HUN-REN-BME Kutatócsoport





Kültéri kondipark elemek fejlesztése korszerű kompozit alapanyag felhasználásával és funkcionális bevonatok készítésével

Pályázati azonosító:
2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00205
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2020. április 1. - 2024. március 31.
Témavezető (BME):
Dr. Kovács József Gábor
Dr. Szabó Ferenc
Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Kovács József Gábor
Dr. Suplicz András
Dr. Szabó Ferenc
Dr. Pomázi Ákos
Dr. Zink Béla
Konzorciumi partnerek (BME):
KATKER 2005 Kft. (Konzorciumvezető)

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)

Pályázat összefoglalója

A rendszeres testmozgást világszinten az egészséges életmód alapelemének tekintik, mivel nagyban hozzájárulhat rendkívül sok betegség megelőzéséhez. Ennek ellenére mind a felnőtt lakosság, mind a serdülőkorúak jelentős része mozgásszegény életmódot folytat. A kondiparkok telepítése, az eszközök fejlesztése és ergonómikusabbá tétele nagyban hozzájárulhat az egészséges, sportos életmód terjesztéséhez. A KATKER 2005 Kft. által képviselt BeStrong márka mind hazai szinten, mind nemzetközi szinten is jelen van, már jelenleg is jelentős referenciákkal bír, hiszen a telepített kondiparkok száma már most meghaladja az ezret. Az új polimer alkatrészek és a polimer alapú bevonatokkal létrehozott funkcionális felületek nem csak a termékek minőségének javításához járulnak hozzá, hanem a termék ergonómiáját is javítják, így hozzájárulhatnak a szélesebb társadalmi rétegekben való elterjedéshez is. Célunk a KATKER 2005 Kft. és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék együttműködésével létrejött konzorcium fejlesztési projektjében olyan szabadtéri kondiparkok és azok kiegészítőinek fejlesztése, amelyek a mai megoldásoknál magasabb minőségi, használati és környezetvédelmi szintet képviselnek. A magasabb minőségi szint esetében érjük azokat a megoldásokat, amelyek a mainál nagyobb biztonságot kínálnak a felhasználónak amellett, hogy tartósabbak és jobban ellenállnak a kültéri használatból adódó viszontagságoknak és környezeti terheléseknek. A magasabb használati érték azt jelenti számunkra, hogy a felhasználói élmény jobb és a komfortérzet nagyobb a megfelelő anyaghasználat következtében. A célok elérésének érdekében egyrészt olyan polimer rendszereket fejlesztünk, amelyek a csövek, rudak kapcsolódási pontjait fröccsöntött polimer, polimer kompozit elemekkel oldja meg. Ezeket a nagyszériás gyártással – jellemzően fröccsöntéssel – készülő alkatrészeket az extrém mechanikai és környezeti hatások elviselésére fejlesztjük. A célok elérésére másrészt olyan speciális bevonatokat fejlesztünk, amivel létrehozhatók a kültéri sporteszközökön időjárásálló, vandálbiztos, de egyben kényelmes ülő-, kapaszkodó és támaszkodófelületek. Célunk emelt szintű kültéri ellenállóképességű, magasabb fizikai és esztétikai követelményeket kielégítő kompozitrendszer kialakítása reciklált műanyagok és gumik, valamint polikarbamid bevonatok alkalmazásával, amelyek elsősorban sporteszközök készítésére, de más kültéri alkalmazásokra is megfelelőek. A projekt során regenerált műanyag, autógumi, továbbá speciális egy és többrétegű vastagbevonat társításával kívánunk olyan ergonómiai termékfejlesztéseket végezni, amelyek kielégítik napjaink környezeti kihívásait is.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2020. április 1. - 2021. március 31.
A beszámolási időszakban a BME Polimertechnika Tanszéken egy átfogó irodalomkutatással megalapoztuk a tudásunkat a polietilén-tereftalát és a biopolimerek területén. Mindkettő esetében feltártuk a főbb tulajdonságait és azok módosításai lehetőségeit. Bővebb kutatást a politejsav (PLA) területén végeztünk, mivel ez a fejlesztéseink potenciális alapanyaga. Az irodalomkutatásban feltártuk azokat a főbb eljárásokat és adalékanyagokat, amelyekkel a politejsav morfológiai és mechanikai tulajdonságai (HDT, kristályosság, rugalmassági modulusz, ütőmunka) a meghatározott követelményjegyzék alapján módosítható. Kísérleteinkben a PLA kristályosságának, ütőmunkájának és HDT értékének (hőalaktartás) növelésére összpontosítottunk. A kristályosság növelésének egy lehetséges módszere a gócképzőszerek alkalmazása (talkum vagy Ecopromote), azonban a fröccsöntés során tipikusan alkalmazott intenzív hűtés miatt az így elért növekmény sem elegendő a HDT jelentős mértékű növelésére. Így a gócképzés mellett a terméket szerszámban, vagy utólagosan emelt hőmérsékleten kell kristályosítani. Ezzel a módszerrel a hőalaktartást is jelentősen meg tudjuk növelni. A kristályos részarány növelése nem csak a HDT-t növeli, hanem az ütőmunkát és a rugalmassági modulust is. Továbbá kimutattuk, hogy a szívósító adalékok önmagukban csak kis mértékben javítják a PLA ütőmunkáját, ebben az esetben is egy utólagos hőkezelés szükséges 90°C-on. Az anyagfejlesztés mellett elkészítettünk két meglévő fröccsöntő szerszám modelljét is és a velük gyártott termékeket, amelyek felhasználásával szimulációs modelleket építettünk a fröccsöntési folyamatok elemzéséhez. Emellett végeselemes szimulációval optimalizáltuk a tollakban alkalmazható polimer rugó geometriáját is az eredeti PP és a biológiai úton bontható PLA anyagra.
Anyag és termékfejlesztés

