Kompozitní materiály mění svět k lepšímu

sdílet:

Výzkum materiálů nabral nepředstavitelné obrátky. Vydáváme se na cestu hledání nového celospolečenského paradigmatu. Mluvíme o chytrých domech, chytrých materiálech a vesmírných technologiích v běžném životě.

Kompozitní a nanokompozitní materiály hrají prim ve vědě i v praxi. Konkrétně u kompozitních materiálů se praktikuje dvojí postup při jejich přípravě: Zjednodušeně řečeno, tradiční forma zkoumá fyzikální jevy určitých látek a na tomto základě pak vylepšuej vlastnosti daných materiálů. Druhý postup představuje přípravu zcela nových materiálů pomocí cílené proměny vnitřní struktury látky, třeba formou kompozitů či nanovláken. Práci s kompozitními materiály vysvětlují výzkumníci tak, že dávají dohromady materiály ze dvou nebo více substancí s rozdílnými vlastnostmi, což ve výsledku představuje úplně nový výrobek s novými vlastnostmi, jež neměla sama o sobě žádná z jeho součástí. Obvykle jedna ze součástí dodává výrobku pevnost a druhá slouží jako pojivo.

Pro konkrétní představu si lze vybavit jeden z nejznámějších kompozitních materiálů: železobeton jakožto kompozit z ocelových drátů a betonu a beton jakožto kompozit z kameniva a cementu. Dalšími zástupci mohou být kompozity z vláken uhlíkových a aramidových, ze kterých se vyrábějí velmi pevné a lehké díly pro letadla a rakety. Užívají se také v automobilovém průmyslu či v ozbrojených složkách jako výztuže neprůstřelných štítů vojenských vozidel nebo jako výplně neprůstřelných vest. Výzkumníci i uživatelé oceňují kompozitní materiály zejména pro jejich nízkou hmotnost, pevnost, pružnost a plasticitu. Kromě vynikajících mechanických, pevnostních, tepelných a izolačních vlastností lze ocenit také absolutní odolnost proti korozi a výrazné zjednodušení konstrukcí mnoha výrobků. Nejčastěji se uvádí jako příklad zadní část trupu letounu Airbus A310, která se původně vyráběla z 2000 kovových součástek a byla nýtovaná několika desítkami tisíc nýtů. V současné době stačí přibližně 200 kompozitových dílců (A310 se dále postupně vyvíjela, aby je dnes nahradila více žádaná menší letadla řady A318–A321). Mnoho dalších konkrétních příkladů bychom jistě našli i v kosmické technice, při stavbě námořních lodí i malých plavidel. A přirozeně také v architektuře, a to zejména v návrzích nových konstrukcí, které nebylo možné optimálně realizovat z ocelových, dřevěných nebo betonových prvků. Nesmíme zapomenout ani na silniční a kolejová vozidla či energetiku ani na takzvané výrobky denní potřeby pro sportovce (hokejky, golfové hole, tenisové rakety, oštěpy, windsurfingová a snowboardová prkna atd.). Kompozitům vzhledem k jejich jedinečným vlastnostem patří bezesporu budoucnost. 

Práce architektů a designérů se mění

Pracovat s novými technologiemi a materiály je pro každého architekta výzvou. Průmysl vkročil podle všech indicií do další vývojové etapy, která je charakterizována kvantitou a velkou geometrickou rozmanitostí prvků. Miloš Florián z Fakulty architektury ČVUT v Praze hovoří o pokroku v plánování, který je ilustrován evolučním vývojem od modernismu k dekonstruktivismu, blobům, volným formám, transarchitektuře, evoluční architektuře a nanoarchitektuře. Hlavní důraz je podle jeho slov kladen nejen na běžné experimentování s materiály, ale také na další výzkum aplikací hybridních inteligentních materiálů a na testování kompozitů. To vše představuje podle Miloše Floriana potřebu plného využívání matematického modelu k předpovídání chování kompozitů, jež jsou vystaveny vlivu namáhání, a k předpovídání změn materiálů v případě, pokud napětí a následné poškození roste.

„Materiál může být digitálně modelován ve specifickém uspořádání, jako je sklo, membrána, povrch, vzpěra nebo podpěra, a vystaven působení parametrů namáhání, jež se podobá skutečnému napětí, kterému bude materiál vystaven při použití ve fyzickém světě. Tyto zkoušky je možné provádět pomocí metody konečných prvků nebo prostřednictvím speciálních interaktivních softwarů, jež byly vyvinuty pro simulování chování kompozitů a které jsou schopny měnit vstupní parametry, vidět přímo a analyzovat účinky změn ve složení materiálů,“ uvedl při své přednášce na půdě Fakulty architektury Miloš Florian. Virtuální testování má podle jeho názoru velký význam pro design projektu a pro konstrukci složitých geometrických forem.

Za konkrétními příklady se můžeme (kromě jiných) rozjet například na proslulý veletrh designu do Milána, kde se každoročně představují kompozitní materiály. Zcela nezapomenutelný je zcela jistě Byt roku 2050 celý z kompozitu, který představil Karim Rashid, jeden z nejproduktivnějších světových architektů a designérů. Kromě kompozitů propaguje na veletrzích též materiály biologického původu s možností recyklace, materiály snižující spotřebu energie, materiály se zabudovanými tepelně-akumulačními a ekologickými složkami biologického původu;často na přednáškách hovoří také o integrovaných fotovoltaických modulech a o fóliích z netkaných textilií. Trendem moderní architektury a designu by měly být podle jeho slov pouze takové materiály, které neškodí životnímu prostředí a zároveň splňují vše, co se od moderních komponent žádá.

Často pracuje v interiérovém designu s umělým kamenem (obklady stěn, nábytek, sanitární produkty, kuchyňské desky, svítidla).Výchozími surovinami k výrobě kompozitů jsou v tomto případě nejčastěji drti přírodního kameniva, minerály, barviva a pojiva například v podobě akrylátové nebo polyesterové pryskyřice. Výsledným materiálem je pak téměř dokonalá napodobenina kamene. Aby kámen nepůsobil příliš studeně, doporučuje kombinaci se dřevem či pokročilými dřevokompozity. Nespornou výhodou dřevokompozitů je opět jejich tvrdost a vysoká odolnost. Za zmínku zcela jistě stojí například kompozit na bázi dřeva a PVC, který je určen hlavně pro stavebnictví (okna, dveře, terasy, zábradlí) i pro použití v nábytkářském průmyslu. Výsledné vlastnosti těchto dřevokompozitů pak mohou tvrdostí a kvalitou odpovídat i některým vzácným tropickým dřevinám. Plastová složka navíc dodá řadu vlastností, kterými dřevo za normálních okolností nedisponuje: materiál je trvanlivý, pevný, vodovzdorný, odolný proti parazitům, mechům i hnilobě, nekroutí se, nepracuje, nepraská a vyžaduje pouze minimální údržbu. Zajímavou přehlídkou kompozitů je například veletrh Composites Europe v německém Düsseldorfu (29.11 až 1.12. 2016).  

Autoři: 

Redaktor a publicista

Obrázek uživatele ruzicka

ruzicka

No comment

Leave a Response

CAPTCHA
This question is for testing whether or not you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.