2018-1.3.1-VKE-2018-00011 VERSENYKÉPESSÉGI ÉS KIVÁLÓSÁGI EGYÜTTMŰKÖDÉSEK

PÁLYÁZAT ÖSSZEFOGLALÓJA:

A dinamikusan fejlődő polimer-mérnöki alkalmazások szélesebb körű elterjedésének számos területen gátat szab a polimer mátrix éghetősége. Az egyre szigorodó biztonságtechnikai elvárások szükségessé teszik az alkalmazott polimer rendszerek hatékony égésgátlását, a mechanikai és egyéb tulajdonságaik szinten tartása vagy esetleges javítása mellett. Az égésgátlók mátrixban történő alkalmazása mellett különösen hatékony égésgátlási módszer, ha az égésgátlót tartalmazó polimert bevonatként visszük fel a kompozit külső felületére.

A többrétegű szerkezet előnye, hogy így az égésgátló nem csökkenti az alappolimer mechanikai tulajdonságait és üvegesedési hőmérsékletét, továbbá a célzott felületi égésgátlás lehetővé teszi a szükséges adalék mennyiségének csökkentését, ami egyrészt költségcsökkenést jelent, másrészt környezetvédelmi szempontból is előnyös. A feldolgozás szempontjából továbbá kedvező, hogy ezzel a módszerrel elkerülhető a szilárd fázisú égésgátlók egyenlőtlen eloszlása, illetve kiszűrődése injektálásos technológiák során. A korábban kifejlesztett bevonatok azonban nem biztosítottak megfelelő esztétikai minőséget és mechanikai védelmet, időjárásállóságuk, dörzs- és kopásállóságuk korlátozott volt. Ezek a hátrányok kiküszöbölhetők multifunkcionális ún. gelcoat típusú bevonatok fejlesztésével. A gelcoat alkalmazásával a kívánt funkciók anélkül biztosíthatók, hogy a kompozit alkatrész tömbfázisbeli tulajdonságai megváltoznának. A jelenleg alkalmazott felviteli módok közös jellemzője, hogy a késztermékre egy külön lépésben utólag viszik fel a bevonatot, ami megnehezíti a gyártástechnológia méretnövelését és automatizálását.

A projekt célja egy olyan testreszabható bevonatcsalád fejlesztése, amellyel biztosíthatók a gépjárműipar és egyéb további iparágak egyedi igényei, továbbá lehetővé teszi a bevonat felvitelét a termékgyártással azonos technológiai lépésben. A kívánt tulajdonságokat a megfelelő komponensek szükséges részarányban történő bekeverése biztosítja. Kombinált adalékrendszerek alkalmazásával multifunkciós (pl. égésgátolt, antisztatikus, vezetőképes, UV-álló, hőálló) bevonatok készítése is cél. A technológiai megvalósítás szempontjából jelentős előrelépést jelent, hogy a termék fő komponensének bejuttatása a szerszámba és a bevonat kialakítása ugyanabban a gyártóegységben történik meg. A tervezett, fröccsöntéssel előállítható poliolefin (pl. napellenző test, hulladéktároló) és habosítással előállított poliuretán alapú (gépjármű szőnyeg, párna) bevonatolt termékek megbízható minőségű gyártásának a kulcsa a gyártási folyamattal azonos időben megvalósított minőség-ellenőrzés és szabályozás, melyet ipar 4.0 információs technológiai platform bevezetésével tervezünk megvalósítani.

A fejlesztés eredménye a PEMÜ versenyképességének és termelési hatékonyságának növelése, a termék minőségének folyamatos biztosítása és javítása, valamint az energia felhasználás hatékonyságának folyamatos optimalizálása. A fejlesztendő testreszabható bevonatcsalád és egylépéses bevonatolási technológiák, valamint az ipar 4.0 módszerek adaptálásának eredményei széles körben hasznosíthatók lesznek minden olyan iparágban, ahol szigorú biztonsági követelmények érvényesek, ugyanakkor fontos a gyártási folyamat megfelelő termelékenysége, méretnövelhetősége és automatizálása. Az adaptálható bevonatok alkalmasak lesznek számos műszaki polimer és hőre lágyuló tömegműanyag környezetbarát felületi módosítására és égésgátlására. A csökkent éghetőséggel és toxicitással járó előnyök mellett, a fejlesztés környezetbarát alternatívát mutat a polimer termékek piacán és versenyképes árszintet biztosít a tömegpolimer mátrix, a bevonatolás révén lecsökkentett adalékmennyiség, az egylépéses gyártástechnológia és a selejt mennyiségét minimalizáló, gyártási folyamatba illeszkedő in-line minőségellenőrzés és azonnali visszacsatolás bevezetése révén.

