Tytuł projektu:  Wpływ struktury materiału na własności mechaniczne kompozytów geopolimerowych wzmocnionych włóknami krótkimi otrzymanymi technologiami przyrostowymi

Czas trwania:  od 2019-11-22 do 2020-11-21
Budżet projektu:  29 893 PLN

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki

Jednostka realizująca projekt

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki www.pk.edu.pl

Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki

Kierownik projektu

Dr inż. Kinga Korniejenko

Cel główny projektu:

Badania wstępne dotyczące tematyki wpływu struktury materiału na własności mechaniczne kompozytów geopolimerowych wzmocnionych włóknami krótkimi otrzymanymi technologiami przyrostowymi. Określenie metod wytwarzania i dodatków na strukturę materiału w kompozytach geopolimerowych.

Opis projektu:

Technologie wytwarzania przyrostowego stanowią szybko rozwijający się sektor przemysłowy i są uznawane za potencjalnie przełomowe dla gospodarki. Mają wiele potencjalnych zalet, w tym w zastosowaniach budowlanych, gdzie otwierają nowe możliwości, m.in .: zwiększenie elastyczności geometrycznej budowli, redukcję kosztów pracy, poprawę wydajności i bezpieczeństwa, możliwość prowadzenia budowy w trudnych warunkach i są zgodne z polityką zrównoważonego rozwoju. Jednak pełne wykorzystanie technologii druku 3D dla materiałów ceramicznych jest obecnie ograniczone. Obiecującym rozwiązaniem w tym zakresie, wydają się być materiały geopolimerowe wzmocnione włóknami krótkimi, jednakże ich zastosowanie wymaga lepszego zrozumienia zachowania tej grupy materiałów. Projekt pod tytułem: „Wpływ struktury materiału na właściwości mechaniczne kompozytów geopolimerowych wzmocnionych krótkimi włóknami otrzymanymi technologiami addytywnymi” został zrealizowany na Politechnice Krakowskiej przez dr inż. Kinga Korniejenko. Jego głównym celem było zbadanie wpływu mikrostruktury materiału na właściwości mechaniczne dwóch rodzajów kompozytów (zbrojonych włóknem lnianym i włóknem węglowym) oraz porównanie dwóch metod wytwarzania kompozytów geopolimerowych (odlewanie i druk 3D). Jako surowiec na matrycę zastosowano popioły lotne z elektrowni węglowej Skawina (Skawina, woj. małopolskie). Badanie zostało przeprowadzone następującymi metodami:

• Właściwości mechaniczne – wytrzymałość na ściskanie i zginanie z wykorzystaniem prasy hydraulicznej,
• Badania mikrostruktury za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), mikroskopii konfokalnej i mikroskopu sił atomowych (AFM),
• Badania składu chemicznego i mineralogicznego metodami spektroskopowymi (XRD – dyfrakcja rentgenowska i XRF – analiza fluorescencji rentgenowskiej),
• Analiza wiązań w materiale metodą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR).

Nieoczekiwanym odkryciem w tych badaniach były bardzo wysokie wartości wytrzymałości na ściskanie i zginanie kompozytu z włóknami lnianymi w porównaniu z kompozytem z włóknami węglowymi. Wyniki badań mikrostrukturalnych pozwalają częściowo wyjaśnić uzyskane rezultaty badań własności mechanicznych i lepiej zrozumieć związek między mikrostrukturą a właściwościami mechanicznymi kompozytów. Przeprowadzone badania dały również możliwość porównania uzyskiwanych własności materiałowych w zależności od różnych metod produkcji. Próbki wykonane technologią addytywną miały porównywalne właściwości jak te, które zostały wykonane w technologii odlewania.

Efekty projektu:

• The influence of the material structure on the mechanical properties of geopolymer composites reinforced with short fibers obtained with additive technologies / Kinga Korniejenko, Pavel Kejzlar, Petr Louda // International Journal of Molecular Sciences,  2022, Vol. 23, Iss. 4, 2023. doi: 10.3390/ijms23042023.
• Wystąpienie konferencyjne pt. „The influence of microstructure on mechanical properties of 3D printable geopolymer composites”, MATBUD’2020 – Scientific-Technical Conference: E-mobility, Sustainable Materials and Technologies, konferencja on-line, 19-21.10.2020.
• The influence of microstructure on mechanical properties of 3D printable geopolymer composites / Kinga Korniejenko, Krzysztof Miernik, Wei-Ting Lin, Arnaud Castel // MATEC Web of Conferences, doi: 10.1051/matecconf/202032201011.
• Przygotowanie projektu badawczego dla NCN bazującego na rezultatach projektu.