Bioniczny kompozyt komórkowy o właściwościach izolacyjnych wykonany w technologii addytywnej SLS

• Autorzy: Anwajer Beata , Piwowar Anna

Warianty tytułu

EN

Bionic cellular composite with insulation properties made using additive SLS technology

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy eksperymentalnego wyznaczania właściwości termoizolacyjnych prototypowych materiałów komórkowych i porowatych wykonanych technologią addytywną. Skoncentrowano się w niej na poszukiwaniu nowoczesnych rozwiązań dla termoizolacji, które mogłyby przyczynić się do poprawy efektywności energetycznej budynków, urządzeń lub instalacji. W tym celu wykonano wirtualne modele kompozytów przekładkowych z rdzeniem o bionicznej strukturze pianki otwartokomórkowej. Modele różniły się porowatością, średnicami porów i liczbą warstw. Zostały wydrukowane na drukarce 3D SLS. Jako materiał budulcowy wykorzystano nylon. Próbki przebadano za pomocą termoelektrycznej wersji aparatu Poensgena. Ustalono wpływ trzech niezależnych parametrów definiujących prototypowy materiał na jego właściwości termoizolacyjne. Właściwości cieplne przebadanych materiałów prototypowych porównano z dwiema porowatymi izolacjami przemysłowymi – płytą PIR oraz pianką PUR.

EN

The article concerns the experimental determination of thermal insulation properties of prototype cellular and porous materials made using additive technology. It focuses on the search for modern solutions for thermal insulation that could contribute to improving the energy efficiency of buildings, devices, or installations. For this purpose, virtual models of sandwich panels with a core with a bionic structure of open-cell foam were made. The models differed in porosity, pore diameters and the number of layers. They were printed on an 3D SLS printer. Nylon was used as a building material. The samples were tested with the thermoelectric version of the Poensgen apparatus. The influence of three independent parameters defining the prototype material on its thermal insulation properties was determined. The thermal properties of the tested prototype materials were compared with two porous industrial insulations – PIR board and PUR foam.

Słowa kluczowe

PL

właściwości termoizolacyjne; materiały komórkowe; technologia addytywna

EN

thermal insulation; cellular standards; additive technology

• Wydawca: Grupa MEDIUM Sp. z o.o. Sp.k.a.
• Czasopismo: Izolacje
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 28, nr 1
• Strony: 116--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Anwajer Beata

• Katedra Inżynierii Konwersji Energii, Wydział Mechaniczno-Energetycznym, Politechnika Wrocławska

