Page 1

kwartalnik techniczno-informacyjny l ISSN 2084-1949 l cena 25,00 zł l (32) rok VIII l lipiec/sierpień/wrzesień l nr 3/2019

W numerze: Foto: Targi w Krakowie Sp. z o.o.

n Wielofunkcyjne warstwowe materiały kompozytowe n Kompozyty polimerowe w budownictwie infrastrukturalnym n Badania wytrzymałości na ścinanie geokompozytów n Alternatywne składniki materiałów budowlanych reklama


reklama


SPIS TREŚCI

www.freepik.com

5 10

Wielofunkcyjne warstwowe materiały kompozytowe Nowa generacja odlewniczych żywic epoksydowych firmy Resoltech 11 Kleje i uszczelniacze dla profesjonalistów 12 LERG tworzy silną Grupę 13 10. edycja KOMPOZYT-EXPO - Świętuj z nami 14 Kompozyty polimerowe w budownictwie infrastrukturalnym 24 Kompozyty polimerowe z odnawialnymi napełniaczami lignocelulozowymi 28 Urządzenia firmy Huzap 29 Krytyczne aspekty wytwarzania kompozytów 30 System SAERTEX LEO® 31 Nowy materiał kompozytowy

materiały kompozytowe str. www.freepik.com

32

36

5

technologie

System monitorowania mostów kompozytowych z wykorzystaniem światłowodowych czujników odkształceń Badania odporności na starzenie w atmosferze z ozonem

str.

32

www.freepik.com

37 38 40 44 46 47

maszyny, urządzenia i narzędzia

5-osiowa frezarka i przestrzenne drukowanie 3D w jednym Z1 nowoczesny, szeroki cutter do rozkroju kompozytów Obróbka kompozytów w skali od mini do maxi Kompozyt CFRP obrabiać może każdy? Obróbka materiałów kompozytowych to wyzwanie Polacy chcą zmienić rynek profesjonalnego druku 3D

str. 48

50 55

56

Wytłaczarki do gumy i silikonu – najnowsze mieszanki, najnowszy sprzęt Badania wytrzymałości na ścinanie geokompozytów LANXESS poszerza gamę przedmieszek stosowanych do wzmacniania kauczuku Alternatywne składniki materiałów budowlanych

branża gumowa str.

Targami TOOLEX jesień się zaczyna

48

targi i konferencje

www.pixabay.com

60

37


Wydawca: Media Tech s.c. Redaktor naczelna: Katarzyna Mazur tel. kom. 797 125 417 katarzyna.mazur@materialykompozytowe.biz Dyrektor projektu: Ewa Majewska tel. kom. 797 125 418 ewa.majewska@matrialykompozytowe.biz Dział prenumeraty: prenumerata@materialykompozytowe.biz Fotoskład i layout: Lucyna Franczyk Korekta: Barbara Sput Przewodniczący Rady Programowej: prof. dr hab. inż. Jacek Kaczmar prof. Politechniki Wrocławskiej Rada Programowa: prof. nadzw. dr hab. inż. Michał Basista Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk dr hab. inż. Wojciech Błażejewski Politechnika Wrocławska prof. dr hab. inż. Stanisław Błażewicz Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie dr hab. inż. Lucyna Jaworska prof. Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania dr inż. Krzysztof Formela Politechnika Gdańska dr inż. Aneta Krzyżak Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych dr inż. Wojciech Kucharczyk Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny w Radomiu prof. dr hab. inż. Katarzyna Pietrzak Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych prof. dr hab. inż. Józef S. Suchy Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie dr inż. Aneta Tor-Świątek Politechnika Lubelska prof. dr hab. inż. Gabriel Wróbel Politechnika Śląska Każdy członek Rady Programowej kwartalnika „Materiały Kompozytowe”, który podczas dwóch kolejnych lat nie opublikuje artykułów, jest uważany za rezygnującego z członkostwa.

Adres redakcji: ul. Żorska1/45, 47-400 Racibórz redakcja@materialykompozytowe.biz tel./fax 32 733 18 01 Druk: Mdruk, Dąbrowa Górnicza Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń oraz artykułów sponsorowanych. Zastrzegamy sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. Przedruk i rozpowszechnianie artykułów i reklam opracowanych przez redakcję jest zabronione bez zgody wydawcy.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

5

Materiały kompozytowe na kadłuby wybranych jednostek eksploatowanych w warunkach żeglugi śródlądowej

Wielofunkcyjne warstwowe materiały kompozytowe Artykuł przedstawia badania wstępne dotyczące wielowarstwowego materiału kompozytowego spełniającego postawione wymagania dotyczące budowy kadłubów wybranych jednostek pływających, przeznaczonych do żeglugi śródlądowej. Dokonano analizy i opisano warunki eksploatacyjne jednostek pływających śródlądowych, ze szczególnym naciskiem na bezpieczeństwo i koszty obsługi eksploatacyjnej jednostek. Zaproponowano sposób zwiększenia bezpieczeństwa użytkowania jednostki poprzez wprowadzenie wielowarstwowego materiału ograniczającego możliwości rozszczelnienia kadłuba w przypadku uderzenia o obiekty znajdujące się pod wodą. Dla celów badań porównawczych określono warunki przyjętej technologicznej próby zginania oraz wymagania dotyczące wielowarstwowych płyt próbnych. Wytworzono trój- i czterowarstwowe płyty próbne o grubości 14–30 mm wykorzystując: kompozyty zawiesinowe na bazie żywicy epoksydowej zbrojone cząstkami ceramicznymi, kompozyty na bazie żywicy poliestrowej zbrojone uporządkowanym włóknem szklanym oraz piany metalowe na bazie aluminium oraz kompozytu aluminiowo-ceramicznego. Przedstawiono wyniki wstępnych badań dotyczących odporności płyt próbnych na zginanie w warunkach przyjętej próby technologicznej, a także odporności na ścieranie. Odniesiono się do możliwości wytwarzania tak skomponowanych materiałów warstwowych w warunkach znanej, szeroko stosowanej technologii formowania elementów kształtowych z kompozytów polimerowo-szklanych w formach negatywowych. Doprecyzowano typ śródlądowych obiektów pływających, wykazując zalety i celowość stosowania tych materiałów.

Obok klasycznych materiałów konstrukcyjnych stosowanych w budowie śródlądowych jednostek pływających, pierwotnie drewna, a następnie stali konstrukcyjnych niskowęglowych, w XX wieku pojawiły się jednostki budowane z użyciem stopów aluminium oraz kompozytów poliestrowo-szklanych. Aktualnie w zależności od przeznaczenia jednostki tzn. transport towarowy lub pasażerski (jednostki turystyczne, sportowe, inspekcyjne, rybackie, badawcze itp.), zauważyć można, szczególnie w tych ostatnich, tendencję szerszego wprowadzania materiałów spoza grupy stopów żelaza. Również materiały bardziej zaawansowane, takie jak materiały komórkowe, materiały kompozytowe, także hybrydowe, materiały warstwowe mogą być, w pewnych uzasadnionych warunkach, zastosowane w budowie wybranych śródlądowych jednostek pływających. Jednostki budowane z kompozytów o osnowie polimerowej i zbrojeniu z włókien szklanych mogą osiągać długość przekraczającą 100 me-

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

trów. Materiały te wykazują się takimi zaletami, jak: łatwość formowania złożonych kształtów, nadawanie trwałego koloru wyrobom, niemagnetyczność, stosunkowo duża trwałość eksploatacyjna, mały zakres czynności konserwacyjnych. W porównaniu do jednostek budowanych ze stali kompozyty polimerowo-szklane pozwalają budować jednostki o mniejszej masie i złożonych kształtach. Cechą charakterystyczną i różnicującą te materiały jest reakcja na obciążenia, np. zginające: dla konstrukcyjnej stali niskowęglowej w szerokim zakresie występują odkształcenia plastyczne, natomiast dla kompozytów polimerowo-szklanych odkształcenia właściwe dla materiałów sprężystych. Jednostki śródlądowe pływające na ograniczonych akwenach, o małej głębokości, często przy dużej intensywności ruchu, narażane są na uszkodzenia kadłuba. W przypadku kolizji może dojść do przekroczenia wartości granicznych naprężeń (dopuszczalnych), czego efektem jest pęknięcie i rozszczelnienie kadłuba – co pokazano na rysunku 1 [1].

Podejmowane są liczne próby wprowadzania nowych materiałów konstrukcyjnych, ograniczających wady materiałów dotychczas stosowanych, które pozwalałyby na efektywniejsze spełnianie potrzeb i warunków eksploatacji występujących w żegludze śródlądowej. Przykładowo, zastosowanie lekkich, wytrzymałych materiałów, poprzez zmniejszenie masy jednostki pływającej, pozwoliłoby na zredukowanie głębokości zanurzenia. Przeprowadzano próby zastosowania na kadłuby śródlądowych jednostek pływających, nowych w budowie jednostek pływających, warstwowych materiałów z wykorzystaniem przekładki z piany poliuretanowej wprowadzanej pomiędzy „okładki” z cienkiej blachy stalowej lub polimerów, a także warstwowych materiałów o konstrukcji „sandwich” [2, 3]. Przy wyborze materiałów ważne są również takie aspekty, jak bezpieczeństwo żeglugi śródlądowej i zmniejszenie wrażliwości konstrukcji jednostki pływającej na uszkodzenia w wyniku kolizji, ograniczenie czynności konserwacyjnych, czy też np. ograniczenie zjawiska osmozy, powodującego degradację materiału, jakim jest kompozyt poliestrowo-szklany itp.

Rys. 1. Przykładowe uszkodzenie kadłuba łodzi turystycznej wykonanej z kompozytu poliestrowo-szklanego [1]

t

JANUSZ GRABIAN, WOJCIECH ŚLĄCZKA, WOJCIECH PRZETAKIEWICZ


6

materiały kompozytowe

Materiał badawczy Uzasadniona jest koncepcja wprowadzenia przekładki o szczególnych właściwościach, pomiędzy dwie warstwy kompozytu polimerowo-szklanego, która będzie pracować w warunkach naprężeń ściskających jako efekt nacisku lokalnego, wynikającego także ze stanu zginania, co może mieć miejsce w warunkach eksploatacji jednostki pływającej i ewentualnych kolizji. Innowacyjnym materiałem mogącym znaleźć zastosowanie w tym przypadku jest piana aluminiowa o ciężarze właściwym 0,3–0,5 g/cm3, która wytwarzana jest z aluminium spienianego przy użyciu czynnika pianotwórczego [4, 5]. Pianę można wytwarzać również z kompozytu aluminiowo-ceramicznego poprzez wdmuchiwanie gazu do ciekłego metalu, a jej budową wewnętrzną w pewnym zakresie można sterować [6]. Piany takie, zarówno aluminiowe jak i kompozytowe, charakteryzują się specyficzną odpornością na ściskanie, co pokazano na rysunku 2. Piana poddana obciążeniom ściskającym zachowuje się w pierwszej fazie jak materiał sprężysty, a następnie przechodzi w drugą fazę wyboczeń, odkształceń plastycznych oraz pękania cienkich ścianek por gazowych wypełniających gabaryt. Faza ta związana jest z absorbcją energii przez deformowaną pianę i determinowana jest jej budową strukturalną, określoną udziałami i wielkością por gazowych. Do budowy kadłuba może być zastosowany, jako zamiennik monolitycznego kompozytu polimerowo-szklanego, wielowarstwowy materiał składający się z: warstwy kompozytu polimerowo-szklanego – warstwy piany aluminiowej – warstwy kompozytu polimerowo szklanego, co przedstawiono na rysunku 3. Materiał trójwarstwowy może być uzupełniony o kolejną warstwę zewnętrzną,

będącą w kontakcie z wodą, pełniącą rolę bariery przeciwosmotycznej oraz odporną na ścieranie. Układ taki tworzy czterowarstwowy materiał wielofunkcyjny, co przedstawia rysunek 4. Wstępna ocena przydatności proponowanego materiału może być oparta o technologiczną próbę zginania trójpunktowego [7]. Dla celów badawczych związanych z technologiczną próbą trójpunktowego zginania wykonano płyty próbne o wymiarach 430 × 200 mm, co przedstawiono na rysunku 5. Wykonano płytę z kompozytu polimerowo-szklanego z użyciem żywicy epoksydowej Epidian 53 oraz dwunastu warstw tkaniny z włókna

szklanego o gramaturze 350 g/m2. Płyty wielowarstwowe wykonano z użyciem warstw piany aluminiowej o grubości 10, 15, 20, 25 i 30 mm, ułożonych pomiędzy dwoma warstwami kompozytu z żywicy Epidian 53 z sześcioma warstwami tkaniny szklanej. Po upływie 48 godzin z płyt próbnych wycięto próbki o wymiarach 200 × 60 mm oraz 320 × 60 mm. Do utwardzenia żywicy użyto utwardzacza Z-1. W celu określenia możliwości zastosowania warstwy nr 4 z rysunku 4, a jednocześnie spełniania przez nią funkcji bariery przeciwko zjawisku osmozy, na warstwę odporną na ścieranie wybrano materiały kompozytowe na bazie żywicy epoksydo-

Rys. 2. Piana aluminiowa jako materiał na przekładkę i jej charakterystyka wytrzymałościowa

Rys. 3. Proponowany materiał trójwarstwowy przeznaczony do badań wstępnych: A – kompozyt poliestrowo-szklany, B – piana aluminiowa, C – kompozyt epoksydowo-szklany

Rys. 4. Proponowany materiał warstwowy wielofunkcyjny: 1 – kompozyt poliestrowo-szklany, 2 – piana aluminiowa, 3 – kompozyt poliestrowo-szklany, 4 – warstwa odporna na ścieranie i zjawiska osmotyczne

Rys. 5. Płyty próbne o wymiarach 430 × 200 mm

Rys. 6. Próbki walcowe do technologicznej próby ścierania

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

Cel i warunki przeprowadzenia badań Celem prowadzonych badań wstępnych było określenie ewentualnej przydatności wielowarstwowego materiału przedstawionego w punkcie 2 do budowy kadłubów jednostek śródlądowych jako zamiennika szeroko stosowanego kompozytu polimerowo-szklanego. Jako podstawowe kryterium przyjęto zadowalające wyniki technologicznej próby zginania trójpunktowego, opartej o standardowe, ujęte normami próby zginania metali, polimerów, sklejki itp., które określają wymiary próbek oraz geometrię układu podpór i elementu obciążającego. Jako drugie kryterium przyjęto dostateczną odporność na ścieranie warstwy zewnętrznej kompozycji wielowarstwowej. Przeprowadzone zostały badania: – wytrzymałości na zginanie. Do określenia zachowania się materiału warstwowego pod obciążeniem skutkującym deformacją i jego zniszczeniem przyjęto schemat obciążenia przedstawiony na rysunku 7 i realizowany z użyciem maszyny wytrzymałościowej przy pomocy

Rys. 7. Schemat stanowiska do przyjętej technologicznej próby zginania trójpunktowego

przyrządu znajdującego się na jej wyposażeniu; – odporności na ścieranie – technologiczna próba odporności na ścieranie jest symulacją tarcia zewnętrznej powierzchni kadłuba o trwałe, stabilne kamienne lub betonowe przeszkody nawodne lub podwodne. Wykonane stanowisko tribologiczne typu trzpień-tarcza pozwala na realizację badania poprzez symulację ruchu posuwistego walcowej próbki badanego materiału względem przeciwpróbki w postaci granitowego lub betonowego krążka o średnicy 300 mm, obracającego się ze stałą prędkością. Próbka w postaci walca o średnicy 29 mm i wysokości do 30 mm, dociskana jest do powierzchni obracającej się przeciwpróbki z siłą, której wartość regulowana jest stosownym obciążeniem uchwytu próbki (rys. 8). Urządzenie pozwala na przeprowadzenie próby na sucho oraz na mokro. Regulowana prędkość obrotowa przeciwpróbki pozwala na symulację liniowej prędkości względnej do 22 km/godz. Odporność na zużycie ścierne w warunkach realizowanej próby technologicznej,

Rys. 9. Zestawienie krzywych zginania trójpunktowego próbek wyciętych z różnych płyt próbnych: 1 – monolityczny kompozyt Epidian 53 + włókno szklane, 2 – materiał wielowarstwowy z pianą aluminiową 10 mm, 3 – 15 mm, 4 – 20 mm, 5 – 25 mm

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Rys. 8. Stanowisko do technologicznej próby odporności na ścieranie

przy nacisku 15 kG i prędkości liniowej 22 km/godz. wyrażono poprzez ubytek masy w czasie.

