Anyagtudomány és Technológia (gépészet-kohászat) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Műanyagipari technológiák
zsűri
Gépész-, Építő-, Építész- és Közlekedésmérnöki
Kutatóhely
Polimertechnika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők
Pomázi Ákos Szebényi Gábor Tamás-Bényei Péter Toldy Andrea
projekt kezdete
2016-12-01
projekt vége
2020-11-30
aktuális összeg (MFt)
47.340
FTE (kutatóév egyenérték)
5.77
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A polimer mátrixú szálerősített kompozit anyagok, mint például az epoxigyanta mátrixú szénszálas kompozitok, térnyerésének köszönhetően már a nagyteljesítményű műszaki alkalmazásokban is találkozhatunk ezekkel az újszerű anyagokkal. Alkalmazásuknak azonban gátat szab többek között, hogy a szerves polimer mátrix jól éghető. A kutatás célja égésgátolt nagyteljesítményű kompozit anyag kifejlesztése mérnöki alkalmazásokhoz (közúti és légi járművek, továbbá különböző tartályok), ezen belül különböző - reaktív és additív - égésgátló adalékok alkalmazhatóságának és feldolgozási technológiájának optimalizálása (kézi laminálás préseléssel kiegészítve, RTM, VARTM), amely segítségével elkerülhető az adalékok szegregációja és inhomogén eloszlása. Vizsgálatra kerül az erősítőanyag hatása az adalékanyag eloszlására is.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kutatás során megvizsgálásra kerül szilárd és folyékony állapotú égésgátlószerek alkalmazhatósága különböző gyártástechnológiák során. Az epoxigyanta égésgátlása során jelenleg nem megoldott az égésgátló adalékok homogén eloszlatása kompozit szerkezetekben, mert a feldolgozás során az adalékok kiszűrődhetnek a mátrixból, ezáltal inhomogénné téve a morfológiai és mechanikai tulajdonságokat is. Hipotézisünk szerint a gyártástechnológia helyes megválasztásával, továbbá a technológiai paraméterek optimalizálásával megvalósítható az adalékok jó minőségű és homogén beágyazása, ezáltal létrehozva égésgátolt nagyteljesítményű polimer kompozit anyagot mérnöki alkalmazásokhoz.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatás jelentősége az epoxigyanta kompozitok égésgátlása szempontjából kiemelkedő jelentőségű, mert jelenleg ez szab gátat a nagy működési hőmérsékletű környezetben történő alkalmazásnak. Az égésgátolt epoxigyanta mátrixú szénszálas kompozitok olyan mérnöki alkalmazásokban is teret nyerhet, ahol eddig nem volt elképzelhető a felhasználása. Az adalékok egyenletes eloszlatása gyártástechnológiájának kidolgozásával, egyrészt egyenletes mechanikai és égésgátlási teljesítményt biztosítunk, másrészt lehetőség nyílik a sorozatgyártás megvalósítására. A kutatás amellett, hogy jelentős tudományos és ipari hasznosulással kecsegtet, új kutatói kapcsolatok kialakítását is lehetővé teszi.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A dinamikusan fejlődő mérnöki alkalmazásoknak köszönhetően a polimer kompozitok egyre nagyobb teret nyernek előnyös tulajdonságainak köszönhetően. A nagyteljesítményű műszaki alkalmazásokban leggyakrabban alkalmazott mátrixanyag az epoxigyanta, a leggyakoribb erősítőanyag pedig a szénszál. Az epoxi gyanták alapját képezik különböző ragasztóknak, felületi bevonatoknak és kompozit anyagoknak is. Előnyös tulajdonságai mellett azonban nagy hátránynak számít az éghetőségük, amely gátat szab további terjedésének. A kutatás fő célkitűzése olyan nagyteljesítményű égésgátolt polimer kompozit kifejlesztése, amely eredményesen használható high-tech iparágakban pl. elektronika, közlekedés, repüléstechnika is. A kutatás során szilárd és folyékony halmazállapotú égésgátlók minél egyenletesebb eloszlatására törekszünk az új, kidolgozandó gyártástechnológiakkal, hogy egyenletes mechanikai teljesítményt és égésgátlást biztosítsunk.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Nowadays in field of engineering applications the importance of fibre reinforced polymer composites as well as carbon fibre reinforced epoxy resins significantly growing due to their beneficial properties. However, the flammable polymer matrix of epoxy resin composites hinders their use in many high-tech applications. The aim of current research is the development of high-performance flame retarded composites for engineering applications (public transportation and different containers). Potential application of reactive and of additive flame retardants will be analysed, moreover optimization of manufacturing technology (hand lamination accomplished by hot-pressing method, RTM, VARTM) to avoid segregation and inhomogeneous dispersion of solid and liquid flame retardants will be carries out. Influence of reinforcement will be investigated on flame retardant dispersion as well.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. In this research application of solid and liquid flame retardants will be investigated using different technologies. Currently the flame retardancy of epoxy resin composites by solid phase flame retardants raises many issues, as solid additives can be filtered out during from matrix during processing, therefore the morphological and mechanical properties will be inhomogeneous. According to our hypothesis proper dispersion and incorporation of flame retardants could be achieved by developing right technologies and technological parameters leading to development of high-performance fire retarded composites for engineering application.