HUN-REN-BME Kutatócsoport

Prof. Dr. Toldy Andrea

EGYETEMI TANÁR, MTA-BME LENDÜLET KUTATÓCSOPORT-VEZETŐ

IRODA T.314.

TELEFON 06-1-463-2462

E-MAIL atoldy@edu.bme.hu

Országos Doktori Tanács személyi adatlap

Aktuális PhD téma ajánlatok

Újrahasznosításra tervezett polimer kompozitok fejlesztése

a.) Előzmények: A hőre keményedő polimerek irreverzibilis elsődleges kovalens kötésekkel képeznek térhálós szerkezeteket, ezért előállításuk és feldolgozásuk, valamint újrahasznosításuk más technológiákat igényel, mint a hőre lágyuló rendszerek. Bár sokkal kisebb mennyiségben használják őket és élettartamuk sokkal hosszabb, újrahasznosításuk elkerülhetetlenné vált a növekvő felhasználási kör és mennyiség, a magasabb árszint és a szénszálak iránti kereslet gyors növekedése miatt. A nehézségek ellenére számos újrahasznosítási megoldás létezik, amelyek három csoportba sorolhatók: mechanikai (amikor a kompozit hulladékot kisebb méretűre csökkentik, és az anyagot újrahasznosítják), termikus (amikor a termikus energiát használják fel) és kémiai (amikor a polimer mátrixot lebontják, és mind a mátrixot, mind a szálerősítést újrahasznosítják). Ezek közül jelenleg csak a mechanikai újrahasznosítás és a pirolízis áll rendelkezésre ipari méretekben, de néhány ígéretes innovatív elgondolás a térhálós polimerek és kompozitok tervezett újrahasznosítását célozza.
b.) A kutatás célja: Olyan újrahasznosításra tervezett szálerősített polimer kompozitok fejlesztése, amelyekben a polimer mátrix kémiai módszerekkel anyagában újrahasznosítható.
c.) Elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye:
• Szakirodalmi áttekintés a célzottan újrahasznosítható polimer mátrixok témakörében, különös tekintettel a hőre lágyuló polimerekhez hasonlóan alakítható vitrimerekre és a megújuló forrásból származó alapanyagokra (időigény: kb. 12 hónap).
• Hagyományos térhálós rendszerek kiváltására alkalmas, célzottan újrahasznosítható, lehetségesen megújuló forrásból származó mátrixú, szénszállal erősített polimer kompozitok fejlesztése és vizsgálata (időigény: kb. 16 hónap).
• Az előállított kompozitok újrahasznosíthatóságának vizsgálata, a reciklált mátrix felhasználásával előállított kompozitok jellemzése. Újrahasznosított polimer kompozitok értéknövelési lehetőségeinek feltárása (pl. égésgátlás). (időigény: kb. 20 hónap).
d.) A szükséges berendezések: A kutatómunkához szükséges technológiai, anyagvizsgáló és mérőberendezések a Polimertechnika Tanszék akkreditált laboratóriumában rendelkezésre állnak.
e.) Várható tudományos eredmények: Anyagában kémiailag újrahasznosítható új mátrixanyagok előállítása, újrahasznosíthatóság anyagszerkezettani követelményeinek feltárása.
f.) Irodalom:
• A. Toldy, Recyclable-by-design thermoset polymers and composites, Express Polymer Letters, 15, 1113, 2021, https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2021.89
• Gy. Marosi, B. Szolnoki, K. Bocz, A. Toldy, Fire retardant recyclable and bio-based pol-ymer composites, Novel Fire Retardant Polymers and Composite Materials: Technologi-cal Advances and Commercial Applications. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, 2016. Chapter 5, p. 117-146. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100136-3.00005-4

