Mokslininkai kuria naują medžiagą lėktuvams ir automobiliams: pati parodys plika akimi nematomus pažeidimus

KTU mokslininkai kartu su kolegomis iš Latvijos, Danijos, Švedijos, Slovakijos, Ukrainos, Čekijos, Baltarusijos ir JAV kuria daugiafunkcines kompozitines medžiagas, skirtas orlaivių, automobilių, vėjo jėgainių ir kitų konstrukcijų gamybai. Tarptautinė mokslininkų komanda siekia, kad naujai sukurta medžiaga būtų ne tik patvari, tačiau kartu pasitarnautų aptinkant plika akimi neįžvelgiamus pažeidimus.

Pasak Kauno technologijos universiteto Mechanikos inžinerijos ir dizaino fakulteto (MIDF) mokslininkės dr. Daivos Zeleniakienės, pažangių transporto, aviacijos, vėjo turbinų ir kitų konstrukcijų gamyba iš pluoštinių polimerinių kompozitų itin populiarėja dėl šių medžiagų lengvumo ir puikių mechaninių savybių.

Mokslininkė paaiškina: eksploatacijos metu šios konstrukcijos patiria didžiules ciklines ir smūgines apkrovas. Dėl jų, laikui bėgant, gali atsirasti pažeidimai, pavyzdžiui, polimerinės matricos įtrūkimai, atsisluoksniavimai ar pluošto plyšimai, kas lemia mechaninių savybių blogėjimą.

Blogiausia, kad minėti pažeidimai dažniausiai yra nematomi, todėl per pirminę apžiūrą sunku prognozuoti reikiamą konstrukcijos techninio aptarnavimo intensyvumą, užtikrinantį ekonomiškumą ir padedantį išvengti medžiagos pavojingo suirimo.

Anot D. Zeleniakienės, suvienijusi jėgas mokslininkų komanda imasi kurti naujus, elektrai laidžius pluoštinius polimerinius kompozitus, kurie pasižymės puikiomis mechaninėmis savybėmis ir svarbiausia – turės savidiagnostikos funkciją.

„Tai leis aptikti tokius pažeidimus be papildomai integruotų sensorių ar brangių bekontakčių prietaisų“, – ekonominį privalumą įvardija tyrėja.

Ketina naudoti JAV išrastas nanodaleles

Lietuvos ir kitų šalių mokslininkų kuriamai kompozitinei medžiagai ketinama naudoti naujas, elektrai laidžias nanodaleles, kurias išrado kolegos iš JAV. Maksenai  (angl. MXene) yra nauja metalų karbidų ir (arba) nitridų grupė, kuriai būdingas unikalus metalų elektrinio laidumo, hidrofilinio paviršiaus ir puikių mechaninių savybių derinys.

„Maksenai yra neseniai mūsų partnerių iš JAV Drekselio universiteto išrastos nanodalelės. Šis mokslinis atradimas labai svarbus, nes nauja medžiaga jau ankstyvosiose tyrimų stadijose pademonstravo puikias, technologiškai naudingas savybes“, – pasakoja D. Zeleniakienė.

Anot jos, tokios dalelės, bus įmaišomos į epoksidinę dervą, iš kurios įprastai gaminami aviacijos, automobilių ir kitoms pramonės šakoms skirti kompozitai. Iš jų pagamintoms konstrukcijoms tai suteiks daugiau stiprumo ir ilgalaikiškumo.

„Be to, įdiegus struktūrinės būklės stebėsenos priemones, pagrįstas koreliacija tarp pažeidimų vystymosi ir elektrinių parametrų, tai galės pasitarnauti ir kaip savidiagnostinė priemonė defektų aptikimui,“ – technologiją paaiškina KTU mokslininkė.

KTU mokslininkai pažymi – tyrimuose naudojamos maksenų dalelės neturi neigiamo poveikio žmogaus sveikatai, o patekusios į aplinką reaguoja su deguonimi ir sudaro titano dioksidą, kuris yra naudojamas netgi maisto pramonėje, pavyzdžiui, baltame spurgų glaiste.