Wyniki badań Przeprowadzono technologiczną próbę trójpunktowego zginania z użyciem maszyny wytrzymałościowej z właściwym

Rys.10. Widok zniszczonych próbek

t

wej z udziałem włókna szklanego oraz ceramiki w postaci cząstek węglika krzemu. W celu przeprowadzenia technologicznej próby odporności na ścieranie wykonano walcowe próbki o średnicy 29 mm i wysokości 30 mm, co przedstawiono na rysunku 6. Próbki wykonano z żywicy Epidian 53, kompozytu Epidian 53 z tkaniną z włókna szklanego, kompozytu Epidian 53 z cząstkami węglika krzemu o rozmiarze 25 μm (udział objętościowy 50%), kompozytu Epidian 53 z cząstkami węglika krzemu o rozmiarze 2,5 mm, kompozytu Epidian 53 z cząstkami węglika krzemu o rozmiarach 25 μm oraz 2,5 mm w proporcji 50/50.

7


8

materiały kompozytowe

Rys. 11. Wyniki badania odporności na ścieranie

oprzyrządowaniem, badając próbki wycięte z płyt próbnych wykonanych z: monolitycznego kompozytu włókno szklane – żywica epoksydowa jako poziomu odniesienia do klasycznego materiału oraz nowych materiałów wielowarstwowych z użyciem kompozytu włókno szklane – żywica epoksydowa oraz piany aluminiowe. Wyniki próby technologicznej, przeprowadzonej dla próbek o wymiarach 200 × 60 mm, ułożonych na rolkach podporowych w odległości 150 mm (dla wszystkich próbek), przedstawiono na rysunku 9. Na rysunku 10 przedstawiono wygląd próbek po przeprowadzonej próbie zginania. Zaobserwować można zróżnicowane mechanizmy destrukcji materiałów wielowarstwowych takie, jak odspojenie warstwy zewnętrznej, pęknięcie przebiegające w osi symetrii, a także zgniecenie pianowej przekładki w obszarze działania siły odkształcającej. Krzywe przedstawiające intensywność zużycia wybranych materiałów kompozytowych przez ścieranie w kontakcie z granitową przeciwpróbką przedstawiono na rysunku 11. Technologiczną próbę ścierania przeprowadzono obciążając próbki siłą 15 kG i dokonując pomiaru ubytku masy co 30 sekund.

Wnioski Przeprowadzone próby technologiczne zginania mają jedynie charakter orientacyjny, ponieważ próbki o przyjętym arbitralnie wymiarze są niejako „wycięte” z całości konstrukcji i ich krawędzie podczas obciążania są swobodne. Ponadto wraz ze zmianą grubości próbek nie zmieniano rozstawu podpór, utrzymując go

w wymiarze 150 mm. Tym niemniej, zaprezentowane wyżej wyniki badań wstępnych pozwalają na stwierdzenie, iż możliwe i celowe jest utworzenie złożonego wielowarstwowego materiału z kompozytów zarówno poliestrowych, jak i spienionego aluminium jako warstwy wewnętrznej o zaproponowanej charakterystyce reakcji na obciążenia zginające. Wykazała to próbka nr 5 wykonana z wielowarstwowego materiału o grubości piany równej 25 mm. Materiał taki, w początkowej fazie obciążenia, zachowuje się jak materiał sprężysty. Po przekroczeniu określonej granicy sprężystości, wchodzi on w zakres odkształceń plastycznych, które finalizowane są zgnieceniem wewnętrznej przekładki z piany aluminiowej. Analizując kształt krzywych przedstawionych na rysunku 11, można zaobserwować jak ich przebieg zbliża się, wraz ze wzrostem grubości piany aluminiowej, od charakterystycznego dla monolitycznego kompozytu polimerowo-szklanego do przebiegu właściwego dla piany aluminiowej przedstawionego na rysunku 2. Najlepszą odporność na ścieranie wykazuje, dla przyjętych warunków próby technologicznej, próbka utworzona z Epidianu 53. Warstwa odporna na ścieranie winna być ułożona na zewnątrz panelu w części dennej kadłuba i w zależności od potrzeb na burtach lub w obszarze przejścia burty w pokład. Podkreślić należy, że technologia kadłuba z proponowanych wielowarstwowych materiałów może wykorzystywać formy negatywowe zewnętrzne znane z dobrze opanowanej technologii wyrobów kształtowych z kompozytu poliestrowo-szklanego. Korzystny jest, z przyczyn technologicznych, kształt kadłuba o powierzchniach

rozwijalnych, co w płaskodennych rzecznych jednostkach pływających na płytkich akwenach z prędkościami rzędu kilkunastu kilometrów na godzinę jest często stosowane. W przypadku powierzchni nierozwijalnych właściwe będzie zastosowanie przekładkowych elementów z piany aluminiowej o kształcie na przykład trójkąta o wymiarach dostosowanych do lokalnej krzywizny kadłuba. Porównanie wyników wstępnych badań porównawczych pozwala umiejscowić proponowany kompozytowy materiał warstwowy w korzystnej relacji wobec tradycyjnych materiałów stosowanych w budowie śródlądowych jednostek pływających. Wskazane jest dopracowanie warunków prób technologicznych oraz przeprowadzenie dalszych badań mających na celu utworzenie charakterystyk właściwości użytkowych warstwowych materiałów wykorzystujących obok pian aluminiowych także kompozytowe piany aluminiowe, przeprowadzenie optymalizacji ich budowy między innymi pod kątem zmniejszenia ciężaru oraz opracowanie metodyki badań symulacyjnych konstrukcji przestrzennych (kadłubów) z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Działania takie byłyby, w przypadku pozytywnych wyników badań, podstawą do uruchomienia procedur certyfikujących oraz wdrożeniowych.

Ocena możliwości zastosowania warstwowych materiałów kompozytowych w budowie wybranych jednostek pływających śródlądowych Analiza wyników przeprowadzonych badań wstępnych wybranych właściwości proponowanych materiałów warstwowych oraz warunków eksploatacji w żegludze śródlądowej pozwalają wysnuć wniosek, że materiał ten może być zastosowany zwłaszcza do budowy kadłubów jednostek: – płytko zanurzonych, lekkich, operujących na wodach śródlądowych; – intensywnie eksploatowanych na akwenach portowych, zalewowych i śródlądowych o dużym natężeniu ruchu; – często narażanych podczas eksploatacji na uszkodzenia – uderzenia dziobem, burtami o inne jednostki oraz elementy infrastruktury portowej, przeprawowej i brzegowej, otarcia dnem o mielizny, przeszkody podwodne itp.; – także o kadłubach wytwarzanych z kompozytów poliestrowo-szklanych z użyciem form negatywowych jako element modyfikacji dotychczas stosowanej technologii.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe Materiałami spełniającymi tak sformułowane warunki mogą być, przedstawione w niniejszym opracowaniu, złożone przestrzenne struktury kompozytowe z udziałem spienionych metali, polimerów i ceramiki. Jako obiekty pływające, do budowy których mogłyby znaleźć zastosowanie tak skomponowane materiały wielowarstwowe, można wytypować: – Barki i łodzie turystyczne, tramwaje wodne Coraz liczniej pojawiają się na polskich wodach śródlądowych jednostki do pływania turystycznego, takie jak barki. Należy zauważyć, że do użytkowania i sterowania nimi może być, zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami, wymagane jedynie drogowe prawo jazdy kat. B, co potencjalnie zwiększa liczbę ich użytkowników. Armatorzy tych jednostek oczekiwać będą obiektów pływających trwałych, bezpiecznych, o niewielkim zanurzeniu, odpornych na zróżnicowane uszkodzenia mechaniczne i wymagających minimum konserwacji, zwłaszcza, że mogą być one eksploatowane również przez osoby o niewielkich umiejętnościach i doświadczeniu. – Tankowce rzeczne Przeznaczone do transportu i dystrybucji paliw, najczęściej lekkich, a także niebezpiecznych chemikaliów. Specjalistyczne jednostki o kadłubach wykona-

nych ze stali, w przypadku rozszczelnienia zbiorników powstałego w wyniku kolizji, stwarzają ryzyko zapalenia się paliwa wywołanego iskrzeniem. Celowe byłoby także rozważenie możliwości budowy nowych specjalistycznych jednostek do transportu i dystrybucji skroplonego gazu LNG z wykorzystaniem proponowanych materiałów. – Jednostki rozwijające duże prędkości, np. poduszkowce, łodzie inspekcyjne Biorąc pod uwagę jednostki poruszające się z dużymi prędkościami, a tym samym mając do czynienia z innym wymiarem skutków kolizji, można rozważyć sensowność wprowadzenia, analogicznie do pojazdów lądowych, stref zgniotu pochłaniających energię uderzenia. Zbudować je można, stosując w określonych, wyznaczonych w wyniku symulacji metodą elementów skończonych, strefach kadłuba, przekładkowej warstwy piany aluminiowej o stosownej grubości.

skowo statków śródlądowych i przybrzeżnych dla polskiego systemu dróg wodnych relacji wschód – zachód. [4] F. Ashby, A. Evans, A. Flech: Metal Foams a Design Guide, Butterworth – Heine-mann, Woburn 2000. [5] C. Fiebig, M.E. Steffen, S. Caba, M. Koch: Hybrid Composites of Plastic and Alu-minium Foam, Euro Hybrid Materials and Structures 2016, April 20–21, p. 170–176. [6] J. Grabian: Kompozytowe piany metalowe w przemyśle okrętowym, Wyd. FOTO-BIT, Kraków 2012. [7] PN-EN ISO 7438:2006 Metale – Próba zginania. Statyczna próba zginania techynologicznego. Artykuł został opublikowany w Zeszytach Naukowych Politechniki Rzeszowskiej 298, Mechanika 90 RUTMech, t. XXXV, z. 90 (3/18), lipiec-wrzesień 2018, s. 297-308.

prof. dr hab. inż. Janusz Grabian dr hab. inż. kpt. ż.w. Wojciech Ślączka prof. ndzw. AM w Szczecinie prof. dr hab. inż. Wojciech Przetakiewicz Wały Chrobrego 1-2 70-500 Szczecin Akademia Morska

Literatura [1] https://www.gettyimages.at. [2] W. Ignalewski: Wpływ nowoczesnych technologii na rozwój statków śródlądowych w Europie, Wrocław 30.05.2017. [3] INCONATRANS. Projekt NCBiR E! 3065. Nowa generacja przyjaznych środowi-

reklama

CHEMBET Bogdan Trzonek ul. Konstytucji 3 Maja 48/50 97-200 Tomaszów Mazowiecki tel./fax 44 725 28 30 chembet@chembet.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

9

Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska W22 na Targach KOMPOZYT-EXPO w Krakowie


10

materiały kompozytowe

Nowa generacja odlewniczych żywic epoksydowych firmy Resoltech WOJCIECH MUZALEWSKI

W odpowiedzi na wymagania rynku producentów wysokojakościowych odlewów, dział R&D Resoltech przez lata pracował nad rozwiązaniem pozwalającym uzyskać stabilny, idealnie przezroczysty odlew o bardzo wysokiej odporności na żółknięcie pod wpływem promieniowania UV. Lata pracy zaowocowały powstaniem systemu WWA nowej generacji, idealnie spełniającego wyśrubowane kryteria wytwórców. Rynek dekoracyjnych odlewów wysokiej jakości rośnie z roku na rok. – Zauważamy silny trend wzrostowy w ilości małych i mikro przedsiębiorstw, wytwarzających produkty często niszowe, jak elementy biżuterii czy mebli – zauważa Michał Pytel, Product Manager firmy Polytor, dystrybutora produktów Resoltech. – Są to produkty niezwykle wrażliwe technologicznie z uwagi na wymóg perfekcyjnej estetyki powierzchni wyrobu i jako takie wymagają nie tylko ścisłego reżimu produkcyjnego, ale też surowców najwyższej jakości. System nowej generacji WWA Resoltecha spełnia te kryteria. W ciągu ostatnich 20 lat system żywic epoksydowych WWA stanowił odniesienie i najlepszy wybór dla przezroczystych odlewów, dzięki niskiemu współczynnikowi załamania, przejrzystości, doskonałym właściwościom odgazowania i niskiej egzotermiczności. Jednak podobnie jak

w przypadku wszystkich żywic termoutwardzalnych, można było zaobserwować powolne żółknięcie żywicy po starzeniu, a stosowanie na zewnątrz nie było zalecane z powodu słabej stabilności UV. – Obecnie na rynku nie ma innej przezroczystej żywicy epoksydowej, która wykazuje taką odporność na żółknięcie. To daje nam naprawdę istotną przewagę nad konkurencją – zaznacza Michał Pytel. Nowa generacja systemu WWA przy poprawie odporności UV jednocześnie zachowała wszystkie dotychczasowe właściwości i przewagi cenione na rynku od ponad dwudziestu lat. System składający się z żywicy epoksydowej WWA oraz inicjatora WWB4 daje odlewy całkowicie przezroczyste i bezbarwne o doskonałych właściwościach optycznych. Jest też bezskurczowy, a dodatki odgazowujące eliminują występowanie pęcherzyków powietrza w odlewie.

Zdjęcia: Malita Just Wood, www.malitajustwood.com

– Nasz system jest również kompatybilny z większością materiałów takich jak szkło, ceramika, drewno, beton, kamień, metal. Dzięki temu daje projektantom właściwie nieskrępowane możliwości tworzenia śmiałych koncepcji, a jest to przecież jeden z warunków sukcesu w tym sektorze biznesu – konkluduje M. Pytel. Dodatkowo system daje możliwości wytwarzania odlewów o różnych poziomach elastyczności, operując jedynie ilością dozowanego utwardzacza. – Klienci, którzy wybrali system Resoltecha cenią go ze względu na gwarancję jakości oraz łatwość aplikacji. Dzięki temu produkt trafia w potrzeby zarówno dużych producentów, jak i małych zakładów stolarskich czy rękodzielników. System odlewniczy WWA jest jedną z najlepiej rozwijających się gałęzi produktowych w portfolio Grupy Gazechim, której częścią jest Polytor. W ofercie tzw. kompozytów zaawansowanych (Advanced Composites) znajdziecie Państwo jednak wiele więcej interesujących produktów uznanych na świecie producentów, takich jak: tkane włókna węglowe wysokiej jakości oraz prepregi węglowe i szklane (Hexcel), szyte tkaniny węglowe z przeznaczeniem dla sektora szkutniczego z homologacją DNV-GL (Selcom), żywice epoksydowe – lotnicze i przemysłowe (Hexion), panele sandwich z okładzinami aluminiowymi, węglowymi i szklanymi z rdzeniem Nomex bądź aluminium (I.MA.TEC). Zainteresowanych produktami oraz technologią zachęcamy do kontaktu z Product Managerem działu Advanced, mailowo: m.pytel@polytor.pl lub telefonicznie pod numerem: 665 113 201. artykuł sponsorowany

Polytor Sp. z o.o. ul. Wielki Rów 40B, 87-100 Toruń www.polytor.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

Kleje i uszczelniacze dla profesjonalistów Firma MC Polska oferuje: l KLEJE

METAKRYLOWE; USZCZELNIACZE POLIMEROWE; l KLEJE USZCZELNIACZE POLIURETANOWE; l KLEJE USZCZELNIACZE SILIKONOWE; l KLEJE ANAEROBOWE; l KLEJE CYJANOAKRYLOWE; l KOMPOZYTY NAPRAWCZE METALICZNE I CERAMICZNE; l ODTŁUSZCZACZE SUCHE I EKOLOGICZNE; l ZMYWACZE KLEJÓW I USZCZELNIACZY.

