HUN-REN-BME Research Group

Péter SÁNTHA

PHD STUDENT

OFFICE T.206.

TELEPHONE +36-1-463-1489

E-MAIL santhap

Proposed topics for MSc diplom

Investigation of short fiber distribution in recycled carbon fiber reinforced 3D printed thermoplastic polymer composites

A jelenleg rendelkezésre álló újrahasznosítási technológiák [1] már lehetővé teszik az erősítőanyagok bizonyos szintű visszanyerését a kompozit hulladékokból. A reciklált szálak újrafelhasználásával megvalósítható a körforgásos anyaghasználat a kompozit iparban, aminek köszönhetően az ökológiai lábnyom mérete mellett az alapanyagárak csökkenthetők és így új alkalmazási területek is elérhetővé válnak. Az újrahasznosított rövid szénszálak felhasználhatók additív gyártástechnológiákban [2], a szálerősítésnek köszönhetően növelhető a késztermékek minősége. A késztermékek minősítésénél alapvetően szükséges a gyártás során létrejövő mezo és makro szerkezet mélyebb elemzése. A vizsgálatok során feltérképezhetők az erősítőszálak orientáció eloszlása (FOD), szálhossz eloszlás (FLD), a termékben létrejött üregek mérete és eloszlása, ezek mind nagymértékben befolyásolják a termék szilárdsági jellemzőit.
Feladat részletezése:
1. Végezzen átfogó irodalomkutatást az additív gyártástechnológiák (AM) körében, kiemelve az ömledékrétegzés technológiáját (FFF), azon belül is a szálerősített rendszereket. Fektessen hangsúlyt az FFF technológiák jelentőségére és korlátaira. Tekintse át a szénszál újrahasznosítási technológiák jelenlegi állását.

2. Gyűjtse össze a nyomtatott struktúrák vizsgálati módszereit. Ismertesse a szálorientáció eloszlás (FOD), a szálhossz eloszlás (FLD) és az üregtartalom meghatározásának lehetőségeit.

3. Az irodalomkutatás alapján készítsen kísérlettervet újrahasznosított szénszállal erősített termoplasztikus kompozitok vizsgálatára. Végezze el a nyomtatott termékek gyártását és a minták előkészítését. Végezzen minősítő vizsgálatokat a feldolgozott alapanyagon és a készterméken.

4. Végezze el a termékek minőségének vizsgálatát, fektessen nagy hangsúlyt a kialakult szálorientáció vizsgálatára. Vizsgálja a mechanikai tulajdonságok nyomtatási irány függését.

[1] Zhang J., Chevali V.S., Wang H., Wang Ch-H.: Current status of carbon fibre and carbon fibre composites recycling. Composites Part B: Engineering, 193 (2020) https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108053
[2] Adeniran O., Cong W., Aremu A.: Material design factors in the additive manufacturing of Carbon Fiber Reinforced Plastic Composites: A state-of-the-art review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 5, 100100, ISSN 2666-9129 (2022) https://doi.org/10.1016/j.aime.2022.100100

Completed MSc diplom topics

1.	Development of a high performance hybrid sandwich structure
	A tömegcsökkentés minden iparágban kulcsfontosságú, mert ezzel hatékonyabbá tehető az erőforrások kihasználása és költségcsökkentés is realizálható. A polimer kompozitok fémekkel történő kombinálása lehetővé teszi ezen anyagok előnyös tulajdonságainak ötvözését. A kutatás fémhab maganyagú és polimer kompozit héjlemezekből készülő szendvicsszerkezetek kifejlesztésével foglalkozik.
	Csutorás Barna - 2024

2.	Development of a multi-functional composite heating panel
	Az elmúlt években a szénszálerősített kompozitok (CFRP) ipari felhasználása folyamatos növekedést mutatott számos alkalmazási területen, becslések alapján a CFRP iránti kereslet a jövőben is fokozódni fog. A szénszálak kiváló fajlagos mechanikai tulajdonságai mellett egyéb fizikai tulajdonságai is hasznosíthatók a kompozit szerkezetekben, ilyen például az elektromos vezetőképesség. Az így létrehozott multifunkcionális kompozitok fejlesztése egy jelenleg aktívan kutatott terület. A szénszálas kompozitok elterjedésével együtt egyre hangsúlyosabb probléma a gyártás során keletkező és az elhasználódott termékekből származó kompozit hulladék kezelése. A jelenleg rendelkezésre álló technológiák már lehetővé teszik az erősítőanyagok valamilyen mértékű visszanyerését. Az újrahasznosítás során a szénszálak fizikai tulajdonságai kis mértékben változnak, ezért lehetőség adódik a visszanyert szálak felhasználására több funkciós kompozit szerkezetekben. A kutatás feladatai: • Végezzen átfogó irodalomkutatást multifunkcionális szánszálas kompozitok alkalmazásának témakörében. Tekintse át az kompozit újrahasznosítás technológiáit és a visszanyert szálak feldolgozási lehetőségeit kiemelve azok előnyeit, hátrányait és korlátait. • Irodalomkutatás alapján készítsen kísérlet tervet az újrahasznosított szénszálas kompozitok vezetőképességének és hőfejlődésének mérésére. Állítson elő hibrid rétegrendű kompozit lemezeket vákuuminfúziós technikával. • Vizsgálja meg a gyártott kompozit lemezek vezetési tulajdonságait. Elemezze az adott áramerősség és feszültség melletti hőfejlődést. Határozza meg a fűtőpanel fajlagos ellenállását. • (MSc: Végezzen ciklikus fűtési kísérleteket. Határozza meg a fűtőpanel karakterisztikáját.) • Értékelje az eredményeket, tegyen javaslatot a kompozit fűtőpanel továbbfejlesztésére és alkalmazási lehetőségére.
	Bakucz Dániel Attila - 2023

