HUN-REN-BME Kutatócsoport





MTA-BME Lendület Fenntartható Polimerek Kutatócsoport

Pályázati azonosító:
MTA Lendület
Támogató:
Magyar Tudományos Akadémia
Futamidő:
2023. szeptember 1. - 2028. augusztus 31.
Témavezető (BME):
Prof. Dr. Toldy Andrea

Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Kovács Zsófia
Dr. Czél Gergely
Marton Gergő Zsolt
Dr. Molnár Kolos
Dr. Pomázi Ákos
Sántha Péter
Dr. Szebényi Gábor
Dr. Tamás-Bényei Péter
Dr. Szolnoki Beáta
Poór Dániel István
Balogh Fanni

Pályázat összefoglalója

A termékek életciklusának körkörössé tétele kulcsfontosságú a körforgásos gazdaságra történő áttérés szempontjából az újrahasznosítás és újrafelhasználás révén. Ez a projekt fő polimer anyagcsaládok körforgásos gazdaságának megteremtésével kapcsolatos kihívásokkal foglalkozik, az előállítás során használt alapanyagoktól, a használat közbeni állapotfelügyeleten és javításon át az újrahasznosításig és az értéknövelt újratervezésig az életciklus végén. A fenntartható polimertervezés fő kihívása a szerkezeti alkalmazásokhoz felhasználható, eredendően újrahasznosítható térhálós polimerek és újrahasznosítható hőre lágyuló polimerrendszerek létrehozása. A projekt célja, hogy újrahasznosítható vitrimer rendszereket és térhálós polimereket fejlesszen lehetségesen megújuló forrásokból nagy teljesítményű kompozitokhoz, valamint ε-kaprolaktámból önerősített polimer kompozitokat a rövidszál-erősítésű poliamid 6 kompozitok helyettesítésére. Az élettartam meghosszabbítása fontos stratégia lehet a szerkezeti polimer kompozitok környezeti hatásának minimalizálására. A projekt célja tartós és károsodástűrő kompozitok fejlesztése, a roncsolásmentes vizsgálati módszereik javítása, a folyamatos állapotfelügyeletet biztosító érzékelők integrálása, valamint gyógyulási és javítási képességek biztosítása. Mivel a hőre lágyuló műanyagok mechanikai újrahasznosítása jól bevált technológia, a kutatás a nehezen újrahasznosítható polimerrendszerek fenntartható újrahasznosítási módszereinek meghatározására összpontosít, amelyekre még nem dolgoztak ki ipari méretű megoldásokat, beleértve az innovatív polimer mátrixokat, a szálerősítést és a polimer adalékanyagokat. A fenntartható stratégiák elégtelen alkalmazása a terméktervezésben a polimerhulladékok értékcsökkent újrahasznosításához vezet, ezért értéknövelt újrahasznosítással eredendően biztonságos újrahasznosított és újrahasznosítható polimereket és kompozitokat fogunk fejleszteni, valamint módszereket fogunk kidolgozni a tulajdonságaik előrejelzésére és modellezésére.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2023. szeptember 1. - 2024. augusztus 31.
A projekt első évében áttekintettük a vitrimerek és kompozitjaik szakirodalmát, különös tekintettel a mechanikai és kémiai újrahasznosítási módszerekre. További vizsgálatokhoz egy poliimin alapú vitrimerrendszert választottunk ki és a tulajdonságait összevetettük egy hagyományos epoxigyanta rendszerével. A megmunkálhatósági tanulmányok azt mutatták, hogy a poliimin vitrimerek a hagyományos epoxigyantákkal összehasonlítva jobb felületi minőséget és alacsonyabb vágóerőket mutattak. Az ε-kaprolaktám alapú poliamid 6 (PA6) gyártási folyamatát optimalizáltuk, lehetővé téve égésgátlók beépítését a hőstabilitás vagy a monomerkonverzió csökkenése nélkül. Vizsgáltuk az üveg- és szénszálakat kombináló hibrid szerkezeteket, amelyek új, vékony rétegű kompozitokat eredményeztek, amelyek alkalmasak könnyűszerkezetes alkalmazásokhoz. Ezenkívül orvosi alkalmazásokhoz tribológiai kompozitokat fejlesztettünk ultramagas molekulatömegű polietilén (UHMWPE) anyagok felhasználásával. Értékeltük a roncsolásmentes vizsgálati (NDT) módszereket, és az NDT digitális képkorrelációval (DIC) vezető technikává vált a kompozitokban előforduló hibák észlelésére. Előrelépést értünk el a szénszál-erősítésű poliimin vitrimerek kémiai újrahasznosításában, hatékony mátrixoldást érve el, minimális maradék anyaggal az újrahasznosított szálakon. Befejeztük a szénszálak újrahasznosítási technikáiról szóló irodalmi áttekintést, amely azonosította a különböző módszereket és azok hatását a szálak minőségére és feldolgozására. Az éghetőségi vizsgálatok alapján kijelenthető, hogy a környezetbarát adalékok jelentősen csökkentették az éghetőséget mind a vitrimerek, mind a poliamid rendszerek esetében, kihasználva a szinergikus hatásokat. Végül kidolgoztunk egy mesterséges neurális hálón alapuló (ANN) modellt a polimerrendszerek éghetőségének előrejelzésére, ezáltal javítva az égésgátolt anyagok szerkezet-tulajdonság összefüggéseinek megértését.
Vitrimerek és kompozitjaik égésgátlása

