HUN-REN-BME Kutatócsoport





Megnövelt teherbírású polipropilén és környezetbarát alapanyagú bálakötöző zsinegek kifejlesztése

Pályázati azonosító:
2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00335
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2020. január 1. - 2023. december 31.
Témavezető (BME):
Dr. Tábi Tamás

Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Tábi Tamás
Dr. Bárány Tamás
Dr. Molnár Kolos
Dr. Bakonyi Péter
Prof. Dr. Vas László Mihály
Dr. Kmetty Ákos
Dr. Virág Ábris Dávid
Csézi Gergely
Varga László József
Konzorciumi partnerek (BME):
Tama Hungary Kft. (konzorciumvezető)

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)

Pályázat összefoglalója

A gabonafélék betakarításakor a szalmát megfelelő gépesítéssel hengeres vagy téglatest alakú bálákba tömörítik és tárolják. Hogy a kész bála megtartsa az alakját, különböző kötözőanyagokat használnak, leggyakrabban különleges eljárással gyártott, nagymértékben orientált polipropilén (PP) zsineget, hálót alkalmaznak. Általánosan jellemző, hogy gépesített kötözéskor a viszonylag merev zsinegek a csomózás során gyakran elszakadnak, így a bálázás ideje jelentősen növekszik. Másrészt pedig a kész bálák tárolása során fellépő időjárási körülmények (csapadék, napfény, hőmérséklet) is okozhatják a bálakötöző zsinegek csomókötéseinek elszakadását, ami pedig a későbbi begyűjtést nehezíti. A bálakötöző zsinegek tulajdonságainak fejlesztésével a bálázás, valamint a bálák begyűjtése stabilabbá és egyszerűbbé, rövidebb idő alatt elvégezhetővé és biztonságosabbá válnak, így a bála képzés és kezelés hatásfokának növekedése várható. Manapság számos gyártó folyamatosan fejleszti bálázó gépeit, hogy a széles körű vásárlói igényeket a lehető legjobban kielégítse. A vevőkörnek ma már többre van szükségük, mint egy robosztus munkagépre. Igény fogalmazódik meg bennük a minőségi műszaki megoldások sokaságára, amelyekkel a mindennapi munka számottevően megkönnyíthető és meggyorsítható. Hogy a kényelmes fülkéből történő irányításra egy csúcsteljesítményű bálázó megfelelően tömör, biztosan rögzített báláival válaszoljon. E projekt erre a fontos piaci igényre, problémára szeretne megoldást kidolgozni, ami a jelenlegi gépgyártók és farmerek részéről jelentkezik. A megnövekedett szállítási költségek miatt a bálák szállíthatósága miatt az az igény merült fel, hogy adott térfogatban minél több takarmányt, szalmát tudjanak szállítani, ez a gépgyártók oldaláról egyre nagyobb nyomáson dolgozó bálázót jelent. Az eddigi szemlélet szerint egyre vastagabb zsinórokat alkalmaztak, ami napjainkra már elérte a határait, a 100 m/kg alatt a termék már túl vastag és kezelhetetlen mind a termelés, mind a felhasználás oldaláról. Észszerű és egyetlen járhatónak tűnő megoldás a nagyobb szakító-, és csomószilárdsággal rendelkező zsineg előállítása lehetőleg a legkönnyebb (m/kg) formában. Ez az irányvonal a mostanában jelentkező műanyaghulladékkal szemben támasztott társadalmi elvárásnak is megfelel, mert a felhasznált műanyag tömege csökken a nagyobb bálázott mennyiség mellett. A tervezett kutatási projekt során a TAMA a BME-PT-vel konzorciumban elvégezné a bálakötöző zsinegek fejlesztését, amelynek két fő kutatási irányvonalat jelöltünk ki. Az egyik, a meglévő PP bálakötöző zsinór anyagának és gyártási technológiájának fejlesztése a nagyobb szakítószilárdság, nagyobb rugalmasság (nagyobb nyúlás), kisebb tömeg és a hő hatására kisebb visszaalakulási (relaxációs) hajlam elérése érdekében és ennek eredményeképpen a követelményeknek jobban megfelelő zsinór fejlesztése. Ebben az esetben várhatóan a bálakötöző zsinórok és az azzal létrehozott csomókötés nagyobb erőértéknél szakad el, növelve így a bálázási folyamat hatékonyságát és csökkenti az ahhoz szükséges időt. A másik fő irányvonal pedig az, hogy az eredetileg PP-ből készített zsinór mellé egy környezetbarát, megújuló erőforrásból előállítható, egyben biológiai úton lebontható polimerből (ún. biopolimerből) is kidolgozzuk az előállítási technológiát. Ebben az esetben még nagyobb környezettudatosság érhető el, hiszen a PP bálakötöző zsinegek biopolimerre történő lecserélésével már nem kerül közvetlenül a termőföldekre hagyományos, kőolaj alapú, biológiailag nem lebontható műanyag. Mindkét fejlesztési irány esetén a célunk kész, a gyakorlatban alkalmazható bálakötöző zsinór kifejlesztése. A versenytársak fejlesztése az egyirányú, vastagabb termékek irányába mutat, ami arra enged következtetni, hogy még nagyobb mennyiségű polimerrel kívánják megoldani a problémát. Ezért hisszük, hogy a téma eredményes kidolgozása jelentős versenyelőnyt biztosítana a vállalatnak.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2020. január 1. - 2020. december 31.
A 2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00335 számú piaci K+F projekt első munkaszakasza során a TAMA Hungary Kft.-vel közösen kutatás-fejlesztést végeztünk, aminek a keretein belül az alábbi munkafolyamatokat valósítottuk meg: - Széleskörű irodalomkutatást végeztünk a zsineggyártáshoz alkalmazott polipropilén anyagszerkezetét illetően, valamint zsineggyártási technológia során bekövetkező anyagszerkezeti változásokat tekintve. Feltártuk továbbá a biopolimerek alkalmazhatóságának szakirodalmát orientált szerkezetek esetében. - A TAMA Hungary Kft. munkatársaival közösen elvégeztük a zsineget előállító gyártósor állapotfelmérését, továbbá a vállalat munkatársainak közreműködésével gyártásközi félkész (fólia) és késztermékeket (zsinegeket) vettünk le mintának, amelyeket a BME Polimertechnika Tanszékének laboratóriumában széleskörűen elemeztünk. - A TAMA Hungary Kft. munkatársai a BME Polimertechnika Tanszék útmutatása alapján nagyszámú kísérleti zsinegmintákat hoztak létre különböző anyag-összetételi, gépbeállítási, és környezeti paraméterek mellett. Ezeket a zsinegmintákat a BME Polimertechnika Tanszékének laboratóriumában széleskörűen elemeztünk többek között a projekt keretein belül megtervezett és létrehozott zsinegszakító feltét segítségével. - A kutatás során létrejött eredmények alapján elemeztük a polipropilén térfogat-hőmérséklet összefüggését és matematikai modellezéssel leírtuk a DSC (differenciális pásztázó kaloriméter) méréssel való kapcsolatát. - Javaslatot tettünk az eredmények alapján a gyártósor konfigurációjának módosítására, valamint feltártuk a gyártósorban rejlő becsült tartalékokat a további fejlesztésekhez. Minden egyes munkafolyamathoz egy-egy jelentést írtunk, azaz összesen öt darab jelentés készült el 277 oldal terjedelemben.
Kísérleti zsinegek szakítóvizsgálata a BME Polimertechnika Tanszéken. A zsinegvizsgáló feltétet a projekt keretein belül terveztük meg és gyártattuk le