2. munkaszakasz
2021. április 1. - 2022. március 31.
A pályázat témájának módosítását követően a munkaszakaszban a BME Polimertechnika Tanszéken átfogó irodalom- és szabadalomkutatást végeztünk több, mint 160 hazai és nemzetközi publikáció feltárásával. Az irodalomkutatás kiterjedt a kültéri elemek fejlesztése során potenciálisan felhasználható műszaki műanyagok és nagyteljesítményű műszaki műanyagok csoportjára, valamint a felhasználásukkal készíthető szálerősítéses kompozit anyagokra, illetve a kondiparkok fém és polimer elemein alkalmazható, időjárás és korrózióálló bevonatok anyagaira. A hosszútávon is megfelelően teljesítő bilincsek fejlesztéséhez tanulmányoztuk a jelenleg PA6 GF30 alapanyagból készülő, rúdelemeket összekapcsoló bilincsekben ébredő feszültség- és elmozdulásmezőket. Vizsgáltuk továbbá, hogy az eredetitől eltérő alapanyag alkalmazása hogyan befolyásolja a főbb gyártási paramétereket és a termékminőséget. A termékekben ébredő jelentős feszültségeket várhatóan csak polimer kompozit alapanyagok lesznek képesek hosszú távon és szélsőséges időjárási viszonyok mellett is elviselni, így PA4.6 és PPS alapú rövidszállal erősített alapanyagokat hoztunk létre, amelyeken többféle módon vizsgáltunk teljesítőképességük pontos megismerésére. A munkaszakaszban epoxigyanta és poliurea alapú felületi bevonatok, gélbevonatok fejlesztésével, valamint a szórásos felhordási technológia optimalizálásával is foglalkoztunk. Az alkalmazott bevonatok, viszkozitásuk alapján, kenéssel történő felhordásra kifejlesztett anyagok, azonban megfelelő oldószerelegy alkalmazásával ezek a bevonatok is szórhatóvá válnak, így vékony, de egyenletes réteg alakítható ki a védendő felületen. A vizsgált bevonatokat szénszál erősítésű epoxigyanta kompozitok, valamint különböző módon felületkezelt fém felületekre vittük fel, amelyekkel jól közelíthető a kondiparkok elemeiben is használt nagy moduluszú anyagok viselkedése. Vizsgáltuk az alap és a bevonat közti adhéziót amely kiemelkedő fontosságú a tartósság szempontjából.