2. munkaszakasz
2024. október 1. - 2025. augusztus 31.
A projekt második évében elkezdtük a saját fejlesztésű bioalapú vitrimer rendszerek szintézisét, valamint folytattuk az első évben megkezdett kísérleteket a vitrimer kompozitok különböző szerves oldószerekkel történő újrahasznosításával kapcsolatban. Fejlesztettünk egy vitrimer alapú égésgátló bevonatot, amelyet gáz fázisban ható égésgátlóval adalékolt, szénszállal erősített kompozitok felületére vittünk fel, majd tanulmányoztuk a bevonatolt kompozitok éghetőségét, mechanikai tulajdonságait, és a bevonat adhézióját. Vizsgáltuk az ɛ-kaprolaktám alapú poliamid 6 égésgátlását, majd a kiválasztott összetételeket szénszállal, valamint poliamid 6.6-tal erősített poliamid 6 kompozitok felületére vittük fel szerszámban történő bevonatolással. Elemeztük a bevonatolt kompozitok éghetőségi és mechanikai tulajdonságait, valamint a bevonat adhézióját. Ezt követően a bevonatolt kompozitokból mechanikai újrahasznosítást követően új mintákat gyártottunk, majd vizsgáltuk a mechanikai és éghetőségi tulajdonságokat. A Bristoli Egyetem kutatóival együttműködésben kimutattuk, hogy a szén/epoxi rétegek fragmentációja révén bizonyos mértékű pszeudo-duktilitás érhető el, amely a rétegvastagságtól függ. Önerősített ultramagas molekulatömegű polietilén (UHMWPE) kompozitokat sugároztunk be különböző dózisokkal, és vizsgáltuk a minták tribológiai és mechanikai tulajdonságait. Folytattuk a kompozit szerkezetek roncsolásmentes vizsgálatát (NDT) akusztikus emisszióval és digitális képkorrelációval (DIC), valamint vizsgáltuk a kompozit hibáinak tervezett önjavítását. Előkísérleteket végeztünk a rövid szálak orientálásával kapcsolatban. Végül elemeztük a gépi tanulási módszer alkalmazásával a polimerek és polimer kompozitok termikus bomlási jellemzőinek előrejelzését.
Vitrimer kompozitok égésgátlása

3. munkaszakasz
2025. szeptember 1. - 2026. augusztus 31.

4. munkaszakasz
2026. szeptember 1. - 2027. augusztus 31.

