Automobilový průmysl stále hledá možnosti, jak přizpůsobovat klasické materiály zvyšujícím se environmentálním i funkčním nárokům. Jedním z takových projektů je i vývoj inovované termosetické směsi, která by byla vhodnějším materiálem pro výrobu světlometů.
Za projektem, který je financovaný z peněz nově vzniklého Národního centra kompetence PolyEnvi21, se skrývá spolupráce čtyř institucí. Vedoucím ústavem je CATRIN UPOL (Czech Advanced Technology and Research Institute Univerzity Palackého v Olomouci), vědecké centrum zaměřené na špičkový výzkum v oblasti nanotechnologií, biotechnologií a biomedicíny. Hlavním průmyslovým partnerem je výrobce osvětlovací techniky FORVIA HELLA, dalším akademickým partnerem je VŠB-TUO (Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava) a posledním je Moravskoslezský automobilový klastr. Cílem výzkumu je optimalizace chování termosetické směsi, z níž se vyrábí šasi světlometů tak, aby z produktu unikalo minimální množství těkavých látek, jako je například styren.
Šasi světlometu je totiž nutné pro správnou funkci pokovit. Jenomže styren způsobuje povrchové vady, takže je v rámci výrobního procesu potřeba povrch nejprve upravit lakováním.
„Pokud se nám materiál podaří dobře optimalizovat, můžeme významně omezit krok lakování. To by znamenalo zvýšení kvality výroby, která se následně odrazí v environmentální i v ekonomické stránce procesu," vysvětluje Vojtěch Kupka, jenž je garantem celého projektu s tím, že právě ekologie hraje ve vývoji velkou roli.
„V současné době se klade velký důraz na udržitelnost výrobku a snížení emisí při výrobě. Významná úspora, byť jen v jednom mezikroku, tak může našemu průmyslovému partnerovi pomáhat budovat klimaticky neutrální výrobu."
Podle Kupky se každý výrobce, který zpracovává termosetické směsi, snaží recepturu nějakým způsobem optimalizovat. Každá jednotlivost ve výrobním postupu totiž ovlivňuje výslednou podobu materiálu. Důležitá je tak jeho pevnost, tuhost a mnoho dalších fyzikálních parametrů, jež se sledují.
„Problémem termosetických materiálů je, že se s nimi sice dobře pracuje, nicméně jejich recyklace a následné zpracování jsou poměrně komplikovanou záležitostí. Úpravou materiálu bychom tedy chtěli docílit vlastností, s nimiž bude materiál kromě jiného i snáze zpracovatelný v rámci druhotného využití," doplňuje Pavel Tuček, ředitel inovací produktů ve společnosti FORVIA HELLA.
Projekt je jako chemická pekárna
Oba pánové se shodují na tom, že v současné době je proces kompozice materiálu dobře popsaný. Důležitá je ale analýza samotného procesu chemických reakcí, díky nimž pak materiál vzniká.
„Je nesmírně důležité vědět, co se v materiálu děje, protože pokud máme dobře popsaný proces, můžeme nastavovat parametry související s technologií. A o tom je vlastně tento projekt. Chceme technologii posunout tak, abychom mohli mnohem rychleji reagovat na materiálové modifikace," pokračuje Vojtěch Kupka s tím, že v podstatě materiál rozebírají na jednotlivé komponenty, zjišťují, jak se mění reaktivnost složek v čase a nakolik lze některé složky nahrazovat.
„Zaměřujeme se zejména na dokonalé zreagování styrenu a ostatních aditiv v kompozitu. Měníme iniciátor, měníme katalyzátor, zajímá nás teplota, mechanické vlastnosti výsledného materiálu a povrchové vlastnosti kovových vrstev, když pak vznikne šasi."
A Pavel Tuček opět dodává, že celý výzkumný tým by se dal s trochou nadsázky přirovnat k chemickým pekařům: „Stejně jako klasičtí pekaři i my chceme dokonale pochopit materiál a úspěšně připravit modifikovanou směs, která by dokázala účinně pracovat s obsahem chemikálií, a tím pádem se naučit je optimalizovat. Chceme si umět připravit vyváženou směs, která bude absolutně pevná, nebo si připravit směs, která bude vhodná pro přímé pokovení bez laku, nebo bude teplotně odolná a podobně. Stále se ale bude jednat o stejnou směs, u níž budeme různou kombinací aditiv měnit mechanicko-fyzikálně- chemické vlastnosti, které výsledný produkt má."
Celý projekt odstartoval v únoru roku 2023 a výsledky musí být k dispozici do konce roku 2025, přičemž po roce práce už mají výzkumníci v rukou funkční vzorky. Tedy sadu vzorků, které dobře fungují v laboratorním měřítku. Na nich jsou vědci schopni analyzovat množství těkavých komponent a styrenu a dokážou zároveň definovat, co je třeba udělat pro zlepšení některých vlastností.
Práce probíhají tak, že se modifikovaný termosetický materiál připomínající plastelínu lisuje, čímž se z něj připraví destičky. Ty se dají lakovat i pokovit. Následně výzkumníci zkoumají, jak vypadá povrch, pokovení a jaké jsou fyzikální vlastnosti materiálu.
„Nyní bychom se už rádi posunuli do fáze prototypu, což je poměrně náročné, protože v ten moment už se blížíme samotné výrobní technologii šasi světlometu. A v zásadě platí klišé o přechodu z laboratorního do průmyslového měřítka. Ten je totiž neuvěřitelně těžký, protože přechod do objemů, které vyžaduje průmysl, je o aplikaci úplně jiných přístupů," upozorňuje na možné problémy Pavel Tuček.
Pokud se i prototypová fáze zdaří, měla by být v roce 2025 finálním výstupem projektově ověřená technologie, tedy série standardizovaných kroků, které vedou k tomu, aby průmyslový partner rozhodl, zda je pro ně takový výrobek ekonomicky i procesně smysluplný a zda upravený materiál nasadí do výroby.
„Od toho vlastně tyto projekty jsou. My splníme zadání a dodáme výstupy v požadované kvalitě a na našem partnerovi závisí, zda bude chtít dané technologické kroky posunout dále do výroby," vysvětluje Vojtěch Kupka mechanismus výzkumné spolupráce mezi akademickými a průmyslovými partnery.
„Po skončení projektu máme zájem spolupracovat s partnerem FORVIA HELLA i nadále, zejména s ohledem na zkušenosti, které nám tato spolupráce již nyní dává. Projekt nám poskytuje možnosti stále se učit a nahlížet nově současný způsob analýzy termosetů. Získáváme určité know-how, které bychom mohli použít pro výzkum v jiných oblastech aplikace termosetů a kompozitních materiálů, a to může být nejen v automotive, ale i v leteckém či aerospace průmyslu," uzavírá Vojtěch Kupka.