A KONFERENCIÁN A MŰANYAGIPAR INNOVATÍV TERÜLETEIVEL ISMERKEDHETTEK A DIÁKOK, DE VOLT A KÜLÖNLEGES PROGRAMBAN AKADÉMIAI SZÉKFOGLALÓ IS

A nyolc évvel ezelőtt útjára indított rendezvénysorozat célja, hogy tájékoztassa a téma iránt érdeklődő, továbbtanulás előtt álló középiskolás diákokat a műanyagipar fejlődési irányairól, a társadalom szerepéről a fenntartható fejlődésben, s nem utolsó sorban ezen értékes anyag megbecsüléséről, amely az emberiség életminőségének javításában kulcsszerepet játszik. Az izgalmas innovációs területek, a polimer habszerkezetek és a mindig megújuló 3D nyomtatás mellett idén a diákok részt vehettek egy akadémiai székfoglaló előadáson is, majd érdekes, színes tudományterületekről beszélgethettek akadémikusokkal az „Ebédelj akadémikussal” program keretében.

Dr. Kmetty Ákos adjunktus (BME Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék) polimer habszerkezetek fejlesztéséről szóló előadását azzal kezdte, hogy a habszerkezetek egész életünket végigkísérik. Az első habszerkezet, amellyel születésünk után először találkozhattunk az nem más, mint a fürdőhab. Majd következtek a különböző szivacsjátékok, vagy például ugyanúgy habszerkezet a pattogatott kukorica, a francia krémes és a sörhab is.

Az idei rendezvény fő támogatója a 60 éves PEMÜ volt, standjuk népszerűségét az adta, hogy a diákok megismerkedhettek a különböző típusú, keménységű poliuretán habokkal és egy pohárpróba keretében megnézhették a poliuretán habok keletkezésének folyamatát.

A polimer habszerkezetek fő csoportjai és ipari alkalmazásai között találhatók sportolási célra a jógamatrac, a judó szőnyeg vagy magasugrásnál az ütéscsillapító matrac. A bútoriparban matracokat, memóriahabokat alkalmaznak előszeretettel. A csomagolóipar tekintetében meg kell említeni a formahabokat és a különböző ételtárolókat, az építőiparban a homlokzati hőszigetelést, az autóknál pedig az üléseket. Ezek mind a kétfázisú rendszerek közé sorolhatók, vagyis a változó méretű gázbuborékok statisztikusan oszlanak el a szilárd anyagban, amely lehet fém, kerámia vagy polimer. A polimerek esetében az egyik legjelentősebb felhasználási terület a sportolási célú, úgynevezett habosított, többrétegű sportszőnyegek. Ezek a szőnyegek igénybevételnek vannak kitéve, amire a cellás szerkezet egy választ fog szolgáltatni. Ezt a választ kell megfelelően elemezni (pl. ejtődárdás vizsgálattal) ahhoz, hogy növelt biztonságú habstruktúrát lehessen fejleszteni. A sportolási célú habszőnyegeknek három fő feladata van: a sportoló védelme, a sérülés megelőzése, illetve a sportolási felület biztosítása. Ha ezeket ismerjük, akkor követelményként meg tudjuk fogalmazni, hogyan szeretnénk az ütést csillapítani, az energiaelnyelő-képességet javítani, illetve a megfelelő merevséget biztosítani a hasznosítható, többrétegű struktúra kialakítása érdekében.

A habosított szerkezeteknek számos vizsgálati módszere létezik – folytatta előadását Kmetty adjunktus, ezek közé tartozik az ejtősúlyos vagy ejtődárdás vizsgálat. Sportágak szerint eltérő dárda kialakításokat, dárdacsúcsokat alkalmaznak, és különböző szabványok állnak rendelkezésre a mérési adatok értékelésére. A csomagolástechnikai célra alkalmazott habanyagoknál a kellő számú ejtősúlyos vizsgálattal maximális lassulási értékeket lehet meghatározni, ha pedig ismerjük a csomagolandó termékünk tömegét és a csomagolással érintkező felületet, akkor egy statikus terhelést tudunk meghatározni, ami alapján mind az alapanyagot, mind a kívánt habszerkezetet és –vastagságot megállapíthatjuk, ezáltal célzottan tudunk az adott termékre vonatkozóan csomagolást választani.