Futó PhD témák

1.	Égésgátló bevonatok fejlesztése szálerősített polimer kompozitokhoz
	a.) Előzmények: A dinamikusan fejlődő polimer-mérnöki alkalmazások szélesebb körű elterjedésének számos területen gátat szab a polimerek éghetősége. Az egyre szigorodó biztonságtechnikai elvárások szükségessé teszik az alkalmazott polimer rendszerek hatékony égésgátlását, a mechanikai és egyéb tulajdonságaik szinten tartása vagy esetleges javítása mellett. Az égésgátlók mátrixban történő alkalmazása mellett különösen hatékony égésgátlási módszer, ha az égésgátlót tartalmazó polimert bevonatként visszük fel a kompozit külső felületére. A feldolgozás szempontjából továbbá kedvező, hogy ezzel a módszerrel elkerülhető a szilárd fázisú égésgátlók egyenlőtlen eloszlása, illetve kiszűrődése injektálásos technológiák során. A jelenleg alkalmazott felviteli módok közös jellemzője, hogy a késztermékre egy külön lépésben utólag viszik fel a bevonatot, ami megnehezíti a gyártástechnológia méretnövelését és automatizálását. b.) A kutatás célja: Multifunkcionális égésgátló bevonatok fejlesztése, amellyel biztosíthatók a gépjárműipar és egyéb további iparágak egyedi igényei, továbbá lehetővé teszik a bevonat felvitelét a termékgyártással azonos technológiai lépésben. c.) Elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye: • Szakirodalmi áttekintés a multifunkcionális égésgátló bevonatok előállítás, felvitele és jellemzése témakörében (időigény: kb. 12 hónap). • Multifunkcionális égésgátló bevonatok fejlesztése additív és reaktív típusú égésgátlórendszerek felhasználásával, bevonatok reológiai, éghetőségi és egyéb speciális funkciókhoz kapcsolódó tesztelése (időigény: kb. 16 hónap). • Az előállított multifunkcionális bevonatok felvitele szálerősített polimer kompozitokra hagyományos módszerekkel és a termékgyártással azonos lépésben. Az előállított kompozitok mechanikai és éghetőségi vizsgálata. Az eredmények alapján anyagszerkezettani magyarázatok megfogalmazása (időigény: kb. 20 hónap).
	Kovács Zsófia, 2021-

Megvalósult PhD témák

1.	Égésgátolt, szénszál erősítésű epoxigyanta kompozitok fejlesztése
	a.) Előzmények: Napjainkban erőteljesen nő kompozitokból gyártott, fémek helyettesítésére is alkalmas, nagy mechanikai terhelésnek kitett alkatrészek alkalmazása. Hátrányuk a fémekkel szemben a gyúlékony mátrix. Az egyre szigorodó biztonsági követelmények miatt felmerült az igény olyan égésgátolt kompozitok előállítására, amelyek a mérnöki alkalmazások mechanikai és égésgátlási követelményeit egyaránt kielégítik. b.) A kutatás célja: A kutatás célja olyan égésgátolt epoxigyanta-rendszerek létrehozása, amelyek teljesítik az elektronikai és elektromos iparra, valamint jármű- és gépiparra vonatkozó szigorú égésgátlási szabványokat a mechanikai tulajdonságok megtartása, illetve javítása mellett. A mechanikai tulajdonságok javítását szálerősítésű epoxigyanta-kompozitok készítésével kívánjuk elérni, ezen kompozitoknak elsősorban járműipari alkalmazásokban lehet létjogosultsága. c.) Elvégzendő feladatok: • Irodalmi áttekintés. Szakirodalmi adatok feldolgozása, különös tekintettel az epoxigyanták környezetbarát égésgátlására, égésgátlók hatására a kompozitok mechanikai tulajdonságaira, valamint a szilárd adalékok eloszlathatóságára (időigény: kb. 8 hónap). • Epoxigyanta-komponensek és égésgátlószerek kiválasztása, gyantaösszetétel optimálása az epoxigyanta térhálóssági foka, mechanikai tulajdonságok és égésgátlási tulajdonságok függvényében. Próbatestek előállítása, mechanikai és morfológiai jellemzőinek vizsgálata. (időigény: kb. 16 hónap). • A már égésgátolt rendszerek értéknövelése szálerősítéssel, kompozitok mechanikai, morfológiai és égésgátlási jellemzőinek vizsgálata. Legjobb kompozitok esetében méretnövelés (kézi laminálásos eljárásról áttérés a gyanta-transzferöntéses (Resin Transfer Moulding) technológiára). Szilárd adalékok hatásának vizsgálata a viszkozitásra, gyárthatóságra, eloszlathatóságot befolyásoló paraméterek meghatározása. Konkrét ipari alkalmazásoknak megfelelő prototípus-gyártás. (időigény: kb. 24 hónap).
	Pomázi Ákos, 2017-2021, védés: 2021