autor

Piwowar Anna

Bibliografia

• 1. B. Grabowska, K. Wiśniewski, K. Bawolski, „Propozycja materiału termoizolacyjnego inspirowanego naturą w technologii druku 3D”, „Chłodnictwo & Klimatyzacja” 12-1/2020, s. 60–63.
• 2. A. Piziak-Rapacz, „Zarządzanie bezpieczeństwem energetycznym Polski a ekologia”, „Bezpieczeństwo. Teoria i Praktyka” nr 1, s. 45–60.
• 3. T. Skoczkowski, S. Bielecki, „Środki poprawy efektywności energetycznej w przemyśle i ich ocena”, „Energetyka” 1/2016, s. 9–14.
• 4. M. Woźniak, B. Saj, „Wpływ polityki energetycznej na zmiany klimatu w opinii młodzieży województwa podkarpackiego”, „Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN”, 109/2019, s. 199–214.
• 5. J. Sierra-Perez, J. Boschmonart-Rives, X. Gabarrell, „Environmental assessment of façade-building systems and thermal insulation materials for different climatic conditions”, „Journal of Cleaner Production” 113/2016, s. 102–113.
• 6. B. Anwajler, R. Spychaj, P. Wójcik, A. Piwowar, „Doświadczalne wyznaczenie właściwości cieplnych prototypowych materiałów izolacyjnych wykonanych technologią druku 3D”, „Rynek Energii” 6/2021, s. 44–51.
• 7. H. Dodziuk, „Druk 3D/AM: zastosowania oraz skutki społeczne i gospodarcze”, PWN, Warszawa 2019.
• 8. P. Siemiński, G. Budzik, „Techniki przyrostowe. Druk 3D. Drukarki 3D”, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2015.
• 9. P.S. Liu, G.F. Chen, „Porous materials: processing and applications”, „Elsevier”, [b.m.] 2014.
• 10. L.J. Gibson, M.F. Ashby, „Cellular solids: Structure and properties”, Cambridge University Press, [b.m.] 1999.
• 11. H. Zhao, „Cellular materials under impact loading”, Lecture notes 12, „Centre of Excellence for Advanced Materials and Structures”, Warszawa 2004.
• 12. Y.A. Cengel, „Heat transfer: a practical approach”, McGraw Hill, [b.m.] 2002.
• 13. K. Reimer, „Skandal z pianą, czyli Afrodyta topologiczna”, Delta 10/2015.
• 14. A.M. Kraynik, „Foam structure: from soap froth to solid foams”, MRS Bulletin, 28 (4)/2003, s. 275–278.
• 15. N.J. Mills, „The high strain mechanical response of the wet Kelvin model for open-cell foams”, „International Journal of Solids and Structures” 44/2007, s. 51–65.
• 16. Z.A. Qureshi, E. Elnajjar, O. Al-Ketan, R.A. Al-Rub, S.B. Al-Omari, „Heat transfer performance of a finned metal foam-phase change material (FMF-PCM) system incorporating triply periodic minimal surfaces (TPMS)”, „International Journal of Heat and Mass Transfer”, 170/2021.
• 17. G.M. Gladysz, K. Chawla, „Voids in materials: from unavoidable defects to designed cellular materials”, „Elsevier”, [b.m.] 2014.
• 18. L.J. Gibson, „Biomechanics of cellular solids”, „Journal of Biomechanics” 38 (3)/2005, s. 377–399.
• 19. B. Anwajler, „The thermal properties of a prototype insulation with a gyroid structure – optimization of the structure of a cellular composite made using SLS printing technology”, „Materials”, 15 (4)/2022, art. 1352, s. 1–18.
• 20. I. Duarte, N. Peixinho, A. Andrade-Campos, R. Valente, „Special issue on cellular materials”, „Science and Technology of Materials”, 30 (1)/2018, s. 1–3.
• 21. B. Grabowska, „Materiały termoizolacyjne – wybrane aspekty bioinspiracji w klimatyzacji i chłodnictwie”, „Chłodnictwo & Klimatyzacja”, 10/2017, s. 60–63.
• 22. A. Ruszaj, „Bionika w rozwoju inżynierii produkcji”, „Mechanik” 5/6/2016, s. 350–355.
• 23. A. Ruszaj, „Wybrane aspekty bioinspiracji w rozwoju przemysłu”, „Przegląd Spawalnictwa,” 3/2018, s. 52–56.
• 24. G.M. Gladysz, K. Chawla, „Voids in materials: from unavoidable defects to designed cellular materials”, wyd. 2, „Elsevier”, [b.m.] 2020.
• 25. D.M.S. Al-Homoud, „Performance characteristics and practical applications of common building thermal insulation materials”, „Building and Environment” 40/2005, s. 353–366.
• 26. B. Abu-Jdayil, A.-H. Mourad, W. Hittini, M. Hassan, S. Hameedi, „Traditional, state-of-the-art and renewable thermal building insulation materials: an overview”, „Construction and Building Materials”, 214/2019, s. 709–735.
• 27. M.R. Hall, „Materials for energy efficiency and thermal comfort in buildings”, „Woodhead Publishing”, [b.m.] 2010.
• 28. A. Boczkowska, G. Krzesiński, „Kompozyty i techniki ich wytwarzania”, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2016.
• 29. D.D.L. Chung, „Composite materials: functional materials for modern technologies”, Springer, London 2003.
• 30. B. Grabowska, J. Kasperski, „Elastyczna izolacja z tworzywa sztucznego – wpływ rodzaju użytego tworzywa na wymianę ciepła przez promieniowanie”, „IZOLACJE” 9/2019, s. 94–97.
• 31. B. Grabowska, J. Kasperski, „The thermal conductivity of 3D printed plastic insulation materials – the effect of optimizing the regular structure of closures”, „Material” 2020, vol. 13, nr 19, art. 4400, s. 1–16.
• 32. B. Grabowska, J. Kasperski, „Modeling of thermal properties of thermal insulation layered with transparent, opaque and reflective film”, „Journal of Thermal Science” 2018, vol. 27, nr 5, s. 463–469.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).