HUN-REN-BME Kutatócsoport





Tervezetten újrahasznosítható, nagyteljesítményű szálerősített polimer kompozitok fejlesztése

Pályázati azonosító:
K 142517
Támogató:
Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH)
Futamidő:
2022. október 1. - 2026. szeptember 30.
Témavezető (BME):
Prof. Dr. Toldy Andrea

Résztvevő kutatók (BME):
Kovács Zsófia
Dr. Pomázi Ákos
Prof. Dr. Toldy Andrea

Pályázat összefoglalója

Jelenleg még nem megoldott a térhálós polimer kompozitok anyagában történő újrahasznosítása, ezért a projekt tervezetten újrahasznosítható, nagyteljesítményű szálerősített polimer kompozitok fejlesztésére összpontosít. Két fő kutatási irányt határoztunk meg: nagy teljesítményű, vitrimer alapú, újrahasznosítható és javítható szénszállal erősített kompozitok fejlesztése, valamint nagy teljesítményű, égésgátolt, önerősített poliamid 6 alapú kompozitok fejlesztése hőre lágyuló gyantainjektálással. Ami az első irányt illeti, a cél új, vitrimer alapú, újrahasznosítható és javítható, térhálós polimerek fejlesztése hangolható topológiai átmeneti hőmérséklettel, amelyek alkalmasak magas hőmérsékletű kompozit alkalmazásokhoz, valamint olyan iparilag megvalósítható újrahasznosítási módszer kidolgozása, amely a referencia kompozit anyagokkal azonos vagy hasonló minőségű újrahasznosított mátrixokat és szálakat biztosít. Ezen kívül a vitrimerek szerkezet-tulajdonság összefüggéseinek, újrahasznosítási és javítási mechanizmusainak mélyebb megértése is várható. Ami a második irányt illeti, a cél önerősített, újrahasznosítható, in-situ polimerizált poliamid 6 kompozitok kifejlesztése, és a magas hőmérsékletű alkalmazási területeken történő felhasználásuk lehetővé tétele termelékeny és reprodukálható, szerszámon belüli bevonatolásra alkalmas égésgátló bevonatokkal. A projektjavaslat célja nemcsak a kompozitok újrahasznosítása, hanem a kapott komponensek újrafelhasználása, jellemzésük, beleértve az ismételten újrahasznosított égésgátló adalékanyagok hatását az újrahasznosított anyagokból készült kompozitok éghetőségére.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2022. október 1. - 2023. szeptember 30.
A projekt első évében áttekintettük a vonatkozó szakirodalmat, különös tekintettel a polimer kompozitok újrahasznosítására, valamint az anyagában történő újrahasznosításra alkalmas polimer mátrixokra. Megtörtént a referencia epoxigyanták, égésgátló adalékok (szilárd és gáz fázisban ható), vitrimer, kaprolaktám és bevonat alapanyagok, valamint szénszálas és poliamid 6 erősítőanyagok kiválasztása és beszerzése, valamint az alapanyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak bevizsgálása. Kidolgoztuk a vitrimerek és szénszálas kompozitjaik gyártástechnológiáját. Referencia önerősített poliamid 6 kompozitokat állítottunk elő kaprolaktám in-situ polimerizációjával, illetve égésgátolt kaprolaktám alapú poliamid 6 összetételeket fejlesztettünk égésgátló bevonatok céljára. A szilárd és gáz fázisban ható égésgátlók optimális kombinációjának meghatározásához a bevonatban differenciális pásztázó kalorimetriai (DSC), termoanalitikai (TGA) és éghetőségi (oxigénindex (LOI), UL-94 szabvány szerinti, áramlásos-pirolízis és Cone kaloriméteres vizsgálatok) alapján. Megvalósult az adatgyűjtés egy mesterséges intelligencián alapuló algoritmus létrehozására, amely a szerkezet és a kisléptékű vizsgálatok eredményei alapján képes megjósolni a bevonatok nagyléptékű égésvizsgálatainak eredményeit, ilyen módon alkalmas a tervezett összetételek előzetes szűrésére. Az első évben az eredményekből 2 impakt faktoros és 1 magyar nyelvű publikáció jelent, továbbá az elért eredményeket ismertettük a Fire Retardant Polymeric Materials (FRPM23), Dübendorf, Switzerland, 2023.06.26-29. és International Conference on Composite Materials (ICCM23), Belfast, Northern Ireland, 2023.07.30-08.04. konferenciákon is. A hallgatói közreműködés eredményeképpen TDK-dolgozatok, BSc-szakdolgozatok és MSc-diplomatervek készültek a projekt témájából.
Égésgátolt kaprolaktám alapú poliamid 6 gyártása