Az adjunktus megemlítette, hogy az autóiparban, vagy sportolási célnál nélkülözhetetlen a fejsérülési kritérium definiálása, amely összefüggésbe hozható a fejsérülés valószínűségével, vagyis azzal, hogy a habszerkezet mennyire lesz alkalmazható, például az adott sportágban. A vizsgálatok kiegészíthetők a kritikus ejtési magasság meghatározásával is, amelynek lényege, hogy a végzetes kimenetelű sérüléshez definiálunk egy magassági értéket, amely alapján megállapítható, hogy a szőnyeg alkalmas-e az adott sportágban való használatra. A vizsgálati eredmények validálásához nélkülözhetetlen az úgynevezett biomechanikai vizsgálatok elvégzése a sportolók 3D-s szkennelésével, egyedileg  tervezett  protektorok, szenzorok segítségével.

A csomagolástechnikában mindenki számára ismertek a különböző formahabok, párnázóhabok, vagy az ételek szállítására szolgáló, rövid életciklusú habtermékek, amelyek komoly környezetvédelmi kihívást jelentenek. Ezen hulladékok mennyiségének csökkentésére részmegoldás lehet a biopolimerek, például a politejsav alkalmazása, amelyet kukoricából, cukorrépából, cukornádból tudunk előállítani. A biopolimerből készült termék megújuló erőforrásból származik és biológia úton lebontható, azonban önmagától nem lesz belőle komposzt, ugyanis a komposztáláshoz megfelelő hőmérséklet és baktériumkultúra szükséges.

Kmetty Ákos előadása végén beszélt még arról, hogy biopolimerekből lehetőség van egy speciális habszerkezetet kialakítani, amely nem más, mint az expandálható mikrogyöngy, ahol egy cca. 10 mikron átmérőjű gyöngyöt hő hatására expandálnak, akár a tízszeresére, amivel egy zárt cellás habszerkezetet alakítanak ki. Felhasználási terület lehet többek között a síkfólia gyártás.

Dr. Kovács József Gábor egyetemi docens (BME Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék) a műanyagok jövője kapcsán a 3D nyomtatás lehetőségeiről tartott előadást. A 3D nyomtatás tulajdonképpen nem más, mint a 2D nyomtatás újra és újra végrehajtása. A termékek nyomtatásához szükség van tervezőprogramból vagy más forrásokból származó modell geometriára, amit rétegről-rétegre fel kell építeni termékké. A modell pontosságától függ, hogy vannak-e hibák a termékben, mennyire lesz tökéletes mása annak, amit alkotni szerettünk volna.

Kitől jött az ötlet, mire használhatjuk ezeket a technológiákat, mekkora termékeket gyárthatunk? – tette fel a kérdéseket Kovács docens. Chuck Hull volt az első ember, aki 35 évvel ezelőtt megálmodta a prototípusgyártást, szabadalmaztatta, létrehozott egy céget, amely mára már világóriássá nőtte ki magát és Amerika 100 legnagyobb cége között található. A magyarországi történelem kicsit rövidebb, itt mintegy 20 évre kell visszatekinteni. Falk György volt, aki elkezdte ezt a technológiát Magyarországon egy úgynevezett LOM (Laminated Object Manufacturing) berendezéssel és teremtette meg a hazai prototípusgyártást.

A 3D nyomtatást több más mellett makettek, modellek előállítására, autók teszteléséhez, sorozatgyártás előtti áramlástani vizsgálatokhoz lehet használni. Ilyen modelleket nagyon gyorsan elő lehet állítani prototípusgyártással, ez tipikusan gépészmérnöki feladat. Olyan modelleket, működő prototípusokat is létre lehet hozni, amelyek már maguk a termékek. 3D nyomtatni lehet akár egy autót és annak alkatrészeit is. Az autó vázszerkezete rétegről-rétegre felépíthető, amely hagyományos technológiákkal nem kivitelezhető. Tudunk-e sorozatgyártást megvalósítani prototípusgyártással? A válasz: igen. A negyedik ipari forradalom lényege, hogy nagy sorozatban, de mégis egyedi termékeket tudjunk előállítani, amire a prototípusgyártás a megfelelő megoldás. Ez később akár oda is vezethet, hogy nem lesz szükség raktározásra, mert a szervízben „egyszerűen” csak kinyomtatják az alkatrészt.