A projekt sajtóközleménye

AZ ELSŐ MÉRFÖLDKŐ EREDMÉNYE:
2019. ÁPRILIS 1. – 2020. MÁRCIUS 31.

Az első mérföldkő során új foszfortartalmú égésgátlókat és adalékkombinációkat állítottunk elő, majd azok felhasználásával új égésgátló bevonatokat fejlesztettünk. Az éghetőségi vizsgálatok eredményei alapján a növekvő foszfortartalom javítja a bevonatok égésgátoltságát: már a legkisebb alkalmazott, 5%-os foszfortartalom esetében is önkioltó, V-0 fokozatot ért el a fejlesztett bevonat. Ezután térhálós és hőre lágyuló referencia és égésgátolt alappolimer mintákra felvittük a bevonatokat, majd éghetőségi (LOI, UL-94 szabvány szerinti és MLC) vizsgálatokkal, illetve mechanikai (dinamikus mechanikai analízis (DMA) és hárompontos hajlítás) vizsgálatokkal minősítettük a bevont rendszereket. Megállapítottuk, hogy 10% foszfortartalom esetén a fejlesztett bevonat elérte a kereskedelmi forgalomban javított termék égésgátoltsági szintjét, míg a 15% foszfortartalommal rendelkező bevonat már jelentősen meghaladta azt. A szilárd fázisban ható ammónium-polifoszfát (APP) égésgátló koncentrációjának növelésével a bevonatok ún. intumeszcens (felhabosodó) jellege is erősödött. Ezután kiválasztottuk a legígéretesebb bevonatokat, és feldolgozhatóság előzetes vizsgálata alapján meghatároztuk a fejlesztési irányokat a következő munkaszakaszra, különös tekintettel a szórásos és egylépéses bevonatolási technológiák alkalmazhatóságára.

Az első mérföldkő keretében a PEMÜ részéről megvalósult az irodalomkutatás, az iparági igények feltérképezése termék és anyagtípusonként. Gyártási kísérleteket végeztünk az erre a célra gyártatott szerszámokkal és gépekkel, a közösen kiválasztott alappolimerekkel. A gyártott termékekből vett mintákkal mechanikai és reológiai vizsgálatokat végeztünk és meghatároztuk az égésgátlási osztályukat.

A PEMÜ elkezdte az Ipar 4.0 Termelés vezérlő rendszer (TVR) tervezését és megvalósítását. A pilot projekt keretében megvalósult egy 1200 tonna záróerejű fröccsöntőgép gyártástechnológiai és operátori selejt adatainak valós idejű gyűjtése. Továbbá megvalósult az üzemi munkaidőnyilvántartó szoftver fejlesztése és telepítése. Kiépült az energiafelhasználás hatékonyságát szolgáló rendszer, mely alkalmas a kijelölt épületek és a termelő berendezések energia fogyasztásainak azonos idejű mérésére, a mérési adatok tárolására, megjelenítésére és kiértékelésére.

A MÁSODIK MÉRFÖLDKŐ EREDMÉNYE:
2020. ÁPRILIS 1. – 2021. MÁRCIUS 31.

Előállítottuk a multifunkciós bevonatokat a legígéretesebbnek bizonyuló új égésgátlók és adalékrendszerek felhasználásával és szakaszos technológiákkal felvittük a kiválasztott térhálós és hőre lágyuló alappolimerekre. Az éghetőségi vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy amennyiben a megfelelő felületi minőség, egyéb tulajdonságok eléréséhez gelcoat vagy egyéb polimer alapú bevonat felvitelére van szükség, azt mindenképp érdemes égésgátolni, ugyanis a bevonat maga jól éghető. Az éghetőség legnagyobb arányú csökkenését a 15%-os foszfortartalmú, ammónium-polifoszfátot (APP) tartalmazó bevonattal értünk el, 1 mm-es bevonatvastagságnál 54%-os volt a hőkibocsátás maximumának a csökkenése, míg 0,5 mm vastagságnál 19%-os. Hőre lágyuló rendszereknél már 0,5 mm vastagságban is ≥80%-os volt a csökkenés. A bevonat viszkozitásának csökkentése érdekében a szilárd APP egy részét folyékony halmazállapotú rezorcin-bisz(difenil-foszfát) (RDP) égésgátlóval helyettesítettük, így a bevonatot szórással is felvihető tettük, amely a kenésnél jobban reprodukálható, ipari méretekben is alkalmazható módszer. Emellett az APP és a gáz fázisban ható RDP égésgátló együttes alkalmazása az éghetőség és a bevonat ridegségének csökkentése szempontjából is előnyös volt. A csak APP-t tartalmazó, nagy viszkozitású bevonat felvitelét 90% etil-alkohol, 5% izopropil-alkohol, 5% metil-etil-keton összetételű hígító alkalmazásával oldottuk meg. A bevonat önmagában is megfelelő égésgátlást biztosít, az alappolimer mechanikai tulajdonságainak megőrzése mellett. Amennyiben az alappolimer folyóképessége nagy és a hőkibocsátása nagy, akkor a bevonatolt minta újragyulladására számíthatunk, ami sikeresen késleltethető az alappolimer égésgátlásával. PEMÜ a kidolgozott receptúrát használva laboratóriumi körülmények között és félüzemi kísérletekkel is bizonyította a 2.Mk. alatt extrúzióval és poliuretán habosítással is a gelcoat felvitelének lehetőségét új technológiai megvalósítással. Kísérletekkel bizonyítottuk a bevonat vastagság és az áramlástani hatások közötti összefüggést, a szerszámhőmérséklet és a ciklusidő egymásra gyakorolt fordított arányát. A szerszám „maszkolás” manuális technológiáját kidolgoztuk, és a kísérletek alatt alkalmaztuk. Az Ipar 4.0 TVR a kijelölt gépekre megvalósult. Az adatok valós idejű és visszamenőleges elemzésével eddig nem dokumentált információk állnak rendelkezésre, amelyek által a termékminőség javítása, a hiba megelőzés és a selejtszám csökkenés érthető el.