5. munkaszakasz
2027. szeptember 1. - 2028. augusztus 31.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Sántha P., Tamás-Bényei P., Toldy A.: From scrap to structure: The challenges of carbon fibre recycling.
  2. Toldy A., Poór D. I., Szolnoki B., Geier N., Pomázi Á.: Synergistic flame retardancy of carbon fibre-reinforced polyimine vitrimer composites via vitrimer-based intumescent coating. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 198, 109135/1-109135/13 (2025) 10.1016/j.compositesa.2025.109135 IF=8.9 D1
  3. Toldy A.: Safe and sustainable-by-design: Redefining polymer engineering for a greener future.
  4. Mabalane P.M., Molnár K., Mazibuko P. T., Molnár K., Khoathane C., Masukume M.: Recovery of carbon fibres from aged epoxy matrix composites using H2O2 as an oxidant: A thermodynamic and technoeconomic analysis. Journal of Engineering, 2025, 5807390/1-5807390/19 (2025) 10.1155/je/5807390
  5. Suwarta P., Wisnom M. R., Fotouhi M., Wu X., Czél G.: Pseudo-ductile compressive behaviour of unidirectional thin-ply carbon /glass fibre-epoxy hybrid composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 195, 108877/1-108877/15 (2025) 10.1016/j.compositesa.2025.108877 IF=8.9 D1
  6. Marton G. Zs., Szebényi G.: Influencing the damage process and failure behaviour of polymer composites - A short review. Express Polymer Letters, 19, 140-160 (2025) 10.3144/expresspolymlett.2025.11 IF=2.6 Q3
  7. 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=3.5 Q2
  8. Mabalane P. N., Molnár K., Khalifa Y., Puskas J. E., Molnár K., Khoathane C.: Eco-friendly recovery of pure and long carbon fibres from aged epoxy matrix composites by H2O2 as an oxidant. Journal of Material Cycles and Waste Management, 27, 429-445 (2025) 10.1007/s10163-024-02126-y
  9. Vas L. M., Czigány T., Tamás-Bényei P.: Development of a new method for characterize resistance to cyclic tensile load in mono and hybrid composites. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 69, 93-102 (2025) 10.3311/PPme.37831 IF=1 Q4
  10. Abdullah K. K., Molnár K.: The influence of in vitro degradation on the properties of polylactic acid electrospun fiber mats. Fibers, 13, 1-20 (2025) https://doi.org/10.3390/fib13010001 IF=3.9 Q2
  11. Toldy A., Poór D. I., Geier N., Pomázi Á.: Recent advances and challenges in the mechanical and chemical recycling of vitrimers and fibre-reinforced vitrimer composites: A review. Composites Part B: Engineering, 306, 112760/1-112760/29 (2025) 10.1016/j.compositesb.2025.112760 IF=14.2 D1
  12. Du Wanrong, Orbulov I. N., Tamás-Bényei P., Wiener Cs.: Mechanical behavior of layered composite structures of aluminum foam partially filled with polyamide. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 69, 1-7 (2025) 10.3311/PPme.40446 IF=1 Q4
  13. Marton G. Zs., Balogh F., Szebényi G.: Acoustic emission analysis and signal classification for damage modes in UD carbon/epoxy composites. Express Polymer Letters, 19, 809-821 (2025) 10.3144/expresspolymlett.2025.62 IF=2.6 Q3
  14. Sántha P., Tamás-Bényei P.: Investigation of high-performance recycled carbon fibre reinforced aluminium core sandwich structures. Express Polymer Letters, 19, 1202-1213 (2025) 10.3144/expresspolymlett.2025.88 IF=2.6 Q3
  15. Marton G. Zs., Szebényi G.: Development and modeling of interfacially engineered composites with designed failure. in '24th International Conference on Composite Materials Baltimore, USA. 2025.08.04-2025.08.08.,7 (2025)
  16. Görbe Á., Marton G. Zs., Bárány T.: Acoustic emission analysis of failure processes in polyethylene and recycled tire rubber blends. Polymer Testing, 147, 108813/1-108813/9 (2025) https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108813 IF=6 D1
  17. Kovács Zs., Toldy A.: Synergistic flame retardant coatings for carbon fibre-reinforced E-caprolactam-based polyamide 6 composites: fire performance and mechanical properties. Polymer Degradation and Stability, 240, 111495/1-111495/14 (2025) https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2025.111495 IF=7.4 D1
  18. Abdullah K. K., Molnár K.: Current trends and future prospects of integrating electrospinning with 3D printing techniques for mimicking bone extracellular matrix scaffolds. Journal of Polymer Science, 63, 1481-1504 (2025) https://doi.org/10.1002/pol.20241010 IF=3.6 Q2
  19. Magyar B., Czigány T., Török D., Marton G. Zs., Balogh F., Szebényi G.: Modeling of the healing process of polycaprolactone-interleaved carbon fiber–reinforced composites. Polymer Composites, 46, 14422–14432 (2025) 10.1002/pc.30070 IF=4.7 Q1
  20. Magyar Balázs, Czigány Tibor, Marton Gergő Zsolt, Balogh Fanni, Szebényi Gábor: Designable phase structure in semi-interpenetrating polymer network (semi-IPN) materials: an idea to alter interfacial adhesion along the fibre in polymer composites. Polymer, 337, 128998/1-128998/12 (2025) 10.1016/j.polymer.2025.128998 IF=4.5 Q2
