Het toevoegen van microscopisch kleine nanomaterialen aan koolstofvezelcomposieten heeft geleid tot sterkere, hardere vinnen voor duikers. Een bedrijf in ruimtemateriaal werkte samen met een marktleider in het ontwerp en de productie van uitrusting voor vrijduiken en speervissen via ESA's Technology Transfer and Patent Office.

Een idee dat oorspronkelijk werd verdedigd door uitvinders van Leonard da Vinci tot Benjamin Franklin, voordat in de vorige eeuw uiteindelijk massaproductie werd bereikt, duikvinnen verhogen de efficiëntie van elke beweging in het water. In het algemeen, hoe dieper je gaat, hoe meer kracht je nodig hebt van je vinnen.

"Goedkope vinnen om dicht bij het strand te zwemmen zijn gemaakt van rubber of plastic", legt Dimitris Pantazis van onderwaterapparatuurspecialist Alchemy uit. "Hoogwaardige vinnen voor onderwatervissen of vrijduiken zijn gemaakt van stevig koolstofvezelcomposiet, maar deze kunnen in sommige omstandigheden beschadigd raken, zoals door het raken van rotsen of koraal, of anders per ongeluk getroffen als mensen naar duikplekken reizen.

"Dergelijke schade kan scheuren voortplanten, en als je heel hard schopt, kan je vin breken - en dat is het laatste wat je wilt als je diep onder water bent."

Om dit te voorkomen, Alchemy werkte samen met Adamant Composites via een ESA Technology Transfer Proof of Concept-project, onderzoek naar de toevoeging van nanomaterialen aan composietvinnen. Testen door de twee Griekse bedrijven tonen aan dat de toevoeging van dit ingrediënt resulteert in hardere, veerkrachtiger vinnen.

Koolstofvezelcomposieten vormen enkele van de sterkste materialen die bekend zijn in termen van sterkte, stijfheid en temperatuurbestendigheid. Ze worden gemaakt door koolstofvezels in een weefpatroon te leggen voordat ze in een bindend 'matrix'-materiaal worden geplaatst, zoals epoxyhars, die vervolgens in de gewenste vorm wordt gegoten en in zijn uiteindelijke vorm wordt gebakken.

Oorspronkelijk ontwikkeld tijdens het ruimtetijdperk van de jaren zestig, koolstofcomposieten blijven tot op de dag van vandaag een belangrijk ruimtemateriaal, terwijl het ook te vinden is in alles, van Formule 1-raceauto's tot straaljagers, fietsframes tot golfclubs, evenals hoogwaardige vinnen.

"Ons bedrijf begon in 2012, voortkomend uit onderzoek naar de integratie van nanomaterialen, op de schaal van miljardsten van een meter, in composietmaterialen, ", zegt Thanos Baltopoulos van Adamant Composites.

"Destijds was het duidelijk dat door het toevoegen van nanomaterialen zoals koolstofnanobuisjes en metalen of keramische nanodeeltjes op verschillende manieren de prestaties en functionaliteit van een bepaald composiet kan worden geoptimaliseerd, om meer kracht te leveren, energieabsorptie en thermische of elektrische geleidbaarheid."

voor ruimte, Adamant Composites heeft samen met ESA de noodzaak geïdentificeerd om de eigenschappen van conventionele composietmaterialen aan te passen aan de speciale behoeften van missies, zoals voor hogere thermische prestaties.

"Adamant Composites gebruikte nanosoorten om een ​​of meer eigenschappen van hoogwaardige composieten te verbeteren, ", legt ESA-materiaalingenieur Laurent Pambaguian uit. "Het concept van 'op maat gemaakte' materialen is volwassen geworden binnen door ESA gefinancierde projecten, totdat ze vandaag in verschillende industriële gebieden kunnen worden toegepast."

Via door ESA geleid onderzoek werd een methodologie ontwikkeld om composietmaterialen te creëren die op maat zijn gemaakt voor de behoeften van de toepassing. De methodologie omvat zowel materiaalontwerp als technologieën om dergelijke materialen effectief te verwerken. Het resultaat is een formulering die een basismateriaal op maat maakt voor een bepaalde toepassing.

"Als een schilder die kleuren mengt om de tint te creëren die specifiek is voor zijn schilderij, we proberen de nanomaterialen op elkaar af te stemmen om composietmaterialen op maat te maken voor eindgebruikers, ", voegt Thanos toe.

"De uitdaging was om de voordelen van nanomaterialen op te schalen van het niveau van wetenschappelijke waarnemingen naar commerciële producten in een 'pre-preg'-vorm die bruikbaar en begrijpelijk is voor bestaande materiaalgebruikers, zonder de manier waarop ze werken te hoeven veranderen."

Opgericht door onderzoekers die samenwerken aan de Universiteit van Patras, Adamant Composites bleef zich voornamelijk richten op de ruimtevaartsector, tot een ontmoeting met vertegenwoordigers van het bedrijf Alchemy op een composietbeurs in Parijs, waar de eerste commerciële aankondiging van de technologie werd gedaan.

"Ze vertelden ons over de problemen waarmee ze werden geconfronteerd, en we zeiden dat we zouden kijken of we onze technologie zouden gebruiken om aan hun behoeften te voldoen, " merkt Thanos op. "Kort na die bijeenkomst introduceerde ESA haar Technology Transfer Proof of Concept. Dit bleek het ideale kader om samen te werken, gezien het feit dat we allebei kleine bedrijven zijn die zich op totaal verschillende sectoren richten."

De belangrijkste vereisten van Alchemy waren weerstand tegen schade, bekend als 'breuktaaiheid', en krasvastheid.

"Het resulterende Proof of Concept-project heeft ons ertoe gebracht twee belangrijke mijlpalen te bereiken, ", zegt Thanos. "Eerst op materieel niveau, we de vereiste prestaties konden aantonen, met niet-standaard testen om aan te tonen dat beschadigd materiaal nog steeds dezelfde belasting kan dragen zonder te breken. Ten tweede werkten we samen om dit materiaal om te vormen tot verschillende ontwerpen van prototype duikvinnen die we vervolgens konden evalueren in termen van producten.

"Succes op dit niveau stelt ons in staat om het product in de toekomst verder te ontwikkelen, en gegeven ons technieken die we ook in andere sectoren kunnen toepassen, inclusief ruimte."

Het hebben van hardere vinnen betekent dat ze zonder aarzeling kunnen worden gebruikt bij veeleisend gebruik zoals speervissen. Door gebruik te maken van deze ruimtetechnologie kan Alchemy een baanbrekend product bieden aan onderwaterenthousiastelingen en professionals, terwijl ze hun portfolio uitbreiden met een sterke en innovatieve aanwezigheid.