A méretet tekintve az alsó határ a hajszálnál 10-30-szor kisebb, mikron nagyságrendbe tartozó „termékek” nyomtatása. A másik véglet, hogy ma már házakat is lehet nyomtatni. A rekord egy dubaji kétemeletes ház, ami 640 m2 alapterületű és 9,5 m magas. Dubajban célul tűzték ki, hogy 2030-ra a házak 25%-a már nyomtatással készüljön. Ehhez polimereket és kompozitokat kell felhasználni. 2020-ban pedig elkezdenek építeni egy 80 emelet magas, 3D nyomtatott toronyházat.

További, a mindennapi élethez közelebb álló, 3D nyomtatással előállított termékek a cipők, a ruhák, az orvostechnikai eszközök (gipsz helyett nyomtatott merevítőeszközök, protézisek, testrészek a műtétek gyakorlásához és előkészítéséhez, koponya és egyéb implantátumok titán helyett polimerekből, vérerek, műszív) és a robotok. A 3D nyomtatók elterjedése a mobiltelefonok térhódításához lesz hasonló a jövőben. A mobiltelefon egyébként ma már egy fél prototípusgyártó berendezésnek is tekinthető, ugyanis a sztereolitográfiás berendezés sugárforrását lehet helyettesíteni a telefonnal is.

Kovács József Gábor a diákokhoz szólva az alábbi útravalóval zárta előadását: legyenek kreatívak, lássák azt, amit más nem lát és váljanak jó mérnökké, mert olyan a jövő, mint a ma iskolája.

Ritka pillanatnak lehettek tanúi a konferencia résztvevői, hiszen meghallgathattak egy akadémiai székfoglaló előadást. Prof. Dr. Czigány Tibor egyetemi tanár (BME Gépészmérnöki Kar, Polimertechnika Tanszék) igen érdekes és figyelemfelkeltő címet adott székfoglalójának: “A Jó, a Rossz és a Csúf” – (Mű)Egyetemtől a (Mű)Anyagokig. Ugyanis a műanyagok helyzete leginkább a Jó, a Rossz és a Csúf című legendás westernfilm szereplőiéhez hasonlítható: a jó nem jobb, a rossz nem rosszabb, mint a másik kettő, és a csúf sem csúnyább a többieknél, a történet során pedig gyakran rajtuk kívülálló okok miatt kerülnek nehéz helyzetbe. A polimerek nem rosszabbak a többi szerkezeti anyagnál, külső tényezők miatt mégis ezeket az anyagokat hibáztatjuk az egyre nagyobb problémát jelentő környezetszennyezésért.

 A  szerkezeti  anyagok  három  nagy  csoportba  sorolhatók,  ezek a polimerek, a fémek és a kerámiák, amelyek nem  versenytársai, hanem kiegészítői egymásnak, mindennapi életünkben egyformán szükségünk van rájuk – folytatta előadását Czigány professzor. Nem véletlenül nélkülözhetetlenek, számos hasznos tulajdonságuk van: többek között kis sűrűségűek, nagy szilárdságúak, korrózióállók, ütésállóságuk kiváló, jól csillapítanak és szigetelnek, jelentős a vízálló-, valamint a vegyszerálló képességük, jól színezhetők, egyes típusai átlátszóak és a legkisebb ökológiai lábnyommal rendelkeznek. Legnagyobb előnyük mégis az, hogy elképesztő mérnöki szabadságot biztosítanak a szakembereknek; akár egy lépésben szinte tetszőleges méretű és alakú termék gyártható belőlük, ugyanakkor újrahasznosíthatók.

Czigány Tibor felsorolta és részletesen ismertette a műanyagok alkalmazási lehetőségeit. Műanyag csomagolások nélkül például az élelmiszer-ellátásunk lehetetlenné válna, hiszen akár két-háromszorosára növelhetik a tejtermékek és a húsok eltarthatósági idejét. Az egészségügyben alkalmazott műanyag implantátumok, protézisek, rögzítőelemek hozzájárulnak az emberek gyorsabb, kisebb fájdalommal járó gyógyulásához. Szigetelő képességük miatt az elektromos berendezésekben, számítógépekben, valamint a mobiltelefonokban is ott vannak a műanyag alkatrészek. Az utóbbi években pedig a 3D nyomtatók még nagyobb lendületet adtak a polimerek felhasználásának. A műanyagok a fenntartható fejlődés zálogai is. A közlekedésnek „köszönhetően” napjainkban egyre több üvegházhatású gáz kerül a levegőbe. A környezeti terhelés mérséklését a könnyű műanyagokkal érhetjük el, a kisebb tömegű járművek kevesebb üzemanyagot fogyasztanak és ezzel a szennyező gázok kibocsátása is csökken.