2. munkaszakasz
2023. október 1. - 2024. szeptember 30.
A projekt második évében a vitrimereket a szabadalmaztatott eljárással előállított foszfortartalmú aminnal, valamint két kereskedelmi forgalomban kapható, szilárd-, illetve gáz fázisban ható adalékkal égésgátoltuk. Ezután vizsgálatuk éghetőségüket, üvegesedési átmeneti hőmérsékletüket, statikus és dinamikus mechanikai, morfológiai tulajdonságaikat. Szálerősített referencia és égésgátolt vitrimer kompozitokat gyártottunk az első évben optimált technológiával, amely során először prepregeket hoztunk létre, majd préseléssel állítottuk elő a kompozitot. A kompozitok mechanikai és éghetőségi eredményei alapján szerkezet-tulajdonságok közötti összefüggéseket határoztunk meg, illetve az behatóan elemeztük az éghetőségi mechanizmusokat. Önerősített poliamid 6 kompozitokra szerszámban történő bevonatolással kaprolaktám alapú égésgátló bevonatot vittünk fel, majd vizsgáltuk a bevonatolt kompozit mechanikai és éghetőségi tulajdonságait, és a kompozit és bevonat közötti adhéziót. Meghatároztuk az égésgátlók és kombinációik azon maximális mennyiségét, amely még nem befolyásolja a polimerizációs reakciót, illetve nem korlátozza a polimer kompozit felhasználását. Kidolgoztunk egy mesterséges intelligencián alapuló algoritmust szálerősített kompozitok éghetőségének előrejelzésre, különös tekintettel a száltartalom hatására az éghetőségre. A második évben évben az eredményekből 5 impakt faktoros publikáció jelent, továbbá az elért eredményeket ismertettük az International Conference on Eco-Friendly Additives and Materials (ECOFRAM 2024), Valencia, Spanyolország, 2024.05.22-23. és European Conference on Composite Materials (ECCM21), Nantes, Franciaország, 2024.07.02-05. konferenciákon is. A hallgatói közreműködés eredményeképpen TDK-dolgozatok, BSc-szakdolgozatok és MSc-diplomatervek készültek a projekt témájából. Továbbá elkészítettük a kutatási részjelentést.
Égésgátló bevonattal ellátott önerősített PA6 kompozit

3. munkaszakasz
2024. október 1. - 2025. szeptember 30.

4. munkaszakasz
2025. október 1. - 2026. szeptember 30.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Toldy A.: Safe and sustainable-by-design: Redefining polymer engineering for a greener future.
  2. Kovács Zs., Toldy A.: Development of flame retardant coatings containing hexaphenoxycyclotriphosphazene and expandable graphite for carbon fibre-reinforced polyamide 6 composites. Polymer Degradation and Stability, 230, 111017 (2024) 10.1016/j.polymdegradstab.2024.111017 IF=6.3 D1
  3. Kovács Zs., Toldy A.: Synergistic flame retardant coatings for carbon fibre-reinforced polyamide 6 composites based on expandable graphite, red phosphorus, and magnesium oxide. Polymer Degradation and Stability, 222, 110696/1-110696/11 (2024) 10.1016/j.polymdegradstab.2024.110696 IF=6.3 D1
  4. Kovács Zs., Toldy A.: Flame retardant coatings for E-caprolactam-based self-reinforced polyamide 6 composites. in 'ECCM21 – 21st European Conference on Composite Materials Nantes, Franciaország. 2024.07.02.-05.,989-995 (2024)
  5. Gere D., Pomázi F., Szöllősi A., Jahanpeyma P., Ermilov A. A., Baranya S., Toldy A.: Mikroműanyag szennyezés vizsgálata a Duna budapesti szakaszán. Polimerek, 2, 66-72 (2024)
  6. Kovács Zs., Toldy A.: Flame retardancy via in-mould coating and durability of flame retardants after mechanical recycling in all-polyamide composites prepared by in situ polymerisation. Macromolecular Materials and Engineering, 310, 202400325/1-202400325/12 (2024) 10.1002/mame.202400325 IF=4.2 Q2
  7. Toldy A., Poór D. I., Szolnoki B., Devecser B., Geier N., Pomázi Á.: Comparative study of flame retardancy in polyimine vitrimers and composites: Evaluating additive and reactive flame retardants acting via gas-, solid-, and combined-phase mechanisms. Journal of Materials Science & Technology, 196, 101-111 (2024) 10.1016/j.jmst.2024.01.047 IF=11.2 D1
  8. Pomázi Á., Poór D. I., Geier N., Toldy A.: Optimising recycling processes for polyimine-based vitrimer carbon fibre-reinforced composites: A comparative study on reinforcement recovery and material properties. Materials, 17, 2372/1-2372/15 (2024) 10.3390/ma17102372 IF=3.1 Q1
  9. Poór D. I., Tobey M., Taynton P., Pomázi Á., Toldy A., Geier N.: A comparative machinability analysis of polyimine vitrimer, epoxy and polycarbonate polymers through orthogonal machining experiments. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 131, 1361-1376 (2024) 10.1007/s00170-024-13087-9 IF=2.9 Q2
  10. Kovács Zs., Pomázi Á., Toldy A.: Development of multifunctional flame-retardant gel coatings for automotive applications. Coatings, 13 (2), 345/1-345/14 (2023) 10.3390/coatings13020345 IF=2.9 Q2
  11. Kovács Zs., Pomázi Á., Hollósi E., Toldy A.: ε-kaprolaktám alapú égésgátló bevonat fejlesztése szénszál erősítésű poliamid 6 kompozitokhoz. Polimerek, 3, 90-96 (2023)
  12. Zielinski D., Szpecht A., Pomázi Á., Kovács Zs., Szolnoki B., Pinke B., Toldy A., Smiglak M.: Multifunctional modifying systems based on ionic liquids for epoxy resin systems and composites. Applied Sciences-Basel, 13, 10661/1-10661/ (2023) 10.3390/app131910661 IF=2.5 Q1

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