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
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. 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=4.4 Q1
  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=3.3 Q2
  3. Tábi T.: Háromfázisú bioműanyag keverékek vizsgálata. in 'XXXI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2023) Temesvár, Románia. 2023.04.27-2023.04.30.,460-465 (2023)
  4. 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)
  5. 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=9.1 Q1
  6. 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 D1
  7. 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
  8. Varga L. J., Görbe Á., Bárány T.: Amorf poli-alfa-olefinnel adalékolt polipropilén mátrixú nyújtott nanokompozitok fejlesztése. Polimerek, 9, 27-32 (2023)
  9. 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
  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. Tábi T.: Tények és tévhitek a biopolimerekkel kapcsolatban - II. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 337-340 (2021)
  16. Tábi T.: Fröccsöntött politejsav biopolimer sorozatgyárthatóságának elemzése. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,200-203 (2021)
  17. Csézi G., Tábi T.: Orientált biopolimer szerkezetek vizsgálata. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,101-105 (2021)
  18. 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
  19. Tábi T.: Tények és tévhitek a biopolimerekkel kapcsolatban - I. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 298-301 (2021)

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