Przebadane m.in. na tych materiałach:

l KLEJE

Przeprowadzone badania: l PN-EN l PN-EN

45545-2+A1 (HL1, HL2, HL3) 1465, DVS 1618

l Tworzywa:

GRP, PC/ABS, Pleksiglas, Staron, Lexan H6500, Kydex 6200; l stal nierdzewna: X2CrNi 12 (1.4003), X5CrNi18-10 (1.4301); l aluminium: EN AW 3004 (PA5), EN AW 5251 (PA2) anodowane; l stal czarna: DC01 (1.0330); l stale cynkowane ogniowo oraz galwanicznie; l panele laminatowe: Krono Compact, Dibond; l stal malowana proszkowo i na mokro.

Producent: MCPOLSKA.PL Sp. z o.o. Sp.K. ul. Wschodnia 5A 62-080 Swadzim k. Poznania tel./fax 61 822 65 61 info@mcpolska.pl www.kleje-kompozyty.pl reklama

www.kleje-kompozyty.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

11


12

materiały kompozytowe

LERG tworzy silną Grupę W rodzimej branży chemicznej spółka LERG S.A. to od wielu lat jeden z czołowych graczy rynkowych. Duży producent żywic syntetycznych, w tym znanych i cenionych żywic poliestrowych Estromal®, żelkotów FlexCoat® czy też ostatniej nowości w ofercie – polioli poliestrowych Rigidol®, od kilku lat stabilnie umacnia swoją pozycję na rynku tworzyw sztucznych m.in. poprzez dywersyfikację portfela branż.

LERG istnieje na rynku od 1937 r. Firma doskonale łączy bogatą tradycję i doświadczenie z innowacyjnością, nowoczesnymi technologiami i najwyższymi standardami jakości. Połączenie jakości i kompleksowej oferty sprawia, że LERG to sprawdzony i ceniony dostawca. Spółka jest laureatem wielu prestiżowych nagród takich jak: „Certyfikat Wiarygodności Biznesowej”, „Perły Polskiej Gospodarki”, „Wybitny Eksporter” czy też „Pracodawca Przyjazny Pracownikom”, a jako jeden z największych pracodawców w regionie odgrywa także istotną rolę w życiu lokalnej społeczności.

W ostatnich latach firma realizuje strategię dywersyfikacji, która ma na celu poszerzenie obszarów działalności w zakresie nowych produktów i rynków zbytu, a co za tym idzie wzmocnienie pozycji tworzonej grupy chemicznej na krajowym i zagranicznym rynku. W ramach rozwoju Grupy Lerg w 2014 r. firma przejęła producenta opakowań giętkich spółkę Marpol S.A. z Ignatek; następnie w roku 2016 Marpol

SA zakupił 100% udziałów spółki GTX HANEX PLASTIC Sp. z o.o. z Dąbrowy Górniczej specjalizującej się w produkcji folii termoformowalnych, preform i butelek PET. W 2019 r. Lerg nabył 100% udziałów w czeskiej spółce MW Chemie s.r.o. i tym samym stał się właścicielem Zakładów Chemicznych Permedia S.A. z Lublina – wytwórcy środków barwiących oraz do-

datków przeznaczonych do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Obecnie finalizowany jest zakup kolejnego przedsiębiorstwa – Zakładów Tworzyw Sztucznych Izo-Erg SA w Gliwicach – producenta laminatów elektroizolacyjnych i konstrukcyjnych oraz materiałów giętkich i izolacji mikowych. Obrana strategia rozwoju czyni grupę stabilnym partnerem biznesowym dla swoich klientów.

artykuł sponsorowany

LERG SA Pustków-Osiedle 59D 39-206 Pustków 3 tel. 14 680 62 11 fax 14 680 63 00 lerg@lerg.pl, www.lerg.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

10. edycja KOMPOZYT-EXPO®

Świętuj z nami 8 i 9 października 2019 branża kompozytowa spotka się w EXPO Kraków. Organizatorzy przygotowali dla zwiedzających bogaty program towarzyszący.

Premierę będzie miał Salon SEAL-BOND, gdzie swoje rozwiązania zaprezentują producenci i dystrybutorzy materiałów i urządzeń do klejenia i uszczelniania. Po raz drugi odbędzie się Salon LAB-CONTROL – uczestniczące firmy zaprezentują akcesoria laboratoryjne, aparaturę analityczną, oprogramowanie, sprzęt optyczny i kontrolno-pomiarowy. W ramach sesji referatowej Nauka dla Przemysłu przewidziane są trzy bloki tematyczne: recykling materiałów kompozytowych, kompozyty polimerowe, kompozyty metalowe i ceramiczne. Tradycją stały się już warsztaty eksperckie, organizowane we współpracy z Polskim Klastrem Technologii Kompozytowych.

reklama

Specjalne miejsce na tegorocznych targach będzie przeznaczone dla oferujących pracę i szukających zatrudnienia. W Strefie Kariery pojawi się szeroka oferta pracy dla pracowników branży przemysłowych, a także okazja do konsultacji z doradcami personalnymi podczas darmowych warsztatów. Firmy maja możliwość zgłaszania swoich ofert pracy poprzez formularz zgłoszeniowy. Strefa Kariery powstaje przy współpracy z HR Wise – firmą doradztwa personalnego specjalizującą się w rekrutacji inżynierów oraz pracowników technicznych na stanowiska niższego i wyższego szczebla dla firm przemysłowych z różnych branż. Ponad 40 firm z tegorocznej puli wystawców to zupełnie nowi gracze w historii targów. Dla zwiedzających organizatorzy przygotowali ułatwienie – po rejestracji na stronie www.kompozyt-expo.pl można pobrać identyfikator, który po wydrukowaniu uprawnia do bezpłatnego wejścia na targi przez 2 dni. Organizatorem Targów KOMPOZYT-EXPO® jest firma Targi w Krakowie Sp. z o.o. Targi odbędą się w dniach 8-9 października 2019 r. w EXPO Kraków.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

13


14

materiały kompozytowe

Zastosowanie podkładów z kompozytów polimerowych w budownictwie infrastrukturalnym

Kompozyty polimerowe w budownictwie infrastrukturalnym HENRYK ZOBEL, THAKAA AL-KHAFAJI, MARCIN WRÓBEL, PIOTR ŻÓŁTOWSKI, BARTŁOMIEJ PAPIS, PAWEŁ SULIK, GRZEGORZ KIMBAR, LESŁAW DEC

Od początku istnienia kolei kluczowym elementem nawierzchni szynowej były podkłady wykonywane z drewna. Potem zaczęto stosować podkłady betonowe oraz stalowe. Rozwój chemii polimerów doprowadził do stworzenia kompozytów składających się włókien (szklanych, węglowych, aramidowych) oraz różnego rodzaju żywic. Z roku na rok zwiększa się ich obszar zastosowań, w tym i w kolejnictwie. Przeprowadzone testy w Japonii i w kilku krajach europejskich wykazały ich dobre właściwości wytrzymałościowe. Kluczowym problemem w aspekcie eksploatacyjnym jest ich odporność na wysokie temperatury. W artykule przedstawiono wyniki badań i analiz przeprowadzonych według indywidualnie opracowanych procedur. Uzyskane rezultaty dowodzą przydatności podkładów kompozytowych w szeroko rozumianych drogach szynowych. Od początku istnienia kolei kluczowym elementem nawierzchni szynowej były podkłady wykonywane tradycyjnie z drewna. W połowie XX wieku zaczęto stosować podkłady betonowe (strunobetonowe) i w rzadkich przypadkach stalowe. Rozwój chemii polimerów doprowadził do stworzenia kompozytów składających się z włókien (szklanych, węglowych, aramidowych) oraz różnego rodzaju żywic. Znalazły one zastosowanie w przemyśle lotniczym, kosmicznym, stoczniowym, a także w budownictwie. Z roku na rok zwiększa się ich obszar zastosowań, w tym i w kolejnictwie, gdzie od lat 80. XX. w pojawiły się podkłady – synthetic (composite polymer) wood sleepers. Z biegiem czasu zaczęto je stosować także na obiektach mostowych i w tunelach. W kolejach japońskich są one

wykorzystywane od 1985 roku. W Europie pierwsza realizacja nastąpiła w Austrii w 2004 roku, a następnie w Niemczech (2007), Holandii (2012), w Wielkiej Brytanii (2014) i Szwajcarii (2014). Pierwsza norma weszła w życie w Japonii (JIS 1203) w 2003 roku. W marcu 2014 roku zaczęto stosować normę ISO 12856-1 pt. „Plastic railway sleepers”.

Własności materiałowe i mechaniczne Podkłady kompozytowe są produkowane metodą pultruzji (rys. 1). Jest to metoda przemysłowa o charakterze ciągłym, pozwalająca uzyskiwać elementy o długości do 12 m. Produkowane podkłady mają następujące wymiary: długość 260 cm,

szerokość 26 cm i różną grubość tj. 10, 12 i 16 cm. Ponadto są wytwarzane inne elementy, pokazane na rys. 2. Kompozyt polimerowy składa się z ciągłych włókien szklanych, które są „zatopione” w żywicy poliuretanowej. Swoje właściwości uzyskują w procesie dojrzewania w temperaturze około 180–200oC. Gęstość tego materiału wynosi średnio około 740 kg/m3. Cechuje się on praktycznie brakiem przewodności elektrycznej i dużą odpornością na oddziaływania chemiczne, np. olej, smary, produkty zanieczyszczające środowisko. Materiał ten nie absorbuje wody. Nie ulega on spękaniu w temperaturze do –20oC. Dane dotyczące najważniejszych właściwości podkładów z drewna i kompozytów przestawiono w tabeli 1. Podkłady z kompozytów polimerowych są stosowane od 30 lat. Obecnie przyjmuje się ich trwałość do 50 lat. Wykres dla podkładów kompozytowych i drewnianych przedstawiający związek między wartością obciążenia a liczbą cykli pokazuje wykres na rys. 3. Z kolei na rys. 4 pokazano zależność między obciążeniem siłą osiową a ugięciem w zależności od grubości podkładu kompozytowego, a na rys. 5 porównano ugięcia podkładów kompozytowych i drewnianych. Obróbka elementów z kompozytów polimerowych jest wykonywana w podobny sposób jak dla drewna. Uzyskiwane tolerancje wykonawcze wynoszą 1 mm.

Odporność podkładów z kompozytów polimerowych na wysokie temperatury

Rys. 1. Schemat produkcji podkładów metodą pultruzji

Ważnym problemem w aspekcie eksploatacyjnym jest odporność na wysokie temperatury. Motywacją do podjęcia się zbadania tej własności była przewidywana wymiana drewnianego torowiska tramwajowego na moście Gdańskim w Warszawie. Poniżej przedstawiono wyniki badań

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

Rys. 2. Różne rodzaje produkowanych elementów [9]

Rys. 3. Związek obciążenie – liczba cykli dla podkładów kompozytowych i drewnianych w odniesieniu do przyjętej trwałości równej 50 lat na Shinkansen HSL [9]

Rys. 4. Zależność między obciążeniem siłą osiową a ugięciem w zależności od grubości podkładu kompozytowego [9]

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Podkłady z kompozytów polimerowych Nowe 10-letnie 15-letnie 740 740 740 14,2 12,5 13,1 810 800 816 5,8 6,6 6,3 1,0 0,95 0,96 2,8 2,5 2,7 41 41 3,3 1,6 x 1013 2,1 x 1012 3,6 x 1012 1,4 x 108 5,9 x 1010 1,p x 109 28 28 23 65 -

podkładów z kompozytów polimerowych, przeprowadzonych według indywidualnych, specjalnie opracowanych procedur, uwzględniających fakt ewentualnego ich zainstalowania na ww obiekcie [6] i [8]. Na wstępie przeprowadzono ocenę ryzyka zagrożenia pożarowego określając [7]: l miejsca występowania materiałów palnych; l potencjalne źródła zapalenia; l potencjalne drogi rozprzestrzeniania się ognia; l możliwości tworzenia mieszanin wybuchowych, dotyczące substancji posiadających takie właściwości. Na potrzeby określenia bezpieczeństwa pożarowego torowiska tramwajowego zainstalowanego na dolnym pomoście mostu Gdańskiego wykonano uproszczoną analizę zagrożeń, biorąc pod uwagę: l spełnienie obowiązujących przepisów, l przeznaczenie analizowanej części mostu; l położenie torowiska oraz jego budowę; l obecność instalacji technicznych; l statystyki pożarów taborów tramwajowych; l zagrożenia zewnętrzne, w tym akty terroru; l istniejącą dokumentację techniczną; l drogi rozprzestrzeniania się pożaru; l warunki do prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych. Rozważano możliwe scenariusze, które w konsekwencji mogłyby doprowadzić do zapalenia się drewnianej części torowiska. W wyniku przeprowadzonej analizy zagrożeń wytypowano trzy reprezentatywne zdarzenia charakteryzujące się ryzykiem, które wymaga podjęcia dodatkowych środków zabezpieczenia i/lub ochrony. Są to następujące zdarzenia: 1. Pożar tramwaju. W wyniku intensywnego pożaru tramwaju może dojść do zapalenia się torowiska i rozprzestrzenienia się pożaru po mostownicach oraz

t

Tabela 1. Właściwości materiałowe podkładów z drewna i kompozytów polimerowych [9] Podkłady Włściwości Jednostka drewniane 750 Gęstość kg/m3 8 Wytrzymałosć na zginanie kg/cm3 3 710 Moduł sprężystości kg/cm 4,0 Wytrzymałość na ściskanie kg/cm3 1,2 Wytrzymałość na ścinanie kg/cm3 1,7 Twardość kg/cm3 J/cm2 20 +20oC Odporność na uderzenia J/cm2 8 –20oC 137 Współczynnik absorpcji mg/cm2 sucho Ω 6,6 x 107 Współczynnki izolacyjności elektrycznej wilgotno Ω 5,9 x 104 Siła wyrwania haka szynowego kN 25 Siła wyrwania wkrętu kolejowego kN 43

15


16

materiały kompozytowe

krawędziakach wypełniających przestrzeń między szynami. 2. Celowe podpalenie torowiska. Możliwe jest podpalenie torowiska na dużej powierzchni, np. poprzez rozlanie palnej substancji i jej podpalenie, w wyniku czego dojdzie do pożaru znacznej powierzchni torowiska. W tym przypadku należy też rozważyć podpalenie w wielu miejscach. 3. Duże ognisko lub pożar składowanych materiałów palnych pod Wiaduktem Helskim z powodu małej odległości do konstrukcji od ziemi wynoszącej ok. 6 m, co może grozić przeniesieniem się ognia. Konstrukcja mostu Gdańskiego i jej nośność uniemożliwiają zastosowanie podkładów (mostownic) betonowych i stalowych. Ponieważ wykluczono powtórne zastosowanie elementów z drewna naturalnego, rozważono możliwość zainstalowania podkładów (mostownic) z kompozytów polimerowych. Warunkiem koniecznym, aczkolwiek niedostatecznym, jest zbadanie ich odporności ogniowej. Przyjęto założenie, że zastosowane podkłady powinny spełniać wymagania klasy B reakcji na ogień [7]. Badania wykonano na modelu rzeczywistym, przy czym w miejsce istniejących mostownic drewnianych zainstalowano mostownice o oznaczeniu Eslon neo lumber FFU 74 produkowane i dostarczane przez firmę Sekisui Chemical GmbH. Są one wykonane z włókiem szklanych połączonych ze sobą żywicą poliuretanową i pomalowane lakierem ochronnym. W przekroju poprzecznym podkłady kolejowe mają wymiary 260 mm na 160 mm. Masa podkładu kolejowego wynosi około 30 kg/m. Gęstość materiału, z którego wykonane są podkłady wynosi około 720 kg/m3. Wygląd rzeczywisty podkładu wraz z przekrojem pokazano na rys. 6. Na potrzeby badań został przygotowany fragment rzeczywistego torowiska w skali naturalnej z podkładami. Przygotowana próbka do badań miała długość 2900 mm, a jej szerokość wynosiła 2500 mm. Rozstaw szyn był standardowy dla obiektów kolejowych i wynosił 1435 mm. W próbce torowiska zastosowano pięć podkładów kompozytowych, a odległość pomiędzy podkładami wynosiła 390 mm. Ponieważ oceniane torowisko znajduje się na moście, element konstrukcji mostu wykonano z profili dwuteowych pomalowanych farbą ochronną do stali. Podkłady przykręcono do konstrukcji z profili dwuteowych. Szyny zamocowane zostały do podkładów zgodnie z rzeczywistym rozstawem. Pomiędzy szynami i na krawędziach bocznych torowiska umieszczono kraty pomostowe umożliwiające poruszanie się po torowisku. Torowisko w całości

Rys. 5. Porównanie ugięć podkładów kompozytowych i drewnianych [9]

Rys. 6. Podkład kolejowy (mostownica) z kompozytów polimerowych

Rys. 7. Model do badań torowiska z podkładami kompozytowymi

wykonano z elementów stalowych (rama, kraty pomostowe, szyny elementy mocujące – śruby nakrętki i podkładki). Elementy wykonane ze stali są uważane za elementy o klasie reakcji na ogień A1 wg [7] bez konieczności wykonywania badań. Rama torowiska została pomalowana farbą ochronną. Na rys. 7 pokazano przygotowany do badań model.

