwane kompozyty uniepalnione).

Jak działają kompozyty polimerowo-węglowe?

Kompozyty z nanopełniaczami węglowymi charakteryzują się dobrym przewodnictwem elektrycznym i termicznym. Przy niewielkiej ilości napełniaczy możliwa jest widoczna poprawa wytrzymałości mechanicznej. Zastosowanie naturalnych materiałów antracytowych wymaga większego ich udziału w kompozycie, ale cząstki tych materiałów wykazują znaczną adhezję do matryc polimerowych i znacząco poprawiają właściwości mechaniczne oraz stabilność termiczną. Aby ułatwić dyspergowanie struktur grafenowych w matrycy polimerowej, poprawić oddziaływania międzyfazowe i w efekcie  końcowym

właściwości wytwarzanych z ich udziałem kompozytów przeprowadzana jest funkcjonalizacja powierzchniowa napełniaczy.

Poprawę i kontrolę właściwości materiałów kompozytowych próbujemy także osiągnąć łącząc różne formy węgla w matrycy polimerowej i tworząc tzw. kompozyty hybrydowe. Właściwości kompozytów hybrydowych są lepsze niż kompozytów z pojedynczymi napełniaczami. Obserwowany efekt synergii zazwyczaj związany jest z tworzeniem w matrycy polimerowej efektywnej sieci połączeń pomiędzy cząstkami różnych napełniaczy węglowych. Otrzymywaliśmy kompozyty hybrydowe stosując jako napełniacze węglowe równocześnie: nanorurki węglowe i płatki grafenowe, nanorurki węglowe razem z grafitem lub antracytem, a także nanorurki w połączeniu z materiałami grafenowymi otrzymanymi przez funkcjonalizację powierzchniową grafitu i antracytu.

Zastosowanie rynkowe:

– tłoczywa z takich kompozytów na bazie odpowiedniej matrycy polimerowej np. zderzaki samochodowe, elementy wewnętrzne pojazdów, obudowy osłony elementów mechanicznych i elektrycznych, uszczelki, niektóre części otrzymywane metodą wytłaczania,

– otrzymywanie materiałów polimerowo-węglowych o podwyższonej wytrzymałości cieplnej, przewodnictwie elektrycznym i cieplnym, a także wyższej twardości w porównaniu innymi kompozytami,

– obudowy elementów pracujących w warunkach wzrostu temperatury z możliwością rozpraszanie ciepła, a także pozwalające na wymianę ładunku elektrycznego. łożyska i inne części zamienne,

– w przemyśle samochodowym (elementy tworzywowe karoserii, wykończenie wnętrz, osłony elementów mechanicznych i elektrycznych, uszczelki, niektóre części) elektrotechnicznym (obudowy i osłony),

– listwy ochronne, elementy złączne, części z możliwością rozpraszanie ciepła, a także pozwalające na wymianę ładunku elektrycznego.

Wiele z tych zastosowań może być zrealizowane za pomocą wytłaczania i formowania wtryskowego metody obróbki polimerów, a także poprzez obróbkę mechaniczną.

branża: budownictwo, lotnictwo, przemysł samochodowy, przemysł elektroniczny. forma ochrony: zgłoszenie patentowe.

Aby uzyskać więcej informacji dotyczących pomiarów, analiz i usług zapraszamy do kontaktu z

dr inż. Michałem Kwietniem (tel.: 786 842 275, mail: zita@cmpw-pan.edu.pl).

Mecenasi Nanonet: