REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Razvoj sodobnih tehnologij in izdelkov, ki so zajeti v idejo trajnostnega razvoja, kot so obnovljivi viri energije, nizkoogljične tehnologije, ekološka proizvodnja in drugo, zahteva istočasen razvoj in raziskave novih materialov. Na področju avtomobilske industrije je očiten razvoj v smeri izdelave električnih avtomobilov in izboljševanja delovnih pogojev med vožnjo. Največji problem pri električnih vozilih je omejena kapaciteta uporabljenih baterij, ki omejujejo razdaljo, ki jo vozilo naredi z enim polnjenjem. Po drugi strani pa zagotavljanje ustreznih delovnih pogojev, kot so temperatura v kabini vozila tudi zahteva dodatno energijo. Gretje sedežev v vozilih je postala že standardna oprema tudi pri nižjecenovnih vozilih. Pri večini vozil je gretje omogočeno s posebnimi grelnimi elementi, izdelanimi iz uporovnih žic. Tovrstni grelni elementi porabijo precej električne energije, običajno okoli 20 kWs do ogretega sedeža. Pri električnih avtomobilih v zimskem času, ko je izkoristek baterij precej nižji, ta energija še dodatno zmanjša doseg vozila.
Osnovna ideja doktorskega dela je bila razvoj tekstilnega kompozitnega materiala, ki bi se ob priključitvi na električno napetost po celi površini enakomerno segreval in bi nadomestil diskretne uporovne elemente v dosedanjih avtomobilskih sedežih. Zaradi bolj direktnega stika z voznikom, nižje temperature, manjše toplotne kapacitete in manjših izgub bi tak način gretja lahko v dobršni meri zmanjšal porabo električne energije.
Kompozitni material je bil izdelan iz tekstilne osnove, ki se običajno uporablja pri izdelavi avtomobilskih sedežev (usnje, umetno usnje, bombažno platno, itd.) in električno prevodnega sloja na osnovi ogljikovih nanocevk z različnimi dodatki, nanesenega na spodnji strani tekstila. Kot najbolj ustrezen način nanosa prevodnega sloja na večje kose tekstila se je izkazal sitotisk. S številom nanesenih slojev sem lahko krojil električne in s tem tudi termične lastnosti.
Iz meritev električne prevodnosti v odvisnosti od števila nanesenih prevodnih slojev sem pokazal, da prevodnost v tem sistemu lahko opišemo s perkolacijskim mehanizmom.
Raziskoval sem tudi vpliv raztezka tekstilnih materialov na električno prevodnost. Pri uporabi tekstila v avtomobilskih sedežih pride do nateznih obremenitev in s tem do raztezka. Tekstilni material se je kljub natezni obremenitvi segreval, vendar do približno 20 - 40 % nižje temperature pri enakem električnem toku.
Po večkratnem nanosu prevodnega sloja na različnih materialih smo površino raziskovali z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM). Pregledovali smo predvsem parametre, kot so hrapavost, poroznost, porazdelitev ogljikovih nanovlaken in prisotnost defektov (razpok, nepokritih predelov, itd.). Ugotovili smo, da je površina precej hrapava, kar v veliki meri prispeva osnovni material, nekaj pa tudi snopiči ogljikovih nanovlaken. Prisotne so tudi pore, ki omogočajo prepustnost (»zračnost«) tega materiala. Snopiči posameznih ogljikovih nanovlaken so med seboj prepleteni, enakomerno pokrivajo površino in tvorijo zanke. Tovrstna porazdelitev vlaken razloži ohranitev prevodnosti tudi v primeru raztezka tekstila pri natezni obremenitvi.
Izmerili smo tudi toplotno upornost kompozitnih tekstilnih materialov, saj je pri sestavi posameznih plasti materialov na sedežu pomemben vrstni red zaradi prehoda toplote. Gretje tekstilnih materialov v odvisnosti od časa in porazdelitev temperature po površini med segrevanjem sem spremljal tudi z infrardečo kamero.
Rezultat doktorskega dela je razvoj grelnih tekstilnih kompozitov na osnovi petih različnih tekstilnih materialov, ki se uporabljajo v avtomobilski industriji. Gretje vseh tekstilnih materialov, ki sem jih razvijal je ustrezno za uporabo v avtomobilskih sedežih, poraba električne energije je več kot 30 % nižja od diskretnih žičnih elementov, to je okoli 7 kWs do ogretega sedeža.