Na potrzeby badań przewidziano dwa scenariusze pożarowe. W pierwszym przypadku rozważano pożar, gdzie źródło ognia znajdowało się na kracie pomostowej nad podkładem. Położenie źródła ognia w pierwszym przyjętym scenariuszu pożarowym pokazano na rys. 8. W drugim przyjętym scenariuszu pożarowym źródło ognia znajdowało się pod podkładami tak, że ogień oddziaływał bez-

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

Rys. 8. Położenie źródła ognia w pierwszym scenariuszu pożarowym

Rys. 9. Położenie źródła ognia w drugim scenariuszu pożarowym

17

pośrednio na znajdujący się nad źródłem ognia podkład. Położenie źródła w drugim scenariuszu pożarowym pokazano na rys. 9. Jako źródło ognia przyjęto stosowany standardowo w badaniach odporności ogniowej stos 20 kg drewna sosnowego, składający się z beleczek o przekroju 40 x 40 mm i długości 300 mm oraz 600 mm (rys. 8, 9 10 i 12). W przypadku scenariusza I (rys. 10 i 11) drewno rozłożono równomiernie na kracie pomostowej pomiędzy szynami nad podkładem nr 1, zaś w scenariuszu 2 źródło ognia ustawiono na metalowym stojaku 120 mm nad podłogą laboratorium. Odległość pomiędzy górną powierzchnią źródła a dolną powierzchnią podkładu wynosiła około 500 mm. Do podpalenia stosu w obu scenariuszach pożarowych użyto 500 ml alkoholu etylowego. W trakcie badania, aby jak najdokładniej odzwierciedlić warunki panujące na moście, włączono wentylator i regulując obroty tak, że prędkość powietrza w okolicach źródła ognia była w przedziale od 0 do 4 m/s, symulowano wpływ wiatru na ewentualne rozprzestrzenianie płomieni na pozostałe podkłady. Na podkładzie znajdującym się bezpośrednio za podkładem, na który działało źródło ognia umieszczono termopary

Rys. 12. Położenie źródła ognia (scenariusz II)

Rys. 11. Schemat rozkładu termopar na podkładzie w scenariuszu I

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

t

Rys. 10. Położenie źródła ognia (scenariusz I)


18

materiały kompozytowe

mierzące temperaturę na powierzchniach podkładu. Łącznie do pomiaru użyto 8 termopar. Trzy z nich mierzyły temperaturę na powierzchni bocznej podkładu naprzeciw źródła ognia, trzy na powierzchni dolnej podkładu oraz dwie termopary na powierzchni górnej podkładu pod kratą pomostową. Rozkład termopar w realizacji scenariusza I pokazano na rys. 11. W przypadku scenariusza II (rys. 12 i 13), gdzie źródło ognia znajdowało się pod torowiskiem, termopary umieszczono w taki sam sposób na podkładzie znajdującym się za podkładem, na który oddziaływał ogień, w kierunku którego kierowany był nadmuch powietrza. Schemat pokazano na rysunku 13. W przypadku obu scenariuszy pożarowych czas trwania badania wynosił 30 minut. W całym okresie badania mierzona była temperatura na sąsiednich podkładach oraz obserwowane było zachowanie podkładu, na który bezpośrednio oddziaływał ogień, oraz rozprzestrzenianie ognia na podkłady sąsiednie. Badanie I – scenariusz I Na wykresach na rys. 15 przedstawiono przebiegi temperatury na poszczególnych powierzchniach podkładu sąsiedniego.

Rys.13. Schemat rozkładu termopar na podkładzie w scenariuszu II

Rys. 14. Palenie się podkładu pod źródłem ognia na całej długości pomiędzy szynami

Rys. 16. Zapalenie źródła ognia (scenariusz II)

Rys. 15. Wykresy obrazujące zmiany temperatury podkładu w trakcie pożaru wg scenariusza I

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


Badanie II – scenariusz II Na wykresach na rys. 17 przedstawiono przebiegi temperatury na poszczególnych powierzchniach podkładu lewego. Elementami palnymi torowiska były podkłady kolejowe, które były głównym elementem oceny oraz podkładki z tworzywa umieszczone pomiędzy pokładami a ramą torowiska w miejscu mocowania. W trakcie badań elementy kompozytowe umieszczone w miejscach mocowania podkładów do ramy nie uległy jakiemukolwiek uszkodzeniu na skutek działania ognia. Jedynymi elementami uszkodzonymi były podkłady. Uszkodzenia te znajdowały się głównie w obrębie działania ognia i można je ocenić jako zniszczenia o charakterze powierzchniowym. Po przeprowadzonych badaniach dokonano oceny zniszczeń spowodowanych działaniem źródeł ognia na elementach torowiska. Podkłady, które w trakcie badania były poddane bezpośredniemu działaniu źródeł ognia oraz podkłady, które uległy uszkodzeniu w skutek działania płomieni w trakcie badania, przecięto w celu oceny głębokości penetracji ognia w głąb materiału. Główne i największe zniszczenia obejmują podkłady torowiska narażone bezpośrednio na działanie źródeł ognia (podkłady oznaczone nr 1 i 3). W badaniu wg scenariusza I jest to podkład zewnętrzny (oznaczony nr 1), na którym ułożony był stos drewna. Zniszczenia obejmują powierzchnię górną w obszarze pomiędzy szynami. Powierzchnia boczna podkładu sąsiedniego (oznaczony nr 2) wystawiona na działanie promieniowania i płomieni zdmuchiwanych przez nadmuch wentylatora nie została uszkodzona. Podkład środkowy (oznaczony nr 3) poddany działaniu źródła ognia w badaniu

Rys. 17. Wykresy obrazujące zmiany temperatury podkładu w trakcie pożaru wg scenariusza II reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

19

t

materiały kompozytowe


20

materiały kompozytowe

wg scenariusza II jest zniszczony w miejscu oddziaływania ognia na powierzchni dolnej na całej długości pomiędzy szynami oraz na powierzchni górnej symetrycznie w obszarze około 300 mm, licząc od środka podkładu. Podkład nr 4 (sąsiadujący) uszkodzony jest na powierzchni bocznej od strony działania źródła ognia w badaniu wg scenariusza II. Uszkodzenia te pochodzą od promieniowania cieplnego w pierwszej fazie badania, kiedy nie było nadmuchu powietrza. Zasięg zniszczeń szacuje się na około 400 mm symetrycznie od środka podkładu. W badaniu wg scenariusza II uszkodzeniu uległ również podkład oznaczony nr 2, a ściślej jego powierzchnia boczna narażona bezpośrednio na działanie promieniowania i płomieni po włączeniu nadmuchu powietrza. Zniszczenia obejmują obszar około 500 mm symetrycznie od środka podkładu. Uszkodzeniu nie uległy elementy metalowe torowiska, wykonane z profili dwuteowych. Farba ochronna, którą pokryte były te elementy nie nosiła śladów uszkodzeń. Uszkodzeniu (odkształceniu termicznemu) uległy kraty pomostowe ułożone pomiędzy szynami, ale tylko w miejscu działania źródeł ognia w poszczególnych badaniach. Dokonano także oceny podkładów po ich przecięciu. Przecięto je po środku, w miejscu, gdzie zniszczenia były największe i w kolejnych miejscach symetrycznie co

200 mm, licząc od środka podkładu. Jedynie podkład nr 4 przecięto tylko w połowie ze względu na niewielki zasięg zniszczeń. Oględziny wnętrza elementów poddanych bezpośredniemu działaniu ognia wskazują, że w podkładach nie nastąpiła penetracja ognia do wewnątrz materiału, co mogłoby znacząco uszkodzić podkłady. Zniszczenia do wewnątrz materiału, występują do głębokości około 2–3 cm, licząc od zewnętrznej powierzchni podkładu. Nie zaobserwowano również samoistnego rozprzestrzeniania płomieni po podkładach. Uszkodzeniu uległy tylko podkłady sąsiadujące bezpośrednio z podkładami narażonymi na źródło ognia na skutek rozprzestrzeniania płomieni pod wpływem nadmuchu powietrza, co w rzeczywistych warunkach będzie odpowiadać powiewom wiatru. Należy jednak zauważyć, że nadmuch powietrza nie powodował rozprzestrzeniania ognia z zapalonych sąsiednich podkładów dalej na inne elementy. Prowadzi to do wniosku, że rozprzestrzenianie ognia następowało nie z podkładu na podkład, a jedynie było powodem zmiany miejsca odziaływania płomieni pochodzących ze źródła ognia. W trakcie badania wg scenariusza II po włączeniu wentylatora nadmuchowego, płomienie ze źródła ognia pod podkładem nr 3 zostały skierowane w stronę podkładu nr 2, powodując jego zapalenie, jednocześ-

Rys. 18. Podkład nr 1 narażony bezpośrednio na działanie ognia po badaniu wg scenariusza I

Rys. 19. Podkład nr 3 narażony bezpośrednio na działanie ognia w badaniu wg scenariusza II (powierzchnia dolna podkładu)

Rys. 20. Podkład nr 3 narażony bezpośrednio na działanie ognia w badaniu wg scenariusza II (powierzchnia górna podkładu)

nie zmniejszyło się oddziaływanie płomieni na podkład nr 3, na którym zaobserwowano ustawanie palenia. Przyjęty w badaniu wg scenariusza I pożar jest bardzo prawdopodobny, jednakże w tym badaniu uszkodzeniu uległ tylko podkład bezpośrednio narażony na działanie ognia, a płomienie nawet pod wpływem nadmuchu nie przeniosły się na podkład sąsiedni. Zniszczenia miały charakter powierzchniowy, zaś degradacja materiału podkładu nie była większa niż 2,5 cm w głąb. Zanotowana w trakcie badania temperatura na powierzchni bocznej podkładu nr 2 osiągnęła wartość maksymalną około 220°C, jednak nie była to temperatura na tyle wysoka, aby spowodować zapalenie powierzchni podkładu. Generalnie można stwierdzić, że wysoka temperatura nie wpływa na pogorszenie warunków bezpieczeństwa pożarowego.

Modele obciążeń pożarowych Badania laboratoryjne mają z natury rzeczy charakter jednostkowy, a na uzyskiwane wyniki ma wpływ efekt skali. Dlatego wskazane jest stworzenie modelu analitycznego i numerycznego pożaru. Poniżej zaproponowano dwa modele odpowiadające w przybliżeniu opisywanym w rozdziale 3 scenariuszom [1, 2, 3, 5]. Pożar wywołany zapaleniem się substancji pod mostem Głównym źródłem ciepła w omawianym przypadku pożaru jest przede wszystkim promieniowanie cieplne. Wśród wielu parametrów wpływających na efekt tego oddziaływania trzy grupy pełnią zasadniczą rolę: l charakterystyki geometryczne pożaru (rozmiar pożaru oraz intensywność spalania substancji palnej); l własności promieniowania pożaru (zależne od rodzaju spalanego materiału oraz temperatury płomienia); l wielkość promieniowania uzależniona od lokalizacji obiektu względem źródła ognia (ma na nią wpływ geometria przekroju obiektu, warunki klimatyczne takie jak wiatr, temperatura otoczenia itp.). Takie założenia powodują, że przyjętym modelem „otwartego ognia” jest walec, o pionowej, w warunkach bezwietrznych, osi. Średnicę walca wyznacza widoczny płomień. Należy nadmienić, że gazy, które spalając się nie wytwarzają płomienia, nie promieniują również ciepła. W rzeczywistości, ilość ciepła, która dociera do konstrukcji jest jedynie ułamkiem wielkości wyznaczonej na podstawie powyższych założeń, zależnym przede wszystkim od wielkości absorpcji przez atmosferę oraz odległości płomienia od obiektu.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


21

materiały kompozytowe

(1) gdzie: m’ – ciepło spalania; dla węglowodorów m’ = 0,06 – 0,08 kg · m-2 · s-1; ρa – średnia gęstość powietrza równa1,25 kg/ m3; g – przyśpieszenie ziemskie równe 9,81 m/s2; D – średnica walca (średnica ognia) [m]; H – wysokość walca (wysokość widocznego płomienia) [m]. Moc ognia, uzależniona od średnicy rozżarzonego walca zawierającego spalaną substancję, wyraża zależność (2): Ef = Em · e–s · D + Es · (1 – e–s · D)

(2)

gdzie: Em – maksymalna moc ognia; dla węglowodorów Em = 140 kW/m2; Es – moc dymu; dla węglowodorów Es = 20 kW/m2; s – współczynnik doświadczalny; s = 0,119 W tabeli 2 przedstawiono przykładowe wartości wysokości płomienia H oraz mocy ognia Ef wyliczone z zależności (1) oraz (2) dla założonych wartości średnicy ognia D równej szerokości barki, na której wybuchł pożar. W tabeli 2 widać, że nawet dla bardzo niewielkiej średnicy ognia, równej 5 m, wysokość strumienia ognia wynosi 9 m, a moc ognia, który by wręcz dotykał spodu mostu, wynosi 86 kW/m2. Pożar wywołany zapaleniem się taboru poruszającego się po moście W rozpatrywanym przypadku zapalenia się pojazdu przewożącego materiał łatwopalny (benzynę, olej napędowy), nie można poprzestać jedynie na przekazywaniu ciepła przez promieniowanie. W sytuacjach, kiedy substancja łatwopalna rozleje się na pomost, zasadniczą rolę zaczyna odgrywać przewodzenie [2, 8]. Równanie zachowania energii opisujące zasadę przepływu ciepła w trakcie pożaru przybiera następującą postać (3): m· ’’ · h ’’ = q· ’’ + q· ’’ – q· ’’ – q· ’’ (3) c

r

c

rr

misc

gdzie: m” – utrata masy na jednostkę powierzchni, czyli ciepło spalania [kg · m-2 · s];

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

hg – całkowite ciepło potrzebne na przemianę materii w stan gazowy [kJ/kg]; q· r ’’ – strumień promieniowania pochłaniany przez walec [kW/m2]; q· c’’ – ciepło generowane w wyniku konwekcji [kW/m2]; q· rr’’ – ciepło „odpromieniowania” spowodowane tym, że powierzchnia walca znajduje się w podwyższonej temperaturze [kW/m2]; q· misc’’ – różnego rodzaju straty ciepła [kW/m2]. Określenie wartości q· misc’’ jest zazwyczaj niemożliwe, a wartość q· rr’’ jest zazwyczaj bardzo niewielka, zatem oba te składniki mogą być pomijane w obliczeniach. Wyróżnia się dwa rodzaje spalania: l spalanie z przewagą promieniowania, dla dużych średnic D; l spalanie z przewagą unoszenia, dla małych średnic D. Klasyfikację pożarów w zależności od średnicy umownego walca przedstawiono w tabeli 3. Kontynuując rozważania dla dużych średnic D w celu określenia ilości ciepła wydzielanego podczas spalania, zaleca się stosowanie równań (4) oraz (5) [1]: (4)

(5)

Tabela 2. Zależność mocy ognia od średnicy i wysokości walca D [m] H [m] Ef [kW/m2] 1 2 127 2 4 115 3 6 104 4 7 95 5 9 86 6 11 79 7 12 72 8 14 66 9 15 61 10 17 57

gdzie: , k, hc – wielkości zamieszczone w odpowiednich tabelach; A – powierzchnia spalanej substancji [m2]. Następnie przeprowadzono obliczenia przy założeniu, że pożar został wywołany przez olej opałowy lub przez benzynę. Analizowano warianty pożaru w zależności od średnicy umownego walca, zmieniającej się od 1 m do 6 m, a rezultaty przedstawiono w tabeli 4. Symulacje pożaru mostu przeprowadzono przy wykorzystaniu profesjonalnego pakietu programów do obliczeń konstrukcji z wykorzystaniem metody elementów skończonych – FLUENT. Analizy numeryczne wykazały akceptowalną zgodność z wynikami pomiarów prowadzonych w trakcie badań laboratoryjnych.

Obszary zastosowań podkładów z kompozytów polimerowych Podkłady wykonane z kompozytów polimerowych powoli obejmują coraz większy zakres zastosowań. Mogą być one instalowane na szlaku (rys. 21), na rozjazdach (rys. 22), w tunelach (rys. 23) i na mostach (rys. 24). Tabela 3. Typy spalania w zależności od średnicy walca Średnica D [m]

Typ spalania

<0,05

unoszenie, przepływ laminarny

0,05–0,20

unoszenie, przepływ burzliwy (turbulentny)

0,20–1,00

promieniowanie, płomień optycznie „cienki”

>1,00

promieniowanie, płomień optycznie „gruby”

Tabela 4. Ciepło wytworzone podczas spalania w zależności od substancji i średnicy walca q m’’∞ k D m’’ hc Benzyna 0,048 3,6 1 0,047 44,7 2,0870 2 0,048 2,1440 3 0,048 2,1456 4 0,048 2,1456 5 0,048 2,1456 6 0,048 2,1456 Olej 0,035 1,7 1 0,029 39,7 1,1357 opałowy 2 0,034 1,3431 3 0,035 1,3810 4 0,035 1,3880 5 0,035 1,3892 6 0,035 1,3894 m”∞ – strata masy spalanej substancji dla średnicy spalania dążącej do nieskończoności; dla benzyny = 0,048 [kg·m-2·s], dla oleju opałowego =0,035 [kg·m-2·s] k – współczynniki korekcyjne [m-1] D – średnica spalanej substancji [m] m” – strata masy spalanej substancji dla średnicy spalania równej D [m] hc – najniższe ciepło spalania [kJ/kg] q – ciepło wytworzone w wyniku spalania [kW/m2]

t

Otwarty pożar przedstawiany w formie płonącego, rozżarzonego walca określany jest za pomocą dwóch parametrów: wysokości i średnicy podstawy. Podstawowym problemem z punktu widzenia ochrony przeciwpożarowej lub – tak jak w tym przypadku – wpływem ognia na zachowanie się konstrukcji, najważniejsze jest znalezienie odpowiedzi na dwa pytania: l Jak szybko spala się dana substancja, a co za tym idzie jak długo będzie trwał pożar? l Jaki jest rozkład temperatur oraz strumienia ciepła oddziałującego na rozpatrywaną konstrukcję? Zależność między średnicą walca a wysokością walca przedstawia wzór (1):


22

materiały kompozytowe

a. Na szlaku

Rys. 21. Podkłady z kompozytów polimerowych zainstalowane na szlaku [9]

b. Na rozjazdach

Rys. 22. Podkłady z kompozytów polimerowych zainstalowane na rozjazdach [9]

Poniżej przedstawiono propozycje zainstalowania mostownic kompozytowych na moście Gdańskim w Warszawie (rys. 25 i 26) [8]. Jest to obiekt dwupoziomowy. Most ma dwa pomosty: górny – drogowy i dolny – tramwajowy. Jest to kratownicowa belka ciągła, sześcioprzęsłowa, o pasach równoległych. Rozpiętość przęseł wynosi 66,81 + 4 x 67,59 + 66,36 = 403,53 m. Rozstaw dźwigarów głównych równy jest 7,6 m, a ich wysokość wynosi 6,5 m. Na pomoście górnym znajduje się 4-pasmowa jezdnia dla ruchu kołowego o szerokości 4 x 3,50 = 14 m oraz dwa chodniki dla pieszych o szerokości po 1,5 m każdy. Łączna szerokość górnego pomostu wynosi 17 m. Główny ustrój nośny mostu stanowią dwa dźwigary stalowe kratownicowe o konstrukcji nitowanej i dwa stalowe ruszty pomostów spawano – nitowane. Pomost górny składa się z rusztu stalowego, w którym poprzecznice stanowią element główny, oraz położonej na nim ciągłej płyty żelbetowej o grubości 18 cm, wykonanej z betonu klasy C30/37. Płyta podchodnikowa ma grubość 14 cm i wykonana jest z tej samej klasy betonu. Zbrojenie płyty żelbetowej wykonano z prętów ze stali A-II o średnicy 12 mm. Na pomoście dolnym znajdują się dwa tory tramwajowe o szerokości po 4,0 m każdy oraz dwa chodniki po 2,45 m każdy. Całkowita szerokość pomostu dolnego wynosi 12,90 m.

Konstrukcję torowiska tworzą spawane belki poprzeczne wykonane ze stali St 37, o wysokości 1186 mm i o rozpiętości 7,6 m, rozmieszczone co 5,632 m. W płaszczyźnie górnego pasa poprzecznic umieszczono podłużnice (I 360) wykonane ze stali St 37, o rozpiętości 5,36 m, w rozstawie 1,8 m. Między belkami podłużnymi umieszczono tężniki. Na belkach podłużnych spoczywają mostownice sosnowe o przekroju 22 x 24 cm, zacięte nad belkami na głębokość 2 cm i połączone z nimi za pomocą śrub. Rozpiętość mostownic wynosi 1,8 m, a rozstaw 0,7 m. Do podkładek ułożonych na mostownicach przymocowane są szyny tramwajowe o stykach spawanych. Na mostownicach pomiędzy szynami i na zewnątrz nich są położone bale o grubości 5 cm umożliwiające przyjazd samochodu pogotowia technicznego. Ze względu na wymogi ochrony przeciwpożarowej postanowiono zamienić torowisko z mostownicami drewnianymi na torowisko z mostownicami kompozytowymi (rys. 27). Podbudowę torowiska stanowi stalowa konstrukcja mostu, a przede wszystkim podłużnice I 360. Natomiast nawierzchnia torowa powinna składać się z: a) szyn rowkowych o profilu 60R2: – szyny rowkowe o profilu 60R2 ze stali R260 wg PN EN 14811;

c. W tunelach

Rys. 25. Widok mostu Gdańskiego

Rys. 26. Torowisko na podkładach drewnianych na pomoście dolnym

Rys. 23. Torowisko z podkładami z kompozytów polimerowych zainstalowane w tunelu metra [9]

d. Na mostach

Rys. 24. Torowisko z mostownicami z kompozytów polimerowych zainstalowane na moście [9]

Rys. 27. Torowisko na podkładach kompozytowych na pomoście dolnym [8]

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe – minimalna długość wbudowania pojedynczych odcinków szyn rowkowych L = 12 m; b) mostownic kompozytowych o rozstawie nie większym niż 75 cm; c) zabudowy z krat pomostowych lub desek kompozytowych; d) systemu sprężystego mocowania szyn. Ponadto przewidziano: e) nośność umożliwiająca wjazd pojazdu specjalnego Tramwajów Warszawskich (10 ton na oś); f ) zabezpieczenie antykorozyjne za pomocą ocynkowania; g) zabezpieczenie przed demontażem; h) wyposażenie kratek pomostowych; powinny być wyposażone w system montażu redukujący hałas (podkładki sprężyste); i) zabudowę torowiska można wykonać alternatywnie z desek kompozytowych, układanych w miejscu krat stalowych.

Podsumowanie i wnioski Rezultaty badań wykonanych przez producenta oraz przeprowadzonych przez autorów artykułu dowodzą przydatności podkładów z kompozytów polimerowych w szeroko rozumianych drogach szynowych. Potwierdzeniem tego są coraz liczniejsze zastosowania w wielu krajach.

Odnotowane w trakcie badań uszkodzenia podkładów kompozytowych mają charakter powierzchniowy, a materiał konstrukcyjny zachowuje właściwości fizykomechaniczne na poziomie przed pożarem.

Literatura [1]V. Babrauskas: Pool fires: burning rates and heat fluxes, Fire modeling and analysis, Section 21, Chapter 6. [2] T.T. Lie: Structural fire protection. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 78, New York 1992. [3] H. Zobel, A. Golubińska: Pożary Mostów. Drogownictwo 5/2002. s.142-148. [4] H. Zobel, A. Golubińska: Pożary Mostów. Studia i Materiały Instytutu Badawczego Dróg i Mostów. Zeszyt 52, Warszawa 2000. s. 73. [5] H. Zobel, P. Mossakowski: Określenie stopnia zagrożenia wywołanego pożarem konstrukcji mostu podwieszonego w ciągu Autostradowej Obwodnicy Wrocławia (A8) przez rzekę Odrę. Inżynieria i Budownictwo 2/2012. s. 75-79. [6] Opinia techniczna dotycząca oceny w zakresie bezpieczeństwa pożarowego torowiska na drogowo-tramwajowym moście Gdańskim w Warszawie z zastosowaniem podkładów kolejowych Eslon neo lumber

FFU 74 firmy Sekisui Chemical GmbH nr 1148/17/Z00NZP. 2017. [7] Analiza bezpieczeństwa pożarowego mostu Gdańskiego w Warszawie – opracowanie firmy Protect Sp. J. 2016. [8] Projekt wymiany nawierzchni tramwajowej na moście Gdańskim w Warszawie. Yellow Line Engineering. 2016. [9] Materiały informacyjne firmy Sekisui Chemical GmbH. Artykuł został opublikowany w Zeszytach Naukowo-Technicznych SITK RP, Oddział w Krakowie: Seria Materiały Konferencyjne Nr 1 (112)/2017 na str. 197-221. ISSN 1231 – 9155.

prof. dr hab. inż. Henryk Zobel dr inż. Thakaa Al-Khafaji mgr inż. Marcin Wróbel mgr inż. Piotr Żółtowski Politechnika Warszawska Al. Armii Ludowej 16 00-637 Warszawa dr inż. Bartłomiej Papis dr inż. Paweł Sulik dr inż. Grzegorz Kimbar Instytut Techniki Budowlanej ul. Filtrowa 1, 00-611 Warszawa mgr inż.Lesław Dec Protect S.j. ul. Rudnickiego 3A 01-858 Warszawa

reklama

reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

23


24

materiały kompozytowe

Kompozyty polimerowe z odnawialnymi napełniaczami lignocelulozowymi ALEKSANDRA GRZĄBKA-ZASADZIŃSKA, SŁAWOMIR BORYSIAK

W niniejszej pracy przedstawiono badania dotyczące kompozytów polimerowych z napełniaczami lignocelulozowymi. Jako matryce polimerowe zastosowano polipropylen, polilaktyd oraz chitozan, natomiast włókna lniane, mikrometryczną i nanometryczną celulozę wykorzystano w roli napełniaczy. Przed wprowadzeniem do osnowy polimerowej materiały te poddano modyfikacji – fizycznej i/lub chemicznej. Otrzymano również nowatorski napełniacz hybrydowy. Metodą szerokokątowej dyfraktometrii rentgenowskiej określono wpływ procesów modyfikacji na strukturę nadcząsteczkową badanych napełniaczy. Mając na uwadze potencjalne zastosowania otrzymanych materiałów kompozytowych, przeprowadzono także badania wytrzymałościowe, pozwalające na określenie efektywności procesu modyfikacji napełniaczy.

Kompozyty polimerów z napełniaczami lignocelulozowymi wzbudzają w ostatnich latach szczególną uwagę nie tylko ośrodków naukowych, ale również przemysłu. Duże zainteresowanie takimi materiałami wynika z interesujących i specyficznych właściwości napełniaczy odnawialnych, które mogą być alternatywą dla innych, powszechnie stosowanych napełniaczy, np. włókna węglowe, włókna szklane, krzemionka, talk i inne [1]. Jako matrycę polimerową stosuje się polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polistyren, a także materiały biodegradowalne, np. polilaktyd i chitozan. Opracowanie procesu wytwarzania materiałów kompozytowych składających się z materiałów lignocelulozowych i polimerów inżynierskich wymaga przeanalizowania szeregu zagadnień takich jak: trwałość termiczna składników naturalnych, optymalizacja parametrów przetwórczych, rodzaj napełniacza lignocelulozowego, topografia powierzchni napełniacza, aktywność nukleacyjna składników kompozytu. Jednakże kluczowym problemem dotyczącym wytwarzania materiałów kompozytowych jest uzyskanie dobrej adhezji międzyfazowej pomiędzy matrycą polimerową a napełniaczem lignocelulozowym [2]. Brak dobrej adhezji odpowiada za tworzenie agregatów i w konsekwencji za słabą dyspersję napełniacza w matrycy polimerowej. W celu poprawy adhezji międzyfazowej konieczne jest stosowanie modyfikacji chemicznej napełniaczy celulozowych [3, 4], modyfikacji fizycznej

[5] lub dodatku kompatybilizatorów [6]. Studia literaturowe wykazały jednak sporo kontrowersji – nie każda modyfikacja napełniacza powoduje poprawę właściwości mechanicznych materiałów kompozytowych [7]. Opracowanie technologii otrzymywania materiałów kompozytowych wymaga uwzględnienia etapu związanego z doborem właściwej metody modyfikacji. Ten istotny etap powinien obejmować analizę topografii i aktywności nukleacyjnej napełniaczy, która ulega zmianom w wyniku zachodzących procesów usuwania ligniny, składników niskocząsteczkowych, a także przebiegu defibrylacji, co w konsekwencji wpływa na właściwości mechaniczne [8]. Innym ważnym aspektem jest polimorfizm celulozy [9]. Napełniacze zawierające różne odmiany polimorficzne celulozy, głównie celuloza I oraz celuloza II, charakteryzują się odmienną strukturą nadmolekularną oraz budową anatomiczną. Potwierdzono, że napełniacze lignocelulozowe o różnych odmianach polimorficznych wpływają istotnie na cechy wytrzymałościowe kompozytów z matrycą polipropylenową [8, 10]. Czynnikiem decydującym o właściwościach makroskopowych materiałów kompozytowych jest rozmiar cząstek napełniacza. Szczególnie interesującym jest wprowadzenie do matrycy polimerowej napełniaczy celulozowych o rozmiarach nanometrycznych. Kompozyty zawierające niewielką ilość nanometrycznej celulozy charakteryzują się uzyskaniem dużych

wartości naprężeń przy zerwaniu, modułów Younga oraz stosunkowo dużych wydłużeń, co nie jest możliwe przy zastosowaniu napełniaczy o rozmiarze mikrometrycznym [11]. W ostatnich latach duże zainteresowanie wywołują napełniacze hybrydowe zbudowane ze składników organicznych oraz nieorganicznych [12]. Taka budowa zapewnia otrzymanie układów o funkcjonalnych właściwościach, np. przewodzących, barierowych, uniepalniających, biobójczych itp. [13]. Celem niniejszej pracy było przeprowadzenie trzech wariantów modyfikacji napełniaczy celulozowych z zastosowaniem różnych matryc polimerowych (klasycznych oraz biodegradowalnych) i ocena właściwości mechanicznych otrzymanych kompozytów. W badaniach zastosowano modyfikację chemiczną i modyfikację fizyczną napełniacza celulozowego oraz przeprowadzono nowatorską modyfikację polegającą na połączeniu napełniacza celulozowego z krzemianem warstwowym, czego efektem było otrzymanie układu hybrydowego.

Część doświadczalna Surowce Zastosowane matryce polimerowe to: polipropylen (PP) – Moplen HP 456J (Basell Orlen Polyolefins Sp. z o. o.); chitozan otrzymany ze skorup krabów, o stopniu deacetylacji 75–85% (Sigma-Aldrich); polilaktyd (PLA) – Ingeo 2500HP (Nature Works, LLC). W badaniach użyte zostały również następujące napełniacze: włókna lniane, celuloza mikrokrystaliczna Avicel PH-101 (Sigma-Aldrich), celuloza nanometryczna (CNC I), organicznie modyfikowany montmorylonit CLOISITE SE 3000 (OMMT). Metodyka badań Włókna lniane po merceryzacji przeprowadzonej w celu usunięcia zanieczyszczeń i związków małocząsteczkowych zostały poddane procesowi modyfikacji chemicznej z wykorzystaniem bezwodnika kwasu octowego i rozpuszczalnika – ksylenu. Proces prowadzono w temperaturze 120 °C przez 2 godziny, stosując trójkrotny nadmiar modyfikatora w stosunku do włókien.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

z użyciem dyfraktometru rentgenowskiego TUR-M 62 (Carl Zeiss Jena). Źródłem promieniowania była lampa z anodą Cu o długości fali Kα = 1,5418 Å, napięcie zasilające katodę wynosiło 30 kV, natężenie prądu w lampie wynosiło 25 mA. Zastosowany krok zliczania impulsów to 0,04o/2θ = 3 s. Badania mechaniczne otrzymanych materiałów przeprowadzono z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej Allround-Line Z020 TEW firmy Zwick and Roell wraz z oprogramowaniem testXpert II. Wyznaczono moduł sprężystości wzdłużnej (moduł Younga), naprężenie przy zerwaniu oraz wydłużenie względne przy zerwaniu. Próbki folii o szerokości 10 mm i odpowiedniej grubości rozciągano statycznie z prędkością 5 mm/min i siłą wstępną 0,2 N, natomiast próbki w postaci wiosełek z prędkością 50 mm/min i siłą wstępną 0,2 N. Badania przeprowadzono zgodnie z normą PN-EN ISO 527. Dla każdej próbki wykonano minimum 7 pomiarów, a przedstawione dalej wyniki stanowią średnią arytmetyczną z tych pomiarów.

Omówienie wyników Analiza rentgenograficzna (rys. 1) wykazała zróżnicowanie struktury krystalicznej napełniaczy lignocelulozowych. Dla celulozy mikrometrycznej, celulozy nanometrycznej oraz natywnych włókien lnianych zaobserwowano występowanie pików przy kątach 2θ ≈ 15o; 17o; 22,7o. Położenia tych maksimów dyfrakcyjnych świadczą o obecności celulozy o odmianie polimorficznej I. Przeprowadzenie procesu modyfikacji fizycznej celulozy spowodowało istotne zmiany w strukturze celulozy. Stwierdzono obecność maksimów dyfrakcyjnych przy kątach 2θ ≈12,5o; 20o; 22o, które pochodzą odpowiednio od płaszczyzn sieciowych (110), (110) oraz (200) [14]. Uzyskane wyniki świadczą o skuteczności zastosowanej modyfikacji fizycznej, czego efektem była konwersja fazowa celulozy I do celulozy II. W przypadku chemicznie zmodyfikowanych włókien lnianych również można zauważyć obecność celulozy II, co jest efektem przeprowadzenia merceryzacji tego typu napełniacza i możliwości usunięcia części ligniny, a także tłuszczów oraz wosków z powierzchni włókien. Uzyskane wartości są zbieżne z danymi opublikowanymi w pracy Yue et al. [14] i świadczą o tym, że działanie wodnym roztworem NaOH na mikrometryczną celulozę oraz włókna lnu pozwoliło na uzyskanie polimorficznej odmiany celulozy II. Potwierdzono też, że modyfikacja włókien lnianych z użyciem bezwodnika octowego nie spowodowała

dalszych zmian w strukturze nadcząsteczkowej materiału. Badania rentgenowskie napełniacza hybrydowego CNC I/OMMT wykazały obecność maksimów pochodzących od nanometrycznej celulozy I, jak również od nanonapełniacza warstwowego (2θ ≈ 7,3o; 35o). Świadczy to uzyskaniu jednorodnego materiału hybrydowego. W tabeli 1 zestawiono właściwości mechaniczne kompozytów oraz próbek referencyjnych. Rozpatrując materiały z włóknami lnianymi, należy zauważyć, że ich wprowadzenie do matrycy polipropylenowej skutkowało istotnym zwiększeniem zarówno wartości modułu Younga, jak i naprężenia przy zerwaniu. Zdecydowanie widoczny jest tutaj wpływ procesu modyfikacji włókien. Kompozyty zawierające modyfikowany len charakteryzowały się najwyższą wartością obu omawianych parametrów. W porównaniu z nienapełnionym polipropylenem moduł Younga dla układu PP + len natywny był o ok. 20% wyższy, natomiast dla układu PP + len modyfikowany różnica ta wynosiła ok. 50%. Przeprowadzenie modyfikacji chemicznej włókien lnianych jest odpowiedzialne za zwiększenie wytrzymałości przy zerwaniu o ponad 20%. Wprowadzenie napełniacza do matrycy PP spowodowało obniżenie wydłużenia przy zerwaniu. Jednakże dla układu zawierającego napełniacz modyfikowany zarejestrowano wyższe wartości wydłużeń w porównaniu do kompozytów z napełniaczem natywnym, co może świadczyć o osiągnięciu poprawy adhezji międzyfazowej w wyniku reakcji estryfikacji. Zastosowana modyfikacja okazała się skuteczna w kontekście poprawy cech wytrzymałościowych materiałów kompozytowych. Wcześniejsze badania wykazały, że także wprowadzenie zmodyfikowanego drewna do polipropylenu skutkuje zwięk-

Rys. 1. Obrazy dyfrakcyjne zastosowanych napełniaczy lignocelulozowych

t

Po zakończeniu modyfikacji włókno lniane przemywano etanolem oraz poddano suszeniu. Modyfikacja fizyczna polegająca na otrzymaniu polimorficznej celulozy II (C II) została przeprowadzona w wyniku działania 16% wodnego roztworu wodorotlenku sodu. Celulozę mikrometryczną (C I) mieszano przez 5 min, a następnie dodano nadmiar wody, aby przerwać reakcję merceryzacji. Powstałą zawiesinę odwirowywano, a następnie przemywano wodą, aż do uzyskania pH ≈ 7. W ostatnim etapie pulpę suszono do uzyskania stałej masy. Napełniacz hybrydowy został otrzymany w wyniku jednoczesnego zmielenia i wymieszania nanometrycznej celulozy oraz montmorylonitu (w stosunku wag. 4:1) przy użyciu planetarnego młyna kulowego (Pulverisette 6 Classic Line, Fritsch). W niniejszej pracy otrzymano trzy rodzaje układów kompozytowych różniących się matrycą polimerową oraz rodzajem napełniacza. Kompozyty polipropylenu z 40% zawartością włókien lnianych zostały otrzymane metodą wytłaczania, natomiast kształtki do badań mechanicznych techniką wtryskiwania. Podczas przetwórstwa nie przekraczano temperatury 200oC w celu zminimalizowania zachodzących procesów degradacyjnych napełniacza lignocelulozowego. Kompozyty chitozanu otrzymano metodą wylewania folii. W pierwszym etapie chitozan rozpuszczono w 2% wodnym roztworze kwasu octowego (POCH s.a., 80%). W kolejnym etapie napełniacz dyspergowano w roztworze kwasu octowego, dodawano do roztworu chitozanu i homogenizowano przy użyciu łaźni ultradźwiękowej w celu usunięcia z mieszaniny pęcherzyków powietrza. Mieszaninę chitozanu z napełniaczem wylewano na szalki Petriego wyłożone ceratą teflonową i pozostawiano do wyschnięcia w temperaturze pokojowej. Wytworzone w ten sposób folie miały grubość ok. 100 µm. Otrzymano kompozyty zawierające 5% napełniacza w matrycy chitozanowej. Jako próbki referencyjne otrzymano też folie chitozanowe bez napełniacza. W analogiczny sposób przygotowano kompozyty polilaktydu z napełniaczami celulozowymi, z tą różnicą, że do rozpuszczenia polilaktydu zastosowano dichlorometan (POCH s.a., >99%), zachowując stosunek składników wynoszący 1:20 (w/v). Otrzymane folie zawierające 1% napełniacza miały grubość ok. 300 µm. Próbki referencyjne stanowił nienapełniony polilaktyd. Aparatura Badania struktury nadcząsteczkowej stosowanych napełniaczy przeprowadzono

25


26

materiały kompozytowe

szeniem niektórych parametrów mechanicznych kompozytów, co tłumaczone jest zmianą chropowatości powierzchni, która wpływa na procesy krystalizacji polimeru [15], a także obniżeniem hydrofilowości napełniacza [8]. Wpływ odmiany polimorficznej celulozy rozważano na przykładzie kompozytów z biodegradowalną matrycą polilaktydową. Wprowadzenie do polilaktydu obu rodzajów celulozy spowodowało uzyskanie mniejszych wartości wszystkich wyznaczanych parametrów mechanicznych. Należy również podkreślić, że odmiana polimorficzna celulozy II jest odpowiedzialna za uzyskanie znacząco mniejszych wartości modułów Younga, naprężeń oraz wydłużeń przy zerwaniu w porównaniu do kompozytów zawierających odmianę celulozy I. Uzyskane wyniki są niezwykle interesujące w kontekście opracowania technologii otrzymywania materiałów kompozytowych. Wiadomo, że obecność w napełniaczach związków o małej odporności termicznej, tj. ligniny oraz związków małocząsteczkowych, komplikuje proces przetwórstwa kompozytów zawierających tego typu napełniacze. W związku z tym konieczne jest stosowanie obniżonych temperatur przetwórstwa, które wpływają na zwiększenie lepkości tworzyw i w konsekwencji pogorszenie przesycenia i mieszalności napełniaczy w stopionej matrycy polimerowej. Rozwiązaniem może być przeprowadzenie procesu merceryzacji napełniaczy, aczkolwiek taka modyfikacja fizyczna powoduje pogorszenie właściwości mechanicznych, co zostało również wykazane w pracach [10,19]. Warunkiem koniecznym do uzyskania poprawy właściwości mechanicznych jest przeprowadzenie zarówno modyfikacji fizycznej jak i chemicznej, co zostało potwierdzone w przypadku układów napełnianych włóknem lnianym. Ostatnią kategorię omawianych materiałów stanowią kompozyty chitozanu. Wprowadzenie do matrycy chitozanowej wyłącznie nanometrycznej celulozy I było odpowiedzialne za ponad trójkrotne zwiększenie wartości modułu Younga, przy czym wartość naprężenia przy zerwaniu nie uległa zmianie w sposób istotny. Niewątpliwie najwyższymi wartościami obu omawianych parametrów charakteryzowały się kompozyty zawierające napełniacz hybrydowy CNC I/OMMT. Dla tych materiałów moduł Younga osiągnął wartość aż 1480 MPa, a naprężenie przy zerwaniu było rzędu 63,3 MPa, co w porównaniu zarówno z nienapełnionym chitozanem, jak i kompozytem chitozan + CNC I stanowi bardzo znaczący wzrost. Interesującym jest również fakt, że dla układu z napełniaczem hybrydowym,

Tabela 1. Parametry mechaniczne badanych materiałów Moduł Younga, Naprężenie przy Próbka MPa zerwaniu, MPa PP 939 ± 14 29,9 ± 0,2 PP + len natywny 1200 ± 46 35,7 ± 0,8 PP + len modyfikowany 1469 ± 35 38,1 ± 0,4 PLA 1910 ± 75 46,9 ± 6,3 PLA + C I 1125 ± 61 30,5 ± 2,6 PLA + C II 621 ± 87 17,8 ± 3,3 Chitozan 236 ± 56 22,1 ± 2,0 Chitozan + CNC I 750 ± 120 21,0 ± 1,2 Chitozan + CNC I/OMMT 1480 ± 170 63,3 ± 0,1

zupełnie odmiennie niż dla materiałów tylko z nanometryczną celulozą, zarejestrowano również bardzo wysokie wartości wydłużenia przy zerwaniu (37,4%), zbliżone do tych, którymi cechuje się nienapełniony chitozan (41,0%). Zgodnie z danymi literaturowymi, już przy zastosowaniu minimalnej ilości OMMT (2%) zaobserwować można wzrost wartości wydłużenia przy zerwaniu o 4% [16]. Znane są też prace, w których wykazano, że dodanie do chitozanu napełniaczy o rozmiarach nanometrycznych, np. celulozy lub montmorylonitu, jest odpowiedzialne za zwiększenie wytrzymałości [16, 17]. W przedstawionych badaniach, w wyniku połączenia obu nanometrycznych napełniaczy, otrzymano układ hybrydowy, którego wprowadzenie do chitozanu było odpowiedzialne za zwiększenie wytrzymałości badanych materiałów, co może być wynikiem efektu synergistycznego.

Podsumowanie W niniejszej pracy przedstawiono rezultaty badań nad kompozytami polimerowymi z napełniaczami lignocelulozowymi poddanymi modyfikacjom chemicznym i/ lub fizycznym. Otrzymano również kompozyty z napełniaczem hybrydowym, zawierającym materiał pochodzenia lignocelulozowego, tj. nanometryczną celulozę, a także organiczny montmorylonit. Wykazano, że szeroko pojęta modyfikacja naturalnych napełniaczy lignocelulozowych ma istotne znaczenie dla osiągania założonych właściwości mechanicznych, a tym samym dobrych właściwości użytkowych końcowych produktów, jakimi są kompozyty polimerowe.

Literatura [1] S. Kalia, B.S. Kaith: K. I. Cellulose Fibers: Bio- and Nano-Polymer Composites: Green Chemistry and Technology. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, 2011. [2] V.K. Thakur, A.S. Singha, M.K. Thakur, Advances in Polymer Technology 2013, 32, E427.

Wydłużenie przy zerwaniu, % 390,0 ± 22,1 5,4 ± 1,8 10,2 ± 1,1 12,1 ± 2,3 3,4 ± 0,8 5,9 ± 1,1 41,9 ± 4,8 5,6 ± 0,9 37,4 ± 11,1

[3]S. Borysiak, A. Grząbka-Zasadzińska, M. Odalanowska, A. Skrzypczak, I. Ratajczak: Cellulose 2018, 25, 4639. [4] C.A.S. Hill: Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes. Wiley 2007. [5] M.T.R. Bhuiyan, N. Hirai, N. Sobue: J Wood Sci 2001, 47, 336. [6] A. A. Morandim-Giannetti, J.A.M. Agnelli, B.Z. Lanças, R. Magnabosco, S.A. Casarin, S. H. P. Bettini: Carbohydrate Polymers 2012, 87, 2563. [7] K. Renner, C. Kenyó, J. Móczó, B. Pukánszky: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2010, 41, 1653. [8] S. Borysiak: Journal of Applied Polymer Science 2013, 127, 1309. [9] R. Hori, M. Wada: Cellulose 2006, 13, 281. [10] B.S. Kaith, A.S. Singha, S. Kumar, S. Kalia: International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials 2008, 57, 54. [11] A. Grząbka-Zasadzińska, T. Amietszajew, S. Borysiak: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2017, 130, 143. [12] A. Grząbka-Zasadzińska, Ł. Klapiszewski, K. Bula, T. Jesionowski, S. Borysiak: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2016, 126, 263. [13] K. Chybczyńska, E. Markiewicz, A. Grząbka-Zasadzińska, S. Borysiak: Ceramics International 2018. [14] Y. Yue, G. Han, Q. Wu: BioResources 2013, 8, 6460. [15] S. Borysiak, B. Doczekalska: Polimery 2009, 54, 41. [16] I. Norazura, J. Margaret, P. Rajarathinam: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2017, 191, 012005. [17] S. Borysiak, A. Grząbka-Zasadzińska: Journal of Applied Polymer Science 2016, 133. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie „Przemysł Chemiczny”, 2018, Tom 97, nr 12, s. 2014–2016. Badania zostały zrealizowane w ramach grantów Politechniki Poznańskiej nr 03/32/DSPB/0803 oraz 03/32/DSMK/0817.

dr hab. inż. Sławomir Borysiak dr inż. Aleksandra Grząbka-Zasadzińska Politechnika Poznańska ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznań

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

27


28

materiały kompozytowe

Urządzenia firmy Huzap

Firma HUZAP powstała w oparciu o przeszło 20-letnie doświadczenia swoich założycieli w dziedzinie budowy wag, maszyn pakujących i instalacji przemysłowych na rynkach zachodnich. Program dostaw obejmuje: całkowicie zautomatyzowane maszyny pakujące dla małych i dużych opakowań, zespoły transportowe, dozujące i ważące wraz ze sterowaniem i automatyką. Dodatkowo Huzap dostarcza również części, urządzenia i podzespoły prawie wszystkich zachodnich i krajowych producentów, dla takich komórek, jak biura konstrukcyjne, firmy budowy maszyn, służby utrzymania ruchu, czy inne służby techniczne.