Czigány professzor előadásában kitért a Budapesti Műszaki Egyetemen (BME) folyó kutató-fejlesztő munkájára is. A BME kutatóival közösen az utóbbi időben azon dolgoznak, hogy ezeket a szerkezeti anyagokat többletfunkcióval is felruházzák. Az egyik fejlesztési irány a műanyagok egyfajta szenzorként való felhasználása. A különböző gépek egy idő után fáradnak, tönkremennek, ezeket a problémákat detektálnák idő előtt e különleges érzékelők. Ugyancsak izgalmas kutatási terület az úgynevezett „öngyógyító” anyagok készítése. A hajszálnál tízszer kisebb átmérőjű erősítőszálakat alkalmaznak és töltenek fel különböző folyadékokkal. Amennyiben ez valamilyen öngyógyító folyadék, a repedésnél kiszivárgó gyanta kitölti a repedéseket, részben vagy egészében kijavítva a sérülést. Jövőbe mutatónak tűnnek a polimerekből előállított alakváltó kompozitok, amik a felhasználásnak megfelelően tudják formájukat folyamatosan változtatni, így hatékonyabb működést, kevesebb energiafelhasználást lehet velük elérni. Az elektromos járműveinkben található lítium-ion polimer akkumulátorokban is speciális műanyag szeparátorlemez választja el az anódot és a katódot, aminek köszönhetően egyre kisebbek és nagyobb kapacitásúak az autókban található akkumulátorok.

Miért tekintünk mégis „ellenségként” a műanyagra? Czigány Tibor szerint a hibát nem a polimerekben, hanem inkább önmagunkban kell keresni. Elképesztő módon szemetelünk, továbbá hajlamosak vagyunk a műanyagokat kizárólag a felesleges csomagolóanyagokkal azonosítani, illetve számos terméket feleslegesen „túlcsomagolunk”. Ez a magatartás vezet ahhoz, hogy nagyon nagy mennyiségű műanyaghulladék keletkezik. Munkatársaival közösen tanulmányozta, hogy az egyes környezeti tényezők mennyire erodálják a tengeri műanyaghulladékot. Vizsgálataik alapján arra a meglepő felfedezésre jutottak, hogy ezek a polimerek is újrahasznosíthatók, kiváló termékek gyárthatók belőlük, amivel nyersanyagot és energiát lehet megspórolni.

Az akadémikus kifejtette véleményét a bioműanyagokkal kapcsolatban is. Két igen hátrányos tulajdonságuk (gyenge hőalaktartás, ridegség) miatt nagyon körülményes termékeket gyártani belőlük, amin adalékanyagok hozzáadásával javítani lehet. Megemlítette, hogy a bio és a hagyományos műanyagok nem kompatibilisek egymással, ha keverednek, nagyon nehéz ismét terméket gyártani belőlük. A professzor szerint természetesen mindez nem jelenti azt, hogy a bioműanyagokat el kell vetni, éppen ellenkezőleg, ezek jelentik a jövőt, mert akár megújuló erőforrásból (pl. mezőgazdasági hulladék) is előállíthatók. Egyelőre azonban nem szabad egyedüli megoldásként tekinteni rájuk, ugyanúgy össze kell gyűjteni ezeket a további feldolgozáshoz, mint a hagyományos műanyagokat.

Nagy probléma, hogy a köztudatba bekerült az „eldobható műanyag” szóösszetétel, ami egyenesen káros és káromkodássá kéne nyilvánítani – emelte ki az akadémikus.  Hívjuk a műanyagot „újrahasznosítható műanyagnak”, így belekerül a nevébe, hogy mit kell vele tenni: újrahasznosítani, vagyis szelektíven gyűjteni. Még nem sikerült mindennapjaink részévé tenni a szelektív gyűjtés szokását. Olyan szabályokra, törvényekre lenne szükség, amik betarthatók és kellően motiválók – zárta előadását Czigány Tibor.

A székfoglaló előadás bővebb ismertetését februári lapszámunkban olvashatják.

EDDIGI DÍJAZOTTAK