3. munkaszakasz
2022. április 1. - 2023. március 31.
A beszámolási időszakban a BME Polimertechnika Tanszékén folytattuk az összekötő bilincs korábban megkezdett fejlesztéseit. Ennek részeként vizsgáltuk a létrehozott kompozitok várható élettartamát ciklikus húzóvizsgálatok segítségével, illetve meghatároztuk a létrehozott kompozit anyagok szimulációkhoz szükséges anyagi jellemzőit. Az alkatrész újratervezését geometriai optimalizáló algoritmus segítségével kezdtük meg, majd az abból származó eredményekre alapozva számos konstrukciós variánst hoztunk létre és vizsgáltunk végeselemes szoftver segítségével. Az alkatrész gyárthatóságának ellenőrzésére, illetve az esetleges gyártási technológiából származó gyenge helyek meghatározására fröccsöntési szimulációkat végeztünk. Folytattuk továbbá a poliurea alapú bevonatok fejlesztését és vizsgálatát. Ennek részeként az urea bevonatok viselkedését polimer felületeken is vizsgáltuk, valamint vandalizmusnak fokozottan ellenálló boxzsák fejlesztésébe kezdtünk. A zsák külső burkolatának potenciális anyagaként üvegszálas, szénszálas és aramid erősítésű poliurea kompozitokat készítettünk. A zsák töltetének potenciális anyagaiként reciklált habhulladékból és reciklált gumiból készült anyagokat vizsgáltunk.

4. munkaszakasz
2023. április 1. - 2024. március 31.
A munkaszakasz során folytattuk a polimer csatlakozó bilincs fejlesztését. Ennek első lépéseként véglegesítettük a bilincs geometriáját a megadott terhelések figyelembevételével, VEM szoftver alkalmazásával. A fejlesztett konstrukciókon fröccsöntési szimulációk segítségével vizsgáltuk a kialakuló szálorientációt, illetve kiemelt figyelmet fordítottunk a technológiai hatásokból fakadó gyenge helyek feltárására. A feltárt problémák javításával fröccsöntéshelyes kialakítást hoztunk létre. A gyártószerszám fejlesztésének előkészítésére többféle szerszámkonstrukció alkalmazhatóságát vizsgáltuk. Alapkoncepciókat készítettünk egy-, két-, és négyfészkes konstrukciókra. A koncepciókban a megfelelő elosztórendszer kialakítás vizsgálatára többféle meglövési pontot, is vizsgáltunk hideg- és forrócsatorna alkalmazásával is. A szerszámkoncepciók hűtőköreinek optimalizálásával igyekeztünk elérni a lehető legegyenletesebb szerszámhőmérséklet kialakulását, amely a termék minősége mellett a gyártás ciklusidejére is előnyösen hathat. A munkaszakaszban folytattuk továbbá a bevonatok vizsgálatait és fejlesztését, amely során elsősorban a tapadást, a szórhatóságot és a keménységet vizsgáltuk. Vizsgáltuk továbbá olyan adalék alkalmazásának lehetőségét, amelynek segítségével antibakteriális hatás is elérhető a felhasználás során.