Įžvelgia perspektyvas

KTU MIDF doktoranto Gedimino Monastyreckio teigimu, labai svarbu, kad technologinė pažanga būtų lydima ne tik ekonominės naudos, bet ir aplinkai draugiško požiūrio. Dar vienas mokslo projektas šia tematika vystomas kuriant naujus hibridinius pluoštinius kompozitus.

„Pluoštu armuotų plastiko kompozitų Ilgalaikiškumą, atsparumą irimui ir nuovargiui, o kartu ir papildomą funkcionalumą, pavyzdžiui, puikias šilumines, antistatines ar elektromagnetinių trukdžių ekranavimo savybes galime užtikrinti ir naudodami hibridinius nanoužpildus, t.y., įvairių nanodalelių, pasižyminčių skirtingomis savybėmis, derinius. Tokios „geriausios receptūros“ sukūrimas ir yra svarbiausias šio projekto uždavinys“, – paaiškina jaunas tyrėjas.

„Nors Lietuvoje, lyginant su kitomis Europos šalimis, pluoštinių kompozitų pramonė nėra taip stipriai išvystyta, labai norėčiau tikėti, kad mūsų tyrimai prisidės prie šios šakos augimo Lietuvoje,“ –  teigia D. Zeleniakienė.

Mokslininkų teigimu, per pastarąjį dešimtmetį pastebimai išaugo pažangių daugiafunkcinių medžiagų, leidžiančių sumažinti konstrukcijų ir elektronikos priemonių matmenis bei svorį ir tuo pačiu užtikrinančių aukščiausius mechaninių savybių, aplinkosaugos ir patvarumo reikalavimus, tyrimai.

Pasak jų, didžiausias iššūkis, su kuriuo šiuo metu susiduria mokslininkai ir pramonė, yra gebėjimas identifikuoti būtent tas pažangiai gamybai ir kasdieniniam naudojimui reikalingas medžiagas, kurios būtų tvarios, naujos kartos, ekonomiškai efektyvios ir tausojančios energiją.

Informacija apie mokslinius projektus, skirtus kompozitų tyrimams:

-Daugiafunkciniai polimeriniai kompozitai su naujomis 2D nanodalelėmis pažangioms technologijoms (NANO2DAY). Šis projektas finansuojamas iš Europos Sąjungos mokslinių tyrimų ir inovacijų programos „Horizontas 2020“ pagal Marie Skłodowska-Curie veiklų sutartį Nr. 777810. Projekto pradžia 2018-05-01, pabaiga 2022-04-30. Biudžetas 1 246 500 EUR. Partneriai: Latvijos universitetas (LV), Danijos technologijos universitetas (DK), Liuleo technologijos universitetas (SE), įmonė Medžiagų tyrimų centras (UA), Polimerų institutas (Slovakijos mokslų akademija) (SK), UAB „Sportinė aviacija ir Ko” (LT), įmonė „Baltic Scientific Instruments” (LV), įmonė „SYNPO” (CZ), Drekselio universitetas (US) ir Baltarusijos valstybinis universitetas (BY). Internetinis puslapis http://nano2day.eu/

-Nauji polimeriniai kompozitai su 2D nanodalelėmis (NANO2COM). Šis projektas įgyvendinamas pagal „M-era.Net“ mokslinių tyrimų programą, finansuojamas pagal sutartis: Nr. SM-ERA.NET-18-1 iš Lietuvos mokslo tarybos, Nr. 1.1.1.5/ERANET/18/02 iš Latvijos valstybinės švietimo plėtros agentūros ir Nr. M-ERANET-18 -414-Nano2Com iš Slovakijos mokslų akademijos. Projekto pradžia 2018-06-01, pabaiga 2021-05-31. Biudžetas 385 000 EUR. Akademiniai partneriai: Latvijos universitetas (LV) ir Polimerų institutas (Slovakijos mokslų akademija) (SK). Pramonės partneriai: UAB „Sportinė aviacija ir Ko” (LT), įmonė „Baltic Scientific Instruments” (LV), įmonė Medžiagų tyrimų centras (UA), įmonė VIPO a.s. Partizanske (SK), įmonė Pelegrin Ltd. (LV). Internetinis puslapis https://sites.google.com/site/projectnano2com/