2.	Szálerősítésű polimer kompozit szerkezeti anyagok fejlesztése repüléstechnikai alkalmazásokhoz
	a.) Előzmények: Napjainkban erőteljesen nő kompozitokból gyártott, fémek helyettesítésére is alkalmas, nagy mechanikai terhelésnek kitett alkatrészek alkalmazása a repülőgépiparban. Hátrányuk a fémekkel szemben a gyúlékony mátrix. Az egyre szigorodó biztonsági követelmények miatt felmerült az igény olyan égésgátolt kompozitok előállítására, amelyek a repüléstechnika mechanikai és égésgátlási követelményeit egyaránt kielégítik. b.) A kutatás célja: A kutatás célja olyan égésgátolt epoxigyanta-rendszerek létrehozása, amelyek teljesítik az elektronikai és elektromos iparra, valamint jármű- és gépiparra, ezen belül a repüléstechnikára vonatkozó szigorú égésgátlási szabványokat a mechanikai tulajdonságok megtartása, illetve javítása mellett. A mechanikai tulajdonságok javítását szálerősítésű epoxigyanta-kompozitok készítésével kívánjuk elérni, ezen kompozitoknak elsősorban repüléstechnikai alkalmazásokban lehet létjogosultsága. c.) Elvégzendő feladatok: • Irodalmi áttekintés. Szakirodalmi adatok feldolgozása, különös tekintettel az epoxigyanták környezetbarát égésgátlására, égésgátlók hatására a kompozitok mechanikai tulajdonságaira, valamint a szál és a mátrix között adhézió javításának lehetőségeire (időigény: kb. 6 hónap). • Epoxigyanta-komponensek és égésgátlószerek kiválasztása, gyantaösszetétel optimálása az epoxigyanta térhálóssági foka, mechanikai tulajdonságok és égésgátlási tulajdonságok függvényében. Próbatestek előállítása, mechanikai és morfológiai jellemzőinek vizsgálata. (időigény: kb. 12 hónap). • A már égésgátolt rendszerek értéknövelése szálerősítéssel, kompozitok mechanikai, morfológiai és égésgátlási jellemzőinek vizsgálata. Legjobb kompozitok esetében méretnövelés (kézi laminálásos eljárásról áttérés a gyanta-transzferöntéses (Resin Transfer Moulding) technológiára) és konkrét ipari alkalmazásoknak megfelelő prototípus-gyártás. (időigény: kb. 18 hónap). d.) Szükséges berendezések: A kutatómunkához szükséges technológiai, anyagvizsgáló és mérő-berendezések a Polimertechnika Tanszék akkreditált laboratóriumában rendelkezésre állnak. e.) A témához kapcsolódó elnyert pályázat: NKTH, IPARJOG f.) Várható tudományos eredmények: Égésgátlók hatásának feltérképezése a kompozitok mechanikai tulajdonságaira, valamint szál és a mátrix között adhézióra. Szálerősítés hatásának vizsgálata a szilárd fázisú égésgátlás mechanizmusára. g.) A témához kapcsolódó irodalom: - Toldy A., Anna P., Novák Cs., Madarász J., Tóth A., Marosi Gy.: Intrinsically flame retardant epoxy resin - fire performance and background - Part 2. Polymer Degradation and Stability. 93 (11), 207-2013 (2008). - Toldy A., Anna P., Csontos I., Szabó A., Marosi Gy.: Intrinsically flame retardant epoxy resin - fire performance and background – Part 1. Polymer Degradation and Stability. 92 (12), 2223-2230 (2007). felvehető hallgatók száma: 1
	Niedermann Péter, 2012-2015, védés: 2015

3.	Új, égésgátolt epoxigyanták és kompozitjaik kifejlesztése
	A kutatómunka célja egyrészt új, zöldkémiai szintézismódszerek kidolgozása és optimálása on-line nyomon követéssel foszfortartalmú reaktív égésgátlók előállítására, másrészt a reaktív égésgátlás mechanizmusának felderítése különböző polimer mátrixokban.
	Szolnoki Beáta, 2011-2015, védés: 2015