2. munkaszakasz
2021. január 1. - 2021. december 31.
A 2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00335 számú piaci K+F projekt második munkaszakasza során a TAMA Hungary Kft.-vel közösen kutatás-fejlesztést végeztünk, aminek a keretein belül az alábbi munkafolyamatokat valósítottuk meg: - Lefolytattuk a közbeszerzést egy termikus mechanikai analizátorra (TMA), valamint egy laboratóriumi nyújtósorra, amelyet beüzemeltünk. - Különböző adalékanyagokkal töltött és egyben nyújtott polipropilén fóliák vizsgálatát végeztük el. - Kidolgoztuk a polipropilén gócképződési és kristályosodási folyamatának modelljét. - Elemeztük a polipropilén újrahasznosítása során fellépő degradációs folyamatokat. - Biopolimer alapanyagú fóliák nyújtását végeztük el és vizsgáltuk az így létrejött orientált szerkezetet. - A TAMA Hungary Kft. munkatársaival közösen elvégeztük a zsineget előállító gyártósorban alkalmazott elhúzómű és nyújtó hengersor hőmérsékletének, valamint az alagútkemence és nyújtó hengersor gépbeállítási paramétereinek hatásvizsgálatát. - A TAMA Hungary Kft. munkatársaival közösen elvégeztük a gyártásközi polipropilén szalagok hőmérsékletének vizsgálatát. - Megvizsgáltuk a TAMA Hungary Kft. nyújtósorán gyártott bálakötöző zsinegek rövid-, és hosszútávú húzó mechanikai jellemzőit a sodratszám, valamint csomókötés függvényében. - Javaslatot tettünk az eredmények alapján a gyártósor konfigurációjának módosítására. Minden egyes munkafolyamathoz egy-egy jelentést írtunk, azaz összesen öt darab jelentés készült el összesen 428 oldal terjedelemben.
A közbeszerzés keretein belül beszerzett laboratóriumi nyújtósor