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. As the limited fire resistance of epoxy resins reduces the application fields of composites made thereof the importance of this research is immense. Fire retarded fibre reinforced epoxy composites could be used in special engineering fields including high-tech sectors as electronic, transport and aerospace industries. By developing an appropriate, new processing technology for reaching homogeneous additive dispersion, on the one hand consistent flame retardancy and mechanical performance will be assured, on the other hand, the opportunity to realize mass production will be also given. This current research offers scientific and industrial advantages and provides good opportunity for establishment of new researcher relationships.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Due to the dynamically changing engineering applications polymer composites receive higher and higher importance thanks to their beneficial properties. In case of high performance composites the most applied matrix is the epoxy resin and the most used reinforcement is carbon fibre. Epoxy resins are widely applied as adhesives, surface coatings, laminates, encapsulation material in electronic industry, matrix material in transport and aerospace industries due to their excellent characteristics. However, their thermal and flame resistance needs to be improved in many application areas. The aim of this research is the development of high-performance flame retarded composite for engineering applications. Influence of solid and liquid retardant on flame retardancy, as well as their homogeneity in polymer composites prepared with different processing technologies will be investigated in order to ensure consistent mechanical properties and fire resistance.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A kutatás során olyan nagyteljesítményű, szénszállal erősített, égésgátolt epoxigyanta kompozitok előállítását tűztük ki célul, amelyek csúcstechnológiai iparágakban (pl.: elektronika, közlekedés, repüléstechnika) is alkalmazhatók. Meghatároztuk azokat az optimális anyagösszetételeket és gyártási paramétereket, amelyek a lehetővé teszik ezen nagyteljesítményű kompozit szerkezetek reprodukálható, méretnövelt gyártását. A méretnövelt kompozitgyártási technológiák (pl.: vákuuminjektálás, gyanta transzferöntés (RTM)) során az alkalmazott szilárd halmazállapotú égésgátló adalékok erősítőstruktúrán történő kiszűrődését egyrészt a mátrixban folyékony égésgátló alkalmazásával küszöböltük ki, amely egyenletes mechanikai tulajdonságokat és égésgátlást eredményezett. Másrészt a kompozit felületére szilárd halmazállapotú égésgátlót tartalmazó gélbevonatot vittünk fel, amely egyúttal megfelelő minőségű felületet is biztosított. A fejlesztett égésgátló gélbevonat összetétele a jövőben potenciálisan szabadalmaztatható eredmény.
kutatási eredmények (angolul)
The aim of this research was the development of high-performance, carbon fibre reinforced flame retarded epoxy composites for high-tech engineering applications (e.g. in the electronic, transport and aerospace industries). We determined the optimal material compositions and processing parameters in order to ensure the reproducible, up-scaled manufacturing of these composites. We eliminated the filtration of the applied solid-phase flame retardants by the reinforcement during these up-scaled composite manufacturing technologies (e.g. vacuum infusion, resin transfer moulding (RTM)) with a liquid flame retardant in the matrix, which provided consistent mechanical properties and fire performance. We also applied a gelcoat containing solid flame retardants on the surface of the composite, which at the same time provided appropriate surface quality. The composition of the developed flame retardant gelcoat is a potentially patentable result in the future.
Marosi György, Hirsch Edit, Bocz Katalin, Toldy Andrea, Szolnoki Beáta, Bodzay Brigitta, Csontos István, Farkas Attila, Balogh Attila, Démuth Balázs, Nagy Zsombor K., Pataki Hajnalka: Pharmaceutical and Macromolecular Technologies in the Spirit of Industry 4.0, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62(4), pp. 457–466, 2018, 2018
Forintos N., Czigany T.: Multifunctional application of carbon fiber reinforced polymer composites: Electrical properties of the reinforcing carbon fibers – A short review, COMPOSITES PART B-ENGINEERING 162: pp. 331-343., 2019
Hegedűs Gergely, Czigány Tibor: Optikai szálak alkalmazása polimer anyagvizsgálatokhoz, OGÉT 2017: XXV. Nemzetközi Gépészeti Konferencia. Konferencia helye: Kolozsvár, Románia. Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), pp. 175-178, 2017
Marosi György, Hirsch Edit, Bocz Katalin, Toldy Andrea, Szolnoki Beáta, Bodzay Brigitta, Csontos István, Farkas Attila, Balogh Attila, Démuth Balázs, Nagy Zsombor K., Pataki Hajnalka: Pharmaceutical and Macromolecular Technologies in the Spirit of Industry 4.0, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 62(4), pp. 457–466, 2018, 2018
Forintos N., Czigany T.: Multifunctional application of carbon fiber reinforced polymer composites: Electrical properties of the reinforcing carbon fibers – A short review, COMPOSITES PART B-ENGINEERING 162: pp. 331-343., 2019