3.	Analysis of milled carbon fibre application in elastomers
	A környezettudatos gondolkodás, valamint az egyre dráguló nyersanyagok miatt egyre nagyobb hangsúlyt kap az anyagok újrahasznosítása és a lehető legmagasabb mennyiségű visszanyerése. A gumitermékek túlnyomó többségében még mindig tetemes mennyiségben használnak fel kormot a gumikeverék jellemzőinek beállítására, azonban a jelenlegi nemzetközi helyzet miatt akadozik ezen adalékok szállítása. Az újrahasznosított őrölt szénszál egy ígéretes alternatívát jelenthet ennek kiküszöbölésére vagy önállóan vagy társítva. A kutatás az őrölt szénszál elasztomer mátrixra gyakorolt hatásának elemzésével foglalkozik. A téma feladatai: Készítsen átfogó irodalomkutatást az elasztomerek erősítőanyagaival kapcsolatban, kiemelve a nem hagyományosakat, a szálas erősítőanyagokra fókuszálva. Állítson fel követelményjegyzéket a gumikeverékkel kapcsolatban és tervezze meg a keverék receptúráját. Készítsen kísérlettervet az elkészített kaucsukkeverék minősítésére vonatkozóan és határozza meg a vulkanizálatlan jellemzőit. Vulkanizálja ki az elkészített keverékeket és jellemezze őket mechanikai és morfológiai vizsgálatokkal. Elemezze az erősítőanyag hatását a gumikeverékek jellemzőire.
	Kovács Áron - 2023

4.	Effect of the surface treatment on the properties of elastomers with milled carbon fiber
	A környezettudatos gondolkodás erősödésével egyre inkább előtérbe kerül az életútjuk végére erő polimer kompozitok kezelése esetében az értékes erősítőanyagok visszanyerése. Ennek egy jó példája a magas minőségű szénszálak visszanyerése kompozitokból különböző eljárásokkal, amelyek következtében a szénszálak felhasználhatók másodlagos nyersanyagként akár kaucsukkeverékekben erősítőanyagként. A kutatás a visszanyert szénszálak felületkezelésének hatását vizsgálja kaucsukkeverékek jellemzőire.
	Géczi Patrik - 2023

5.	Material development for a solar boat wing guiding system
	A fenntarthatóság a közlekedés minden szegmensében egyre nagyobb hangsúlyt kap, amelyek közül az egyik legdinamikusabban fejlődő a vízi közlekedés. Csakúgy, mint a szárazföldi közlekedés esetében a tömegcsökkentés itt is hatótávnövekedést eredményez, így a fejlesztések fókuszát jelenti. Ezen fejlesztéseket ösztönzi a műszaki tanulmányokat folytató hallgatók számára az Energyboat Challenge, ahol 2 osztályban tudják megmérettetni magukat a versenycsapatok, szem előtt tartva a fenttarthatóságot és az energiahatékonyságot.
	Batta Tamás Barnabás - 2023

6.	Development of elastomer mixtures with white filler for automotive industry
	A gumiipari receptúrák fejlesztése mindig újabb és újabb kihívásokkal szembesül, amelyek közül az egyik a korommentes receptúrák létrehozása. A kutatás célja autóipari célokra használható fehér töltőanyagot tartalmazó gumikeverékek fejlesztése.
	Dózsa Gergő - 2023