3. munkaszakasz
2022. január 1. - 2022. december 1.
A 2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00335 számú piaci K+F projekt harmadik munkaszakasza során a TAMA Hungary Kft.-vel közösen kutatás-fejlesztést végeztünk, aminek a keretein belül az alábbi munkafolyamatokat valósítottuk meg: - Elvégeztük a normál és csökkentett sodratszámú bálakötöző zsinegek szakítási vizsgálatának, valamint a csomózott zsinegek csomómeghúzási (előfeszítési) hatásvizsgálatának statisztikai kiértékelését. - Elemeztük a bio-PP (megújuló erőforrásból előállított környezetbarát polipropilén bioműanyag) valamint a továbbfejlesztett kompaundok alkalmazhatóságát bálakötöző zsinegek anyagaként. - Vizsgáltuk a bio-PP degradációs folyamatait és ezáltal a gyártás, valamint újrahasznosítás közben fellépő anyagkárosodás mértékét. - Elemeztük a laboratóriumi nyújtósor konfigurációs változtatásainak hatását a nyújtott fóliák tulajdonságaira. - Megterveztünk egy, a laboratóriumi nyújtósorra szerelhető kísérleti fibrillátort, amely segítségével fibrillált fóliaszalagot hoztunk létre. Igazoltuk, hogy a fibrillált fóliaszalagnak lehetséges sodratot adni és így alkalmas kísérleti zsineggyártásra. - Elemeztük a politejsav (PLA) biopolimer fóliák nyújtásának és hőkezelésének hatását a kész fóliák kristályosságára, valamint mechanikai és termikus tulajdonságaira. Minden egyes munkafolyamathoz egy-egy jelentést írtunk, azaz összesen hat darab jelentés készült el összesen 261 oldal terjedelemben.
A létrehozott laboratóriumi fibrillátor (vázlat balra, kész fibrillátor jobbra)

4. munkaszakasz
2023. január 1. - 2023. december 31.
A 2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00335 számú piaci K+F projekt negyedik munkaszakasza során a TAMA Hungary Kft.-vel közösen kutatás-fejlesztést végeztünk, aminek a keretein belül az alábbi munkafolyamatokat valósítottuk meg: - Elvégeztük a talkummal és titánium-dioxiddal módosított hagyományos polipropilén anyagú, valamint megújuló erőforrásból előállított, úgynevezett bio-polipropilén anyagú, továbbfejlesztett bálakötöző zsinegek vizsgálatát. - Megvizsgáltuk és minősítettük a TAMA Hungary Kft. új, módosított tűkiosztású fibrillátorával készített zsinegeit. - Laboratóriumi körülmények között demonstráltuk a hőfixálás (kontrollált termikus relaxáció) alkalmazhatóságát zsinegek tulajdonságainak javítására. - Rámutattunk a TAMA gyártósorán, a polipropilén alapanyagban lejátszódó jelentős mértékű termikus degradációra és elkerülésének módjára, minőségben növelt vagy többször újrafeldolgozható zsineg előállításához. - Dokumentáltuk a piacérett zsinegek gyártását és a gyártáshoz szükséges paramétereket. - A projekt korábbi kutatási eredményeire támaszkodva, polipropilén alapú, továbbfejlesztett adalékanyag tartalmú kompaundokból laboratóriumi nyújtósoron orientált fóliákat fejlesztettünk. - Sikeresen állítottunk elő megújuló erőforrás alapú „bio” zsineget politejsav biopolimer szívósságának növelésével, valamint a laboratóriumi fibrillálás optimalizálásával. - Vizsgáltuk a politejsav biopolimer, mint lehetséges környezetbarát zsineg alapanyag UV sugárzás hatására bekövetkező termikus, mechanikai és reológiai tulajdonságainak változását (degradációját). - Elvégeztük a különböző sodratszámú zsinegek nagyszámú szakítóvizsgálatát és az eredmények statisztikai módszerekkel történő elemzését. Minden egyes munkafolyamathoz egy-egy jelentést írtunk, azaz összesen hat darab jelentés készült el mindösszesen 240 oldal terjedelemben.
A projekt során létrehozott fejlesztett zsinegtermékek (adalékolt és bio-PP zsinegek)