  21. 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=3.2 Q2
  22. Juhász Á. Gy., Nanys M., Pinke B., Fadel A., Godzierz M., Juriga-Tóth K., Molnár K., Juriga D., Jedlovszky-Hajdú A.: Formation of three-dimensional polysuccinimide electrospun fiber meshes induced by the combination of CaCl2 and humidity. Macromolecular Rapid Communications, , 2300625/1-2300625/12 (2024) 10.1002/marc.202300625 IF=4.3 Q2
  23. Tamás-Bényei P.: Kompozitok újrahasznosítási lehetőségei. Visszanyert szénszálak. Élet és Tudomány, 39, 1222-1224 (2024)
  24. Nemes-Károly I., Szebényi G.: Development of sintered all-UHMWPE composites for joint implant sockets. in 'ECCM21 - 21st European Conference on Composite Materials Nantes, Franciaország. 2024.07.02-2024.07.05.,1119-1125 (2024)
  25. 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=7.4 D1
  26. Czél G.: Direct comparison of novel unidirectional sandwich coupon designs for accurate tensile failure strain determination of carbon fibre epoxy material. in 'ECCM21 – 21st European Conference on Composite Materials Nantes, Franciaország . 2024.07.02.-05.,Vol 4. 25-32 (2024)
  27. Dózsa G., Sántha P., Tamás-Bényei P.: Fehér töltőanyagot tartalmazó gumikeverékek fejlesztése. Polimerek, 10, 34-40 (2024)
  28. Vajtai L., Nemes N. M., del Puerto Morales M., Molnár K., Pinke B. G., Simon F.: Incidence of the Brownian Relaxation Process on the Magnetic Properties of Ferrofluids. Nanomaterials, 14, 634/1-634/15 (2024) 10.3390/nano14070634 IF=4.3 Q2
  29. 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=7.4 D1
  30. 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)
  31. Szebényi G., Marton G. Zs., Romhány G.: Damage localization in designed failure composites. in 'ECCM21 – 21st European Conference on Composite Materials Nantes, Franciaország. 2024.07.02-2024.07.05.,156-160 (2024)
  32. 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)
  33. 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=14.3 D1
  34. Budavári B., Karancsi Á., Pinke B. G., Pállinger É., Juriga-Tóth K., Király M., Szász Zs., Voszka I., Molnár K., Kőhidai L., Jedlovszky-Hajdú A., S Nagy K.: Long-term shelf-life liposomes for delivery of prednisolone and budesonide. Journal of Molecular Liquids, 394, 123756/1-123756/13 (2024) 10.1016/j.molliq.2023.123756 IF=5.2 Q1
  35. Marton G. Zs., Szebényi G.: The effect of pattern width on the properties and behavior of interfacially engineered composites with designed failure. in 'ECCM21 – 21st European Conference on Composite Materials Nantes, Franciaország. 2024.07.02-2024.07.05.,1438-1443 (2024)
  36. 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=4.6 Q2
  37. 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=3.1 Q2
  38. Wisnom M.R., Pimenta S., Shaffer M.S.P., Robinson P., Potter K.D., Hamerton I., Czél G., Jalalvand M., Fotouhi M., Anthony D.B., Yu H., Longana M.L., Wu X., Bismarck A.: High performance ductile and pseudo-ductile polymer matrix composites: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 181, 108029/1-108029/39 (2024) 10.1016/j.compositesa.2024.108029 IF=8.9 D1
  39. Molnár K.: Combination of nanofibers with 3D-printed or 4D-printed structures. Express Polymer Letters, 18, 243-244 (2024) 10.3144/expresspolymlett.2024.17 IF=2.6 Q3
  40. Marton G. Zs., Fendrik Á., Szebényi G.: Manufacturing of composites with designed failure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1313, 012014/1-012014/9 (2024) 10.1088/1757-899X/1313/1/012014
  41. Czél G.: Development of sandwich test coupons with continuous protective layers for accurate determination of the tensile failure strain of unidirectional carbon fibre reinforced composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 187, 108440/1-108440/12 (2024) 10.1016/j.compositesa.2024.108440 IF=8.9 D1
  42. Virág Á. D., Juhász Zs., Kossa A., Molnár K.: Combining oscillatory shear rheometry and dynamic mechanical analysis to obtain wide-frequency master curves. Polymer, 295, 126742/1-126742/11 (2024) https://doi.org/10.1016/j.polymer.2024.126742 IF=4.5 Q2
  43. 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, 10661/1-10661/14 (2023) 10.3390/app131910661 IF=2.5 Q1
  44. Gere D., Toldy A.: Az EU két éve betiltotta az oxidatív úton lebomló, széttöredező polimerből készülttermékeket, amelyek hozzájárultak a mikroműanyagok keletkezéséhez.
  45. Tamás-Bényei P.: The effect of salt water on the properties of basalt fibre reinforced composites. Acta Materialia Transylvanica, 6., 105-113 (2023) 10.33924/amt-2023-02-08
  46. Toldy A.: Challenges and opportunities of polymer recycling in the changing landscape of European legislation.

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