5. munkaszakasz
2024. április 1. - 2024. október 31.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Horváth Sz., Kovács J. G.: Effect of Processing Parameters and Wall Thickness on the Strength of Injection Molded Products. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 68, 78-84 (2024) 10.3311/PPme.24068 IF=1.3
  2. Szuchács A., Ageyeva T., Kovács J. G.: Modeling and measuring the bonding strength of overmolded polymer parts. Polymer Testing, 125, 15 (2023) 10.1016/j.polymertesting.2023.108133 IF=5.1 D1
  3. Kotrocz L., Bakonyi P.: Investigation the temperature-dependent surface mechanical properties of PolyJet printed samples by cyclic indentation testing in a DMA system. Results in Materials, 17, 100360/1-100360/1-8 (2023) 10.1016/j.rinma.2022.100360
  4. Párizs R. D., Török D., Ageyeva T., Kovács J. G.: Multiple In-Mold Sensors for Quality and Process Control in Injection Molding. Sensors, 23, 1735/1-1735/18 (2023) 10.3390/s23031735 IF=3.9 Q2
  5. 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)
  6. Török D., Zink B., Ageyeva T., Hatos I., Zobač M., Fekete I., Boros R., Hargitai H., Kovács J. G.: Laser powder bed fusion and casting for an advanced hybrid prototype mold. Journal of Manufacturing Processes, 81, 748-758 (2022) 10.1016/j.jmapro.2022.07.034 IF=6.2 Q2
  7. Semperger O. V., Suplicz A.: The effect of the titanium dioxide nanoparticles on the morphology and degradation of polyamide 6 prepared by anionic ring-opening polymerization. Polymer Engineering and Science, 62, 2079-2088 (2022) 10.1002/pen.25990 IF=3.2 Q2
  8. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: State-monitoring and product quality measurement of additively manufactured injection mould inserts. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1246, 012020/1-012020/8 (2022) 10.1088/1757-899X/1246/1/012020
  9. 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
  10. Boros R., Ageyeva T., Golcs Á., Krafcsik O. H., Kovács J. G.: Plasma treatment to improve the adhesion between ABS and PA6 in hybrid structures produced by injection overmolding. Polymer Testing, 106, 107446/1-107446/ (2022) 10.1016/j.polymertesting.2021.107446 IF=5.1 D1
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. Zink B., Kovács J. G.: Pressure‐dependent heat transfer coefficient measurement for thermoplastic melts. Polymer Engineering and Science, 62, 1137-1146 (2022) 10.1002/pen.25912 IF=3.2 Q2
  15. Török D., Ageyeva T., Boros R., Kovács Á., Kovács J. G.: Developing a method for evaluating color changeover in a hot-runner multi-cavity injection mold. Polymer Testing, 115, 107759/1-107759/9 (2022) 10.1016/j.polymertesting.2022.107759 IF=5.1 D1
  16. Tábi T.: Tények és tévhitek a biopolimerekkel kapcsolatban - I. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 298-301 (2021)
  17. Krizsma Sz. G., Kovács N. K., Kovács J. G., Suplicz A.: In-situ monitoring of deformation in rapid prototyped injection molds. Additive Manufacturing, 42, 102001/1-102001/8 (2021) 10.1016/j.addma.2021.102001 IF=11.632 D1
  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 - II. rész (másodközlés). Polimerek, 7, 337-340 (2021)
  20. Szabó F., Suplicz A., Kovács J. G.: Development of injection molding simulation algorithms that take into account segregation. Powder Technology, 389, 368-375 (2021) 10.1016/j.powtec.2021.05.053 IF=5.64 Q1
  21. Semperger O. V., Pomlényi P., Suplicz A.: Felület-bevonatolási eljárás T-RTM technológiához. Polimerek, 7, 186-192 (2021)
  22. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: Additív gyártástechnológiával előállított fröccsöntő szerszámbetétek üzem közbeni deformációinak vizsgálata. Polimerek, 7, 155-160 (2021)
  23. Kirchkeszner Cs., Petrovics N., Tábi T., Magyar N., Kovács J., Szabó B. S., Nyiri Z., Eke Zs.: Swelling as a promoter of migration of plastic additives in the interaction of fatty food simulants with polylactic acid- and polypropylene-based plastics. Food Control, 132, 108354/1-108354/12 (2021) 10.1016/j.foodcont.2021.108354 IF=6.652 Q1
  24. Tábi T.: Fröccsöntött politejsav biopolimer sorozatgyárthatóságának elemzése. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,200-203 (2021)
  25. Szuchács A., Ageyeva T., Boros R., Kovács J. G.: Bonding strength calculation in multicomponent plastic processing technologies. Materials And Manufacturing Processes, 36, 1-9 (2021) 10.1080/10426914.2021.1948052 IF=4.783 Q2
  26. Rajamani P. K., Ageyeva T., Kovács J. G.: Personalized Mass Production by Hybridization of Additive Manufacturing and Injection Molding. Polymers, 13, 1-19 (2021) 10.3390/polym13020309 IF=4.967 Q1
  27. Csézi G., Tábi T.: Orientált biopolimer szerkezetek vizsgálata. in 'XXIX. Nemzetközi Gépészeti Konferencia (OGÉT 2021) Románia. 2021.04.23.,101-105 (2021)

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