7.	Investigation of recycled carbon fiber reinforced hybrid composite laminates
	A jelenleg rendelkezésre álló újrahasznosítási technológiák már lehetővé teszik az erősítőanyagok kompozit hulladékból történő valamilyen szintű visszanyerését, ezek felhasználásával pedig körkörössé tehető az anyagáram a kompozit iparban [1]. A reciklált szénszálak újrafelhasználásával az alapanyagárak csökkenthetők, így lehetőség nyílik az erősítőszálak alkalmazására új területeken. Rétegrend tervezésnél az újrahasznosított szénszál szövedék rétegek beépítésével a hibrid kompozitok szívóssága, csillapítóképessége és a tönkremenetel módja nagymértékben változtatható [2]. Az előbbi paraméterek meghatározók a kompozit szerkezetek hosszútávú viselkedésénél, ezáltal befolyásolják a termékek élettartamát. 1. Készítsen átfogó irodalomkutatást a kompozitok szívós viselkedésének, valamint fáradási tulajdonságainak témakörében, fordítson figyelmet a hibrid kompozitokkal foglalkozó szakirodalmi forrásokra. Tekintse át a szénszál újrahasznosítási és újrafeldolgozási technológiák jelenlegi állását. 2. Gyűjtse össze a kompozitok szívósságának definiálására és meghatározására vonatkozó szakirodalmakat és vizsgálati szabványokat. Irodalomkutatás alapján készítsen kísérlettervet a hibrid kompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálatára. 3. Gyártson hibrid kompozit lemezeket unidirekcionális szénszövet és újrahasznosított szénszál paplanok felhasználásával. Határozza meg az optimális rétegrendet véges elem módszerrel ANSYS szoftver környezetben. Végezze el a minták előkészítését. 4. Vizsgálja meg a hibrid kompozit minták repedésterjedési és fáradási tulajdonságait. Vesse össze a különböző rétegrendű minták tulajdonságait. Mikroszkópi módszerekkel vizsgálja meg a kompozitok belső szerkezetét. 5. Értékelje az eredményeket, tegyen javaslatot alkalmazási területekre és továbbfejlesztési irányokra. [1] S. Pimenta and S. T. Pinho, ‘Recycling carbon fibre reinforced polymers for structural applications: Technology review and market outlook’, Waste Management, vol. 31, no. 2, pp. 378–392, Feb. 2011, doi: 10.1016/j.wasman.2010.09.019. [2] D. Quan, U. Farooq, G. Zhao, C. Dransfeld, and R. Alderliesten, ‘Recycled carbon fibre mats for interlayer toughening of carbon fibre/epoxy composites’, Materials & Design, vol. 218, p. 110671, Jun. 2022, doi: 10.1016/j.matdes.2022.110671.
	Németh Dorottya - 2023

8.	Comprehensive analysis and modelling of fiber-reinforced composite sandwich structure and metal insert bonds applied in Ecomobil vehicle
	A kompozit szendvicsszerkezetek alacsony sűrűségük mellett kiváló mechanikai tulajdonsággal rendelkeznek, emiatt a járműipari tömegcsökkentés egyik alkalmas szerkezeti anyagtípusai. Szendvicsszerkezetek járműbe építésénél, mint például nagy hatótávolságú Ecomobil esetén, szükség van az egyéb alkatrészekkel való megfelelő kapcsolat létrehozására. Erre nyújtanak megoldást a kompozit iparban elterjedt fém inzertek. Az összetett szerkezet modellezése mérnöki kihívásokat rejt, ugyanis nagyszilárdságú övlemezek, a különböző struktúrájú magszerkezetek és az ezeket összetartó határréteg és a fém inzertek tulajdonságai jelentősen eltérnek egymástól. 1. Készítsen átfogó irodalomkutatást a kompozit szendvicsszerkezetek tulajdonságairól, gyártásáról és alkalmazásáról. Fektessen hangsúlyt a járműipari alkalmazásokra. Gyűjtse össze és jellemezze a különböző kialakítású kompozitokban használt fém inzerteket. 2. Tekintse át a kompozit szendvicsszerkezetek modellezési elméleteit és a lehetőségeit. Gyűjtse össze a kompozit szendvicsszerkezetek alkotóinak és a teljes szerkezet szabványos mechanikai vizsgálatait. 3. Az irodalomkutatás eredményeit felhasználva készítsen kísérlettervet a szendvicsszerkezetek és a beépített inzertek vizsgálatára. Gyártsa le a vizsgálatokhoz szükséges próbatesteket. 4. Jellemezze széleskörűen a kompozit szendvicsszerkezetek mechanikai tulajdonságait. Különböző mérési módszerekkel határozza meg a szendvicsszerkezetek modellezéséhez szükséges paramétereket. A paraméterek segítségével készítsen mechanikai szimulációt ANSYS ACP szoftverrel. Szimulációs eredményeit validálja méréssel. 5. Vizsgálja a különböző szendvicsszerkezetek és fém inzertek kapcsolatát. Elemezze a tönkremeneteli módokat. Hasonlítsa össze a mért, illetve a szimulációs eredményeket.
	Scheidler Barnabás - 2023