A HARMADIK MÉRFÖLDKŐ EREDMÉNYE:
2021. ÁPRILIS 1. – 2022. MÁRCIUS 31.

A BME szisztematikus kísérletsorozattal optimálta az egylépéses technológiával felvihető multifunkciós epoxi gélbevonatok összetételét, a viszkozitás, felületi minőség, keménység, karcállóság és az alappolimer éghetőségének hatékony csökkentésének figyelembevételével. Majd szórással felvittük a kiválasztott bevonatokat a PEMÜ által gyártott PP biztonsági öv csúszka és PUR csőburkolat prototípusokra, jellemeztük a bevonat keménységét, karcállóságát és adhézióját az alappolimerhez, valamint elvégeztük a bevont prototípusok szabványos éghetőségvizsgálatait. A kónikus kalorimetriai eredmények alapján a 0,5 mm vastag 15% P-tartalomnak megfelelő APP-t tartalmazó bevonat felhabosodó védőréteget képezett a PP mintadarab tetején, 22%-kal lecsökkentette a hőkibocsátás maximumát, illetve 54 s-mal növelte az idejét a bevonat nélküli termékkel összevetve. PUR prototípus esetén 53%-kal lecsökkentette a maximális hőkibocsátást, és 447 s-mal eltolta az hőkibocsátás maximumának idejét. Az éghetőség csökkentése mellett a bevonatok jelentősen növelték a felületi keménységet és karcállóságot. Autóipari alkalmazásra fejlesztett hosszúszálas erősítésű kompozitok szerszámban történő bevonatolására in-situ polimerizálódó kaprolaktám alapú poliamid 6 bevonatot fejlesztettünk. Több égésgátlókombinációt tesztelve kiválasztottuk azokat az összetételeket, ahol szinergikus égésgátló hatást tapasztaltunk. A kifejlesztett bevonatcsalád oltalmára a PEMÜ-vel együttműködésben megfogalmaztuk a szabadalmi igénypontokat, a magyar szabadalmi bejelentés folyamatban van.

PEMÜ a kidolgozott receptúrát használva félüzemi és nagyüzemi körülmények között is bizonyította a harmadik mérföldkő alatt extrúzióval és poliuretán habosítással is a gelcoat felvitelének lehetőségét új technológiai megvalósítással. Kísérletekkel bizonyítottuk nagyüzemi körülmények között a bevonat vastagság és az áramlástani hatások közötti összefüggést, a szerszámhőmérséklet és a ciklusidő egymásra gyakorolt fordított arányát. A szerszám „maszkolás” manuális technológiáját kidolgoztuk, és a kísérletek alatt alkalmaztuk. Az Ipar 4.0 TVR a kijelölt gépekre megvalósult. Az adatok valós idejű és visszamenőleges elemzésével eddig nem dokumentált információk állnak rendelkezésre, amelyek által a termékminőség javítása, a hiba megelőzés és a selejtszám csökkenés érthető el. Megkezdődött a MES gyártástámogató rendszer bevezetése, melynek részegységei már futnak, finomítás, pontosítás és a programrészek összekapcsolása szükséges.

A NEGYEDIK MÉRFÖLDKŐ EREDMÉNYE:
2022. MÁRCIUS 31. – 2022. SZEPTEMBER 30.