Wyjątkowość firmy Huzap Firma oferuje nie tylko dogodną cenę, ale przede wszystkim służy fachowym, technicznym doradztwem. Wynika to z faktu, że nie jest uzależnionym przedstawicielem jakiegoś producenta, tylko jego partnerem w niezależnej współpracy. Odbiorcami produktów i usług są: przemysł chemiczny, gumowy, budowlany, tworzyw sztucznych, spożywczy i paszowy. Dobrze wykształceni i zaangażowani pracownicy doradzają przy planowaniu i realizacji projektów. Za swój cel w Polsce przyjęto partnerskie relacje z klientami, doradztwo techniczne i realne ceny rynkowe. W nadreńskim Hennef znajdują się działy planowania i sprzedaży, z kolei przygotowanie produkcji oraz sama produkcja umiejscowiona jest w Bytomiu. Podział ten zapewnia wysoki stopień elastyczności wobec różnorodnych wymagań klienta, z drugiej strony gwarantuje atrakcyjny poziom cenowy z zachowaniem wysokiej jakości produktu. – Wyjątkowość firmy Huzap polega na tym, że staramy się dostarczać klientom instalacje takie, jakie oni sobie wyobrażają, a nie takie jakie my sobie wyobrażamy.

Nasze urządzenia powstają często jednorazowo i odróżniają się od pozostałych istotnymi szczegółami. Gwoli ścisłości, w naszej ofercie istnieją tzw. standardowe maszyny, które klient może zobaczyć choćby w naszych prospektach. Inaczej nie moglibyśmy w pełni przedstawić oferty klientowi, który jeszcze nie zna naszych urządzeń. Urządzeniami standardowymi nazywamy instalacje, które zbudowaliśmy wiele razy w podobnym wykonaniu dla wielu klientów z tej samej branży, posiadających ten sam lub zbliżony produkt. Jednak najczęściej spotykamy się z wyzwaniami stawianymi przez klienta, którym to jesteśmy w stanie podołać m.in. ze względu na wieloletnie zawodowe doświadczenie naszych pracowników – powiedział Martin Schkrobol, prezes firmy Huzap GmbH. Cały proces rozpoczyna się od opracowania schematu, który określa wymogi instalacji. Później następuje faza inżynieryjna, w trakcie której zostaje opracowany projekt urządzenia, a dopiero po przeprowadzeniu szczegółowej analizy i optymalizacji projektu rozpoczyna się produkcja. Ostatnim etapem jest montaż i uruchomienie u klienta. Know-how firmy wykorzystywany jest do opracowania specyficznych rozwiązań, których odbiorcami są klienci na całym świecie.

Innowacyjność to klucz do sukcesu firmy Różnorakie rozwiązania, które powstają w odpowiedzi na życzenia klienta, są szczegółowo analizowane i często uwzględniane później w rozwiązaniach standardowych. Oprócz stałego rozwijania palety urządzeń

pracownicy firmy skupiają się również na wewnętrznych procesach organizacyjnych i marketingowych, stale poprawiając jakość działania z uwzględnieniem dynamiki zmian rynkowych. Obecnie w 80% zaopatrywany jest rynek przemysłu samochodowego w Indiach. Oprócz tego firma zajmuje się opracowaniem projektów bardzo rozbudowanych instalacji dla kilku klientów na polskim rynku. Huzap cały czas się rozwija i wprowadza wiele nowych rozwiązań technologicznych. Dodatkowo skupia się na optymalizacji wewnętrznych procesów produkcyjnych i strukturalnych. W siedzibie firmy w Niemczech, ze względu na dużą liczbę zamówień, powiększono stan załogi, głównie w biurze konstrukcyjnym i na hali montażowej. Ma to dodatkowo na celu wykształcenie nowych sił kierowniczych, które w ciągu 2–3 lat zastąpią pracowników odchodzących na emeryturę. Dodatkowo w firmie przyjęto 18-letniego uchodźcę z Afganistanu, który będzie kolejne trzy lata uczył się zawodu mechanika przemysłowego. Firma ma swój wkład w pomoc uchodźcom z regionów objętych wojną.

Portfel zamówień na ten rok i następne lata – Nasze księgi zamówień o szerszym zakresie dostawy są zapełnione do kwietnia 2020 r., niemniej potrafimy jeszcze pomiędzy tymi instalacjami dostarczyć mniejsze urządzenia. Wnioskując po wpływających do nas obecnie zapytaniach, zauważamy spowolnienie rynku – podsumował Martin Schkrobol. artykuł sponsorowany

HUZAP Sp. z o.o. ul. Konstytucji 61, 41-905 Bytom tel. 32 388 03 00, fax 32 282 97 52 huzap@huzap.pl, www.huzap.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


materiały kompozytowe

29

Krytyczne aspekty wytwarzania kompozytów

Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska W20 na Targach KOMPOZYT-EXPO w Krakowie

Proces tworzenia dobrego wyrobu kompozytowego posiada wiele czynników, na które należy zwrócić uwagę w procesie produkcyjnym. Wśród nich można wymienić takie jak: odpowiednia jakość używanych włókien i żywic, wysokie zwilżenie wzmocnienia przez osnowę, brak zanieczyszczeń, pęcherzy powietrza i innych niedoskonałości będących punktami skupienia naprężeń oraz ułożenie włókien fazy wzmacniającej. Mechanizm wzmocnienia w kompozytach włóknistych jest najlepszy wzdłuż kierunku włókien, wtedy też udział osnowy w przenoszeniu naprężeń jest pomijalny. Gdy jednak działające naprężenia odchylają się od osi ułożenia włókien, zwiększa się udział matrycy w przenoszeniu obciążeń, co jest powodem mniejszej wy-

trzymałości kompozytu. Wymusza to zwrócenie uwagi w procesie produkcyjnym na dobre ułożenie wzmocnienia, szczególnie w przypadku stosowania suchych warstw tkanin, przede wszystkim w takich procesach jak infuzja czy RTM. Popularną metodą ułatwiającą proces prawidłowego układania włókien jest stosowanie odpowiednich klejów w aerozolach, umożliwiających pozycjonowanie kolejnych warstw materiału bez zbytniego interweniowania w strukturę gotowego wyrobu. Kleje te wykorzystywane są przez największych producentów elementów kompozytowych, także w przemyśle lotniczym, charakteryzującym się jednym z najwyższych wymagań, jeśli chodzi o jakość końcową wykonanych produktów.

SPRAY-KON, bazując na swoim doświadczeniu jako lidera regionu w branży klejów kontaktowych, rozszerza swoją ofertę o produkty wykorzystywane do produkcji kompozytów. Szerokie grono klientów będzie mogło korzystać z wysokiej jakości klejów do produkcji kompozytów, jak również, wykorzystując świetnej jakości rozdzielacze aerozolowe oraz rozpuszczalniki do czyszczenia form, ułatwiać i optymalizować proces produkcyjny. ■ reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


30

materiały kompozytowe

System SAERTEX LEO® Kolejnictwo, budownictwo czy też przemysł morski są sektorami gospodarki, w których pewność działania ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa. Minimalizacja masy przy jednoczesnej maksymalizacji wydajności finalnej konstrukcji jest jednym z podstawowych celów stawianym projektantom. SAERTEX, jako jeden z czołowych światowych producentów wzmocnień do kompozytów, stawiając czoła tym oczekiwaniom, wprowadził do swojej oferty nowy rodzaj wzmocnienia, spełniający wysokie wymagania w zakresie ochrony przeciwpożarowej. SAERTEX LEO to złożony system, który dedykowany jest dla przemysłu morskiego, budownictwa i produkcji pojazdów szynowych. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów ochrony przeciwpożarowej, LEO nie ma negatywnego wpływu na właściwości mechaniczne. W zależności od specyficznych wymagań klienta i zamierzonego zastosowania komponentów, system LEO wykorzystuje różne materiały przekładkowe, zoptymalizowaną warstwę NCF (szkło, węgiel, aramid lub hybrydę) oraz specjalne żywice infuzyjne LEO. Warstwa ochronna LEO jest zawsze ostatnim elementem. Poszczególne komponenty są dobierane w zależności od zamierzonej aplikacji i wymagań klienta. Nie mają one wpływu na właściwości mechaniczne, a zdolność do układania tkaniny nie jest ograniczona. Materiały dostarczane są jako system do produkcji części, a na życzenie oferowane są również usługi wspierające w obszarach inżynierii i produkcji.

Korzyści wynikające ze stosowania SAERTEX LEO Ochrona przeciwpożarowa LEO spełnia międzynarodowe normy ochrony przeciwpożarowej, jest przetestowany zgodnie z IMO FTP i EN 45545-2 i zgodny z normą DIN SPEC 91326. Ten system kompozytowy zapewnia powtarzalną ognioodporność, która jest jednolita w całym elemencie dzięki niewypełnionej żywicy o niskiej lepkości, warstwie przeciwspęczniającej i niepalnej warstwie tkaniny NCF. Zapewnia to jednakowy stopień ochrony przeciwpożarowej na całej powierzchni elementu i tym samym osiągnięcie celu w postaci uzyskania powtarzalnych wyników. LEO dedykowane jest zarówno do konstrukcji monolitycznych, jak i warstwowych.

Waga LEO to lekki materiał o doskonałych właściwościach mechanicznych. W porównaniu z tradycyjnie produkowanymi komponentami, LEO ma imponującą sztywność, wytrzymałość na rozciąganie i zginanie,

LEO został przetestowany zgodnie z międzynarodowymi standardami niepalności i ognioodporności. Oferuje unikalne połączenie maksymalnej ochrony przeciwpożarowej i najwyższej wydajności mechanicznej z minimalną masą elementu. Tabela 1. Marynistyka

Kolejnictwo

Budownictwo

IMO RES. A 653 (16) FTP DIN EN 45545-2:2016 EN ISO 13501-1:2017 CODE MSC 61 (67) HL 2 / 3 dla R1 B – s2,d0 Aneks 1 cz. 2 HL 2 / 3 dla R7 Aneks 1 cz. 5 HL 2 / 3 dla R17 Aneks 1 cz. 3 Aneks 1 cz. 10 IMO FTP Code; Part 10 HSC 2000 (ISO 9705) > 9 min 46

DIN 5510 S4/SR2/ST2

DIN 4102-1 B1

DIN 4102-1 B1

NFF 16-101 UNE 23.721:1990 M1 / F1

NFF 16-101 M1 / F1

ASTM E 84 klasa A / klasa 1

BS 6853 BS 476-6 – klasa 0 BS 476-7 – klasa 1 BS 6853, Aneks B Kat.1B ext. Kat. 2 int.

ASTM E 84 klasa A / klasa 1

Inne STANAG 4602 AFAP 4/5 – F2 AFAP 2 – S2 AFAP 3 – T1

Tabela 2. Zginanie trójpunktowe LEO - Odmiany (infuzja)

Parametr

Odniesienie (laminat ręczny)

LEO UD (sztywny)

LEO UD (lekki)

Aluminium

Moduł Younga 0° [Gpa]

8,3

42,5

42,5

70

Grubość materiału [mm]

11,84

11,9

6,72

11,5

Waga [g]

3,036

3,259

1,833

4,65

Ugięcie [mm]

96,78

18,43

103,38

12,5

ok. 7% cięższy

ok. 40% lżejszy

ok. 50% cięższe

5x sztywniejszy

sztywność porównywalna

7x sztywniejsze

Rezultat

ODNIESIENIE

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


31

materiały kompozytowe Tabela 3. Ugięcie belki Odniesienie

Parametr Ilość warstw

LEO - Odmiany (infuzja)

(Laminat ręczny)

LEO UD (sztywny)

LEO UD (lekki)

LEO Multiax (sztywny)

5 x mata szklana (450 g/m2)

5 x UD (970 g/m2)

4 x UD (970 g/m2)

4 x Quadriax (1200 g/m2)

Udział objętościowy włókien

19%

50%

3

Gęstość żywicy [kg/dm ]

1,5

1,04

Moduł Younga 0° [Gpa]

8,3

42,5

42,5

16,5

Grubość materiału [mm]

3,64

3,73

2,24

3,69

Waga [g]

156

170

103

168

Ugięcie [mm]

208

37,8

174

100,5

Rezultat

Odniesienie

które są wielokrotnie lepsze od tradycyjnie stosowanych materiałów – pomimo niskiej masy i zmniejszonej grubości materiału. Spełnia wymagania norm wymienionych w tabeli 1. Wydajność ekonomiczna LEO oferuje maksymalną efektywność dzięki możliwie najniższemu nakładowi materiałów, opłacalnemu procesowi produkcji (znormalizowanej technologii infuzji) oraz produkcji komponentów bez czasochłonnego, pośredniego utwardzania poszczególnych warstw. LEO może być przetwarzane w temperaturze pokojowej. Dodatkowo producent oferuje dostarczenie precyzyjnie wyciętych kształtów, zgodnie z wymaganiami klienta na podstawie indywidualnych rysunków CAD, co znacznie przyspiesza proces produkcji.

ok. 8% cięższy

ok. 35% lżejszy

ok. 8% cięższy

5,5x sztywniejszy

ok. 1.2x sztywniejszy

2x sztywniejszy

Bezpieczeństwo toksykologiczne LEO jest wolnym od halogenów i toksykologicznie bezpiecznym materiałem. Do przetwarzania nie jest wymagana specjalna odzież ochronna. W przypadku pożaru nie wydzielają się żadne toksyczne substancje, a wytwarzanie dymu jest minimalne (57 razy mniej wydzielania dymu niż w przypadku PES GFRP). Na polskim rynku materiał LEO dostępny jest w ofercie firmy Milar Sp. z o. o. – wyłącznego dystrybutora produktów Saertex w Polsce.

Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska W46 na Targach KOMPOZYT-EXPO w Krakowie artykuł sponsorowany

Milar Sp. z o. o. ul. Graniczna 47 05-825 Grodzisk Mazowiecki tel. 22 755 85 21 fax 22 755 80 09 milar@milar.pl, www.milar.pl

Nowy materiał kompozytowy Na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej zainicjowano projekt „Nowoczesne kompozyty o osnowie metalicznej wzmacniane naturalnymi okrzemkami” (New metal matrix composites reinforced with natural diatoms), który uzyskał dofinansowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Celem badań jest wytworzenie oraz scharakteryzowanie nowoczesnych materiałów kompozytowych o osnowie metalicznej (MMC) z naturalnym wzmocnieniem, w postaci pancerzyków okrzemek. Kompozytowe materiały o osnowie metalicznej stanowią stosunkowo dużą grupę materiałów określanych przez rodzaj osnowy metalicznej, a także rodzaj wzmocnienia (wielkość, morfologię, orientację, rozmieszczenie, udział objętościowy/fazowy).