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Vas L. M., Slezák E., Molnár K., Ronkay F. Gy.: Advanced avrami formula and its application to describing the isothermal crystallisation of polymers. Thermochimica Acta, 746, 179950/1-179950/19 (2025) 10.1016/j.tca.2025.179950 IF=3.1 Q2
  2. Dragan V. K., Petrovics N., Kirchkeszner Cs., Tábi T., Szabó B. S., Eke Zs.: The kinetics of swelling and migration: A case study of plasticized polylactic acid food contact plastics tested with ethanolic food simulants. Express Polymer Letters, 18, 391-405 (2024) 10.3144/expresspolymlett.2024.29 IF=2.7 Q2
  3. Tábi T., Gere D., Csézi G., Pölöskei K.: Influence of Epoxidized Natural Rubber of the thermoformability of Poly(Lactic Acid) biopolymer films using elevated temperature ball burst tests. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149, 75-87 (2024) 10.1007/s10973-023-12712-1 IF=3 Q2
  4. Tábi T.: Háromfázisú bioműanyag keverékek vizsgálata. in 'XXXI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2023) Temesvár, Románia. 2023.04.27-2023.04.30.,460-465 (2023)
  5. Csézi G., Tábi T.: Hőkezelési hőmérséklet hatása a nyújtott politejsav tulajdonságaira. in 'XXXI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2023) Temesvár, Románia. 2023.04.27-2023.04.30.,75-80 (2023)
  6. Mészáros L., Horváth A., Vas L. M., Petrény R.: Investigation of the correlations between the microstructure and the tensile properties multi-scale composites with a polylactic acid matrix, reinforced with carbon nanotubes and carbon fibers, with the use of the fiber bundle cell theory. Composites Science and Technology, 242, 110154/1-110154/9 (2023) 10.1016/j.compscitech.2023.110154 IF=8.3 Q1
  7. Petrovics N., Kirchkeszner Cs., Patkó A., Tábi T., Magyar N., Kovácsné Székely I., Szabó B. S., Nyiri Z., Eke Zs.: Effect of crystallinity on the migration of plastic additives from polylactic acid-based food contact plastics. Food Packaging and Shelf Life, 36, 101054/1-101054/ (2023) 10.1016/j.fpsl.2023.101054 IF=8.5 D1
  8. Varga L. J., Görbe Á., Bárány T.: Polypropylene blends for highly drawn tapes with improved toughness. ACS Omega, 8, 22827-22835 (2023) 10.1021/acsomega.3c01772
  9. Varga L. J., Görbe Á., Bárány T.: Amorf poli-alfa-olefinnel adalékolt polipropilén mátrixú nyújtott nanokompozitok fejlesztése. Polimerek, 9, 27-32 (2023)
  10. Petrovics N., Kirchkeszner Cs., Tábi T., Magyar N., Kovácsné Székely I., Szabó B. S., Nyiri Z., Eke Zs.: Effect of temperature and plasticizer content of polypropylene and polylactic acid on migration kinetics into isooctane and 95 v/v% ethanol as alternative fatty food simulants. Food Packaging and Shelf Life, 33, 100916/1-100916/10 (2022) 10.1016/j.fpsl.2022.100916 IF=8 D1
  11. Tábi T., Pölöskei K.: The effect of processing parameters and Calcium-stearate on the ejection process of injection molded Poly(Lactic Acid) products. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 66, 17-25 (2022) 10.3311/PPme.18246 IF=1.3
  12. Varga L. J., Bárány T.: Development of drawn polypropylene-based blends and composites. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1246, 012023/1-012023/8 (2022) 10.1088/1757-899X/1246/1/012023
  13. Tábi T.: Talkum hatása a politejsav biopolimer tulajdonságaira. in 'XXX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2022) Székelyudvarhely, Románia. 2022.04.21-2022.04.24.,5 (2022)
  14. Tábi T., Ageyeva T., Kovács J. G.: The influence of nucleating agents, plasticizers, and molding conditions on the properties of injection molded PLA products. Materials Today Communications, 32, 103936/1-103936/8 (2022) 10.1016/j.mtcomm.2022.103936 IF=3.8 Q2
  15. Ageyeva T., Kovács J. G., Tábi T.: Comparison of the efficiency of the most effective heterogeneous nucleating agents for Poly(lactic acid). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147, 8199-8211 (2022) 10.1007/s10973-021-11145-y IF=4.4 Q1
  16. Tábi T.: Tények és tévhitek a biopolimerekkel kapcsolatban - II. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 337-340 (2021)
  17. Tábi T.: Fröccsöntött politejsav biopolimer sorozatgyárthatóságának elemzése. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,200-203 (2021)
  18. Csézi G., Tábi T.: Orientált biopolimer szerkezetek vizsgálata. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,101-105 (2021)
  19. Tábi T., Ageyeva T., Kovács J. G.: Improving the ductility and heat deflection temperature of injection molded Poly(lactic acid) products: A comprehensive review. Polymer Testing, 101, 107282/1-107282/36 (2021) 10.1016/j.polymertesting.2021.107282 IF=4.931 D1
  20. Tábi T.: Tények és tévhitek a biopolimerekkel kapcsolatban - I. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 298-301 (2021)

© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor