woensdag, augustus 4, 2021
Home innovatie Programmeerbare isolatiematerialen

Programmeerbare isolatiematerialen

Nieuwe isolatiematerialen gemaakt van polymeren met vormgeheugen worden ontwikkeld en getest door de Fraunhofer Instituten voor Toegepast Polymeeronderzoek IAP, voor Chemische Technologie ICT en voor Bouwfysica IBP als onderdeel van de Fraunhofer Cluster of Excellence programmeerbare materialen CPM. De hightech schuimen zijn bestemd om te worden gebruikt als functionele materialen in bijvoorbeeld de bouwindustrie.

Programmeerbare materialen reageren autonoom

Programmeerbare materialen zijn dynamische materialen, materiaalcomposieten of oppervlakken waarvan de inwendige structuur zodanig is dat de materiaaleigenschappen en het gedrag op omkeerbare wijze kunnen veranderen volgens een programma. Dit wordt bereikt door de reactie van een materiaal op een signaal, zoals een verandering van temperatuur, permanent in de materiaalstructuur te programmeren. Het reactiegedrag kan dan extern worden getriggerd, zodat de programmeerbare materialen zich automatisch op een vooraf bepaalde manier aanpassen aan veranderende omstandigheden. Schuim gemaakt van polymeer met vormgeheugen zoals polyester urethaan ureum, kan ook een dergelijke actuator functie vertonen. De stroomkanalen naast of binnen het schuim kunnen in afmeting worden gewijzigd op basis van het schakelvermogen. Dienovereenkomstig stroomt warme of koude lucht goed of slecht door het schuim of de stroomkanalen. Bij welke temperatuur de omkeerbare vormverandering in gang wordt gezet en in welke richting deze optreedt, kan van tevoren worden bepaald door het systeemontwerp en door thermo mechanische behandeling.

Schuim gemaakt van polymeer met vormgeheugen verandert van vorm afhankelijk van de temperatuur

Onderzoekers van de drie Fraunhofer-instituten IAP, ICT en IBP ontwikkelen isolatiematerialen met programmeerbaar materiaalgedrag op basis van dergelijke polymeerschuimen met vormgeheugen. De onderzoekers ontwikkelden zelfvoorzienende isolatiesystemen met een omschakelbare luchtdoorlaatbaarheid. Afhankelijk van de temperatuur verandert het isolatiemateriaal van vorm, b.v. de diameter van de stroomkanalen en daardoor ook de warmteoverdracht. Bij lage temperaturen bijvoorbeeld zijn de stroomkanalen gesloten en hebben zij een isolerende werking. Bij verhitting gaan de kanalen open en stroomt er gemakkelijker lucht doorheen. Dit is bijzonder interessant voor toepassingen waarbij de buitentemperatuur sterk wisselt. In het project hebben de onderzoekers demonstratiemodellen ontwikkeld voor actuator elementen voor de ventilatie aan de achterzijde van de buitengevel van een eengezinswoning. “Het gaat om een thermisch omschakelbare spleet tussen de buitenlaag en de dragende structuur van het gebouw,” legt Dr. Thorsten Pretsch uit, die aan het hoofd staat van de werkgroep Vormgeheugenpolymeren van het Fraunhofer IAP.

Isolatiematerialen voor industriële toepassingen

Bij het Fraunhofer IAP worden de programmeerbare hightech schuimen gesynthetiseerd en worden de technologieën voor het programmeren van de eigenschappenprofielen ontwikkeld. De temperaturen waarbij de vormveranderingen later plaatsvinden, zijn reeds tijdens de synthese bepaald. Voor de optimale formulering van het schuim worden enerzijds de monomeren geselecteerd en de reactievoorwaarden aangepast, en worden anderzijds geschikte additieven of vulstoffen toegevoegd, bijvoorbeeld om de schuimstructuur te beïnvloeden. Ook het gebruik van grondstoffen op biologische basis wordt overwogen.

Om ook grote hoeveelheden isolatiemateriaal voor industriële toepassingen te kunnen produceren, worden in het Fraunhofer ICT specifiek processen voor de synthese van polymeren op schaal verder ontwikkeld. Bovendien worden de monsters onderworpen aan niet-destructieve proeven met behulp van microcomputer tomografy.

Bij Fraunhofer IBP wordt de warmteoverdracht onder praktijkomstandigheden geëvalueerd. De mechanische eigenschappen worden gekarakteriseerd en er worden simulaties uitgevoerd voor specifieke toepassingen. “Onze simulaties van een geventileerde gevel van een flatgebouw in Madrid tonen aan dat de schakelbare isolatiematerialen de operatieve kamertemperatuur met 2,5 °C kunnen verlagen of tot 46 procent energie kunnen besparen voor koeling tijdens de zomermaanden,” legt Prof. Dr. Martin Krus van Fraunhofer IBP uit.

Het project om programmeerbare isolatiematerialen te ontwikkelen is op 1 januari 2018 van start gegaan met de start van het Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials, en loopt sindsdien. Daarbij zoeken de onderzoekers ook naar nieuwe toepassingen voor de unieke functionaliteiten van het schuim van polymeer met vormgeheugen.

- Advertentie -

Meest gelezen

5 Vragen aan Paul Rosenmöller

Paul Rosenmöller (1956) is  voorzitter van de VO-raad. Daarnaast is hij onder andere lid van de Eerste Kamer en fractievoorzitter namens GroenLinks....

Bilfinger:

praktische scholing gewenst Hoe zorg je als grote onderneming in de isolatie voor voldoende, goed opgeleid personeel? Is dat...

Slimme isolatie met zeepbellen

Startup BBBLS heeft een innovatieve methode ontwikkeld om kassen extra te isoleren met zeepbellen in een dubbele dakconstructie. Telers kunnen op deze...

Asbipro treedt toe tot IPCOM-groep

ASBIPRO Technische Isolatie, met vestigingen in Schiedam en Groningen, treedt toe tot de IPCOM-groep en wordt daardoor onderdeel van een toonaangevende leverancier...