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Innowacyjność projektu obejmuje wykorzystanie stosunkowo tanich, w porównaniu do dotychczas stosowanych napełniaczy (np. SiC), pancerzyków okrzemek, których zadaniem będzie poprawa efektywnych właściwości mechanicznych MMC. Nie bez znaczenia pozostaje fakt dostępności okrzemek, występujących zarówno w środowisku naturalnym, jak i możliwych do uzyskania w procesie hodowli. Osiągnięcie wyznaczonego celu, będzie wymagało określenia gatunków okrzemek spełniających wymagania, a także zoptymalizowanie procesu wytwarzania kompozytów. Nowo zaprojektowany materiał kompozytowy zostanie wytworzony w oparciu o znane techniki wytwarzania (np. metalurgia proszków, odlewanie, wyciskanie) oraz poddany ocenie zarówno eksperymentalnej, jak i teoretycznej. Zastosowanie na-

turalnego napełniacza, będzie wymagało optymalizacji poszczególnych metod. Właściwości wytworzonego materiału zostaną poddane ocenie eksperymentalnej z wykorzystaniem najnowocześniejszych metod badawczych inżynierii materiałowej, m.in. obrazowanie z wykorzystaniem wysokorozdzielczej skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (odpowiednio SEM i TEM), komputerowej nanotomografii rentgenowskiej (nanoXCT), a także badaniom właściwości mechanicznych (m.in. wytrzymałość, moduł Younga). Innowacyjny materiał kompozytowy zainteresuje branże z dziedziny konstrukcji lekkich, w szczególności przemysł motoryzacyjny, lotniczy, kolejowy, a w przypadku urządzeń mobilnych – elektroniczny. Źródło: www.pb.edu.pl


32

technologie

System monitorowania mostów kompozytowych z wykorzystaniem światłowodowych czujników odkształceń TOMASZ SIWOWSKI, RAFAŁ SIEŃKO, ŁUKASZ BEDNARSKI

W wyniku projektu „Com-Bridge” współfinansowanego przez NCBiR w ramach programu DEMONSTRATOR+ (www.com-bridge.pl) Polska dołączyła do wąskiego grona państw, mających w eksploatacji mosty drogowe wykonane z kompozytów FRP (fibre reinforced polymer). W latach 2015–2016 konsorcjum naukowo – przemysłowe pod kierunkiem Mostostalu W-wa zbudowało dwa mosty kompozytowe zlokalizowane w ciągu dróg publicznych na Podkarpaciu [1, 2]. Z konstrukcyjnego punktu widzenia do największych zalet kompozytów FRP należą m.in.: wysoka wytrzymałość, doskonała trwałość, duża sztywność (w przypadku kompozytu z włókien węglowych) oraz mała masa konstrukcji, a co za tym idzie łatwość i szybkość jej wznoszenia. Te cechy kompozytów FRP powodują, że materiał ten coraz częściej jest stosowany w budownictwie mostowym, szczególnie w przypadkach, gdy o wyborze rodzaju konstrukcji decydują całkowite koszty liczone w cyklu życia. Dzięki zastosowaniu w obiektach mostowych bardzo wytrzymałych, lekkich i odpornych na korozję konstrukcji z materiałów kompozytowych jest możliwe znaczące podniesienie ich nośności oraz zwiększenie trwałości i niezawodności. Z drugiej strony wiadomo, że kompozyty FRP są materiałami podatnymi na takie uszkodzenia jak delaminacja, pęknięcia międzywarstwowe czy degradacja matrycy, które mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń strukturalnych konstrukcji. Jest wiele przyczyn mogących wywoływać takie uszkodzenia: przeciążenie mostu, uderzenie, zmęczenie, degradacja środowiskowa kompozytu, wady materiałowe lub niewłaściwa jakość produkcji elementu. Uszkodzenia kompozytów mają wymiary mierzone w mikronach i najczęściej powstają pomiędzy poszczególnymi warstwami lub na granicy faz włókno/ żywica, dlatego są niewidoczne podczas rutynowych przeglądów konstrukcji i nie można ich wykryć za pomocą konwencjonalnego sprzętu NDT oraz typowych czujników odkształceń, przemieszczeń czy akcelerometrów. Co więcej, system przeglądów mostów w Polsce wymaga wykonywania przeglądów szczegółowych co 5 lat, a uszkodzenia kompozytów powstałe w okresie pomiędzy przeglądami mogą propagować, prowadząc do nagłych i kruchych pęknięć, mogących zagrozić bezpieczeństwu mostu. Wiele systemów monitorowania SHM (structural health monitoring) opartych na różnych technologiach pomiarowych po-

wstało w celu kontrolowania konstrukcji kompozytowych, stosowanych głównie w lotnictwie, elektrowniach wiatrowych (turbiny) czy budownictwie, w tym mostownictwie [3]. Wśród tych, które już znalazły zastosowanie w monitoringu mostów kompozytowych można wymienić m.in. termografię podczerwieni [4], ultradźwięki [5], emisję akustyczną [6] oraz światłowody [7]. W ramach projektu „Com-Bridge” na obu mostach kompozytowych wdrożono oraz rozpoczęto testowanie trzech technologii: emisji akustycznej, technologii strunowej oraz technologii światłowodowej. Pierwszą z nich testuje Politechnika Warszawska [8], dwie pozostałe Politechnika Rzeszowska wraz z krakowską firmą SHM System. W artykule opisano wykorzystanie technologii światłowodowej do pomiaru odkształceń podczas wykonywania

obciążenia próbnego jednego z mostów. System będzie podstawą do prowadzenia monitoringu jego konstrukcji podczas eksploatacji.

System monitorowania konstrukcji mostu Do monitoringu konstrukcji mostu kompozytowego zastosowano technologię pomiarową, wykorzystującą rozłożone czujniki światłowodowe DFOS (distributed fibre optic sensors) [9]. Jest to jeden z rodzajów czujników światłowodowych, który oprócz czujników interferometrycznych i czujników z naniesioną siatką Bragga, znalazł ostatnio zastosowanie w monitoringu konstrukcji mostowych [10]. Światłowodowa technika pomiarowa umożliwia wykonywanie pomiarów quasi-ciągłych, polegających na rozmieszczeniu kilku, kilkunastu punktów pomiarowych na długości pojedynczego światłowodu (siatki Bragga) oraz pomiarów rozłożonych, tzn. takich, w których długości wirtualnych czujników oraz ich odległości są tak małe (rząd 5–10 mm), że z inżynierskiego punktu widzenia można uznać je za pomiary geometrycznie ciągłe [11]. Takie podejście umożliwia zastąpienie tysięcy tradycyjnych czujników pojedynczym włóknem światłowodowym. Przykładowo, na długości 1 m możliwe jest uzyskanie informacji o wartości odkształceń nawet w 200 punktach pomiarowych. W budowie czujników rozłożonych wykorzystuje się liniowe i nieliniowe zjawiska występujące w światłowodach. Do zjawisk

Rys. 1. Graficzna interpretacja pomiaru punktowego, quasi-ciągłego oraz ciągłego (rozłożonego)

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


technologie

Opis badanego mostu Badany most jest obiektem jednoprzęsłowym, swobodnie podpartym. Główne parametry techniczne mostu są następujące: rozpiętość teoretyczna przęsła – 10,0 m; długość całkowita pomostu – 10,7 m; całkowita szerokość mostu – 7,7 m; szerokości użytkowe: jezdnia – 5 m (2×2,5 m), opaska bezpieczeństwa – 2×0,5 m; chodnik – 0,75–1,1 m; balustrada z gzymsem – 2x0,25 m. Most ma nośność 30 ton (rys. 3). Przęsło mostu jest wykonane z czterech dźwigarów kompozytowych o przekroju skrzynkowym (typu U) w rozstawie osiowym 1,9 m oraz zespolonej z dźwigarami warstwowej płyty pomostu. Dźwigary główne mają następujące wymiary: wysokość – 0,71 m, szerokość w poziomie pasa górnego – 1,38 m oraz szerokość w poziomie pasa dolnego – 0,60 m. Środniki dźwigarów są kompozytem warstwowym, składającym się z dwóch zewnętrznych laminatów oraz przekładki z pianki PVC. Wnętrze przekrojów skrzynkowych dźwigarów usztywniono przeponami w rozstawie 1,25 m. Wszystkie laminaty dźwigarów wykonano w całości z kompozytu na bazie włókien szklanych i żywicy epoksydowej. Kompozytowa płyta pomostu ma grubość 0,13 m, szerokość 7,56 m i długość 10,7 m. Płyta jest kompozytem warstwowym typu sandwich, składającym się z dwóch zewnętrznych laminatów oraz przekładki z pianki PUR, usztywnionej

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Rys. 2. Reflektometr optyczny LUNA OBR 4600 wraz z laptopem z zainstalowanym oprogramowaniem do przetwarzania sygnału pomiarowego

Rys. 3. Widok mostu kompozytowego

Tabela 1. Wybrane parametry techniczne reflektometru optycznego LUNA OBR 4600 model OBR 4600 maksymalny zasięg pomiaru 30 lub 70 [m] zakres fali 1270-1340 [nm] 1525-1610 [nm] zalecana rozdzielczość przestrzenna ±1 ,0 [cm] rozdzielczość odkształceń ±1,0 [µε] rozdzielczość temperatury ±0,1 [˚C]

kompozytowymi żebrami wewnętrznymi. Płytę w całości wykonano z kompozytu z włókien szklanych i żywicy epoksydowej. Na kompozytowej płycie pomostu zostały wykonane kapy chodnikowe grubości od 0,15 do 0,18 m, ograniczone od strony jezdni krawężnikami kamiennymi, natomiast od strony zewnętrznej deskami gzymsowymi z polimerobetonu. Od strony zewnętrznych krawędzi pomostu zamontowano stalowe balustrady systemowe o wysokości 1,1 m. Przyczółki mostu posadowiono na mikropalach o średnicy 110 mm i długości 4,0 m i zatopiono w nasypach dojazdów, które ze względu na ograniczenia terenowe są częściowo umocnione murami oporowymi.

System pomiaru odkształceń Badaniom poddano dwa dźwigary (wewnętrzny o numerze A-128 oraz skrajny A-127), a także jedną płytę pomostu o numerze A-100, zlokalizowaną pomiędzy tymi dźwigarami (rys. 4 i 5). W artykule zaprezentowano głównie wyniki pomiarów zarejestrowane dla dźwigara skrajnego. Na każdym z badanych dźwigarów zainstalowano po 10 odcinków pomiarowych światłowodów (rys. 6), przy czym na dwa odcinki wykorzystano jedno włókno zapętlone na końcu. Długość odcinków pomiarowych światłowodów wynosi 9,60 m (± 0,10 m) i są one rozmieszczone sy-

Rys. 4. Lokalizacja badanych dźwigarów na widoku z góry obiektu mostowego

t

liniowych zalicza się rozpraszanie Rayleigha, natomiast do nieliniowych należą rozpraszanie Ramana i rozpraszanie Brillouina. Do współpracy z czujnikami rozłożonymi stosuje się reflektometry optyczne w dziedzinie czasu, których zasada działania opiera się na radarowym pomiarze odległości. W ostatnich latach duży wzrost zainteresowania czujnikami rozłożonymi wiąże się z potrzebami monitorowania stanu technicznego rozległych konstrukcji inżynierskich, w tym mostów [12]. W badaniach mostu kompozytowego wykorzystano czujniki rozłożone, a jako włókna pomiarowe zastosowano jednomodowe światłowody telekomunikacyjne. Odczyt informacji z czujników wykonywany był przy zastosowaniu reflektometru optycznego OBR 4600 firmy LUNA (rys. 2; tab. 1). Urządzenie przetwarza sygnał z wykorzystaniem zjawiska rozpraszania Rayleigha. Zarejestrowany sygnał [dB] reflektometr przelicza na odkształcenia. W przeprowadzonych badaniach przyjęto wirtualne odcinki pomiarowe o długości 10 mm, które rozmieszczono na długości światłowodu co 10 mm (odległość środków odcinków).

33


34

technologie

Rys. 5. Widok badanych dźwigarów w przekroju poprzecznym konstrukcji mostu

metrycznie względem środka rozpiętości mostu (rys. 7 i 8). Część włókna o nr 10 została swobodnie umieszczona w rurce polipropylenowej celem wykonania pomiarów temperatury. Odczyty odkształceń realizowane były zatem w blisko 20 000 wirtualnych odcinkach pomiarowych – czujnikach odkształceń. Na płycie pomostu zlokalizowanej pomiędzy dźwigarami A-127 i A-128 zainstalowano łącznie dwa włókna światłowodowe: po jednym na dolnej i górnej powierzchni. Utworzono odcinki pomiarowe prostopadłe i równoległe do głównego kierunku pracy płyty (rys. 9). Wyprowadzenie końcówek włókien zaplanowano w kierunku końca dźwigara.

pisany znak „+”, a odkształcenia odpowiadające ściskaniu, znak „-”. Pomiary nie były kompensowane z uwagi na oddziaływanie temperatury, ze względu na jej niewielką zmianę podczas prowadzonych pomiarów (rząd 1oC). Istnieje oczywiście możliwość przeprowadzenia takich obliczeń, uwzględniających wartości temperatury zmierzonej przez termistory zintegrowane z czujnikami strunowymi oraz wartości odkształceń termicznych zmierzonych przez światłowodowe włókno kompensacyjne nr 10.

Rys. 6. Rozmieszczenie włókien światłowodowych oraz ich numeracja w przekroju dźwigara

Na rys. 10 pokazano zbiorcze wyniki pomiarów czujnikami światłowodowymi odkształceń w dźwigarze skrajnym A-127. Na rys. 11 zaprezentowano przebieg odkształceń zarejestrowanych w pasie dolnym tego samego dźwigara odcinkiem światłowodu o nr 09 oraz przebieg odkształceń termicznych pomierzonych odcinkiem o nr 10. Charakterystyczne zaburzenia ciągłości wykresów powodowa-

Wyniki pomiarów odkształceń Obciążenie próbne mostu kompozytowego zostało zrealizowane w dniu 30.11.2016 roku. Do badań statycznych użyto dwa samochody ciężarowe czteroosiowe o masie pojazdu z ładunkiem ok. 32 ton i masie łącznej podczas badań ok. 64 tony. Podczas badań były mierzone i rejestrowane w sposób konwencjonalny: wartości przemieszczeń pionowych dźwigarów, odkształceń kompozytu, przemieszczeń łożysk oraz osiadań podpór. Badania mostu podzielono na następujące etapy: l Etap 0 – konstrukcja bez obciążenia, l Etap I – pierwszy etap obciążenia próbnego (samochód ciężarowy o masie równej ok. 32 tony), l Etap II – drugi etap obciążenia próbnego (dwa samochody ciężarowe o łącznej masie równej ok. 64 tony), l Etap III – konstrukcja po odciążeniu. Światłowodowe odcinki pomiarowe odczytywano jednokanałowym reflektometrem. Ze względu na czasochłonność tego procesu, zrezygnowano z odczytów w pierwszym etapie obciążenia. Łącznie wykonano zatem trzy pomiary: pomiar zerowy (odniesienia), pomiar konstrukcji obciążonej w etapie II oraz pomiar konstrukcji po odciążeniu w etapie III. W analizie wyników pomiarów przyjęto konwencję znakowania, według której odkształcenia odpowiadające rozciąganiu (względem pomiaru zerowego) mają przy-

Rys. 7. Wizualizacja pojedynczego dźwigara z włóknami światłowodowymi w widoku z góry

Rys. 8. Prowadzenie włókien światłowodowych na dolnej części powłoki dźwigara (od strony wewnętrznej)

Rys. 9. Schemat rozmieszczenia włókien światłowodowych na dolnej i górnej powierzchni płyty pomostu oraz ich numeracja

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


technologie

35

ne są obecnością żeber usztywniających. Małe zmiany temperatury w czasie pomiarów spowodowały pomijalnie małe zmiany odkształceń termicznych.

Podsumowanie Pomiar odkształceń konstrukcji kompozytowej za pomocą rozłożonych czujników światłowodowych okazał się bardzo efektywną, wydajną oraz dokładną metodą oceny stanu wytężenia przęsła mostu. Dzięki zastosowanej technologii możliwa jest kontrola konstrukcji w nieporównywalnie większym stopniu, niż w przypadku punktowych czujników konwencjonalnych (np. tensometrów strunowych). Porównanie z wynikami pomiarów tensometrycznych w odpowiednich punktach dźwigarów wykazało, że różnice nie przekraczają 5%, co przy generalnej dokładności pomiaru odkształceń jest wartością akceptowalną. Pewną wadą technologii, wynikającą w tym przypadku z rodzaju zastosowanego reflektometru (jednokanałowego), jest dłuższy czas niezbędny na wykonanie pomiaru. Na obecnym etapie rozwoju techniki światłowodowej, pozostawienie reflektometru na obiekcie mostowym nie jest