Właściwości cieplne innowacyjnych komórkowych kompozytów polimerowych z naturalnymi napełniaczami wytworzonych metodą przyrostową (druk 3D) – badania eksperymentalne

• Autorzy: Anwajler Beata , Olichwiruk Michał

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2024.9.3

Warianty tytułu

EN

Thermal Properties of Innovative Cellular Polymer Composites with Natural Fibers Produced by Additive Manufacturing (3D Printing) – Experimental Study

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tematem artykułu jest analiza możliwości wykorzystania degradowalnych materiałów odpadowych do produkcji materiałów izolacyjnych za pomocą druku 3D. Bezpośrednim zaś celem jest doświadczalne określenie wpływu zastosowania druku 3D z wykorzystaniem diagramu Voronoja na właściwości cieplne innowacyjnych kompozytów komórkowych o złożonej strukturze wewnętrznej z naturalnymi wypełniaczami. Do badań wykorzystano próbki o różnej liczbie warstw (jedno-, dwu-, trójwarstwowe o grubości kompozytów 40 mm i 100 mm) oraz składzie ‒ żywice kolorowe ‒ przezroczyste, czarne, szare, metalizowane, a także szare na bazie oleju sojowego i szare z włóknami naturalnymi. Naturalnym wypełniaczem była gliceryna z popiołem z biomasy ‒ w stosunku masowym 5%. Uzyskane materiały poddano badaniom i wyznaczono wartości współczynnika oporu cieplnego oraz przenikania ciepła. Autorzy wskazali, że najlepsze właściwości cieplne w grupie testowanych materia łów, ma próbka o grubości 100 mm wykonana z żywicy na bazie oleju sojowego; współczynnik przenikania ciepła tej próbki wyniósł 0,223 W/(m2·K). Wykazano także, że składniki biodegradowalne mają duży potencjał jako materiały do wytwarzania termoizolacji w technologii druku 3D.

EN

This paper deals with the use of degradable waste materials to produce insulating materials using 3D printing. The purpose of the study was to experimentally determine the effect of using 3D printing with a Voronoi diagram to fabricate the complex in ternal structure of innovative cellular composites with natural fill ers on their thermal properties. Samples with different number of layers (single, double, triple layers for 40 mm thick composites), composite thickness (40 and 100 mm) and composition – colored resins – transparent, black, gray, metallized as well as soybean oil based gray and gray with natural fibers – were used for the study. The role of natural fillers was played by glycerin and biomass ash – in a weight ratio of 5%. The finished materials were tested and the values of thermal resistance and heat transfer coefficient were determined. The authors pointed out that the best thermal properties among the tested materials stood out for the sample made of soybean oil-based resin with a thickness of 100 mm, for which the value of the heat transfer coefficient was 0.223 W/(m2·K). Biodegradable components have also been shown to have great poten tial as materials for producing thermal insulation using 3D print ing technology. As a thermal insulation material for 3D printing technology, biodegradable components have great potential.

Słowa kluczowe

PL

druk 3D; wytwarzanie przyrostowe; diagram Voronoja; kompozyt komórkowy; naturalny wypełniacz; współczynnik przenikania ciepła; izolacja termiczna

EN

3D printing; additive manufacturing; Voronoi diagram; cellular composites; natural fillers; heat transfer coefficient; thermal insulation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 55, nr 9
• Strony: 22--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Anwajler Beata

• Katedra Inżynierii Konwersji Energii, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska Osoba do kontaktu

• https://orcid.org/0000-0002-3226-1120

autor

Olichwiruk Michał

• Absolwent kierunku Energetyka, specjalność CCK, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Anwajler B, Zdybel E, Tomaszewska-Ciosk E. Innovative Polymer Composites with Natural Fillers Produced by Additive Manufacturing (3D Printing) - A Literature Review. Polymers. 2023; 15(17):3534.
• [2] Anwajler, B. (2023). Zastosowanie odpadów stałych jako materiałów termoizolacyjnych. Izolacje, 28.
• [3] Barkhad, M. S., Abu-Jdayil, B., Iqbal, M. Z., & Mourad, A. H. I. (2020). Thermal insulation using biodegradable poly (lactic acid)/date pit composites. Construction and Building Materials, 261, 120533.
• [4] Bi, X., & Huang, R. (2022). 3D printing of natural fiber and composites: A stateof-the-art review. Materials & Design, 222, 111065.
• [5] Ghosh, A., Ghosh, A., & Neogi, S. (2018). Reuse of fly ash and bottom ash in mortars with improved thermal conductivity performance for buildings. Heliyon, 4(11).
• [6] Grabowska, B. (2007). Charakterystyka izolacji stosowanych w technice chłodniczej i klimatyzacyjnej. Chłodnictwo i Klimatyzacja, (5), 88-96.
• [7] Heim, D., Mrowiec, A., & Prałat, K. (2016). Analysis and interpreta tion of results of thermal conductivity obtained by the hot wire method. Experimental Techniques, 40, 513-519.
• [8] ISO 9869-1:2014 - Thermal insulation - Building elements - In-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance Part 1: Heat flow meter method.
• [9] Manohar, K., Ramlakhan, D., Kochhar, G., & Haldar, S. (2006). Bio degradable fibrous thermal insulation. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 28, 45-47.
• [10] Ranjan, R., Kumar, D., Kundu, M., & Moi, S. C. (2022). A critical review on Classification of materials used in 3D printing process. Ma terials today: proceedings, 61, 43-49.
• [11] Shahrubudin, N., Lee, T. C., & Ramlan, R. J. P. M. (2019). An over view on 3D printing technology: Technological, materials, and applications. Procedia Manufacturing, 35, 1286-1296.
• [12] Strona internetowa: https://3duv.pl/pl/p/Elegoo-Mars-4-DLP/2535 – dostęp na 16.06.2024.
• [13] Strona internetowa: https://www.bristol.ac.uk/maths/fry-building/public-artstrategy/what-is-a-voronoi-diagram/ – dostęp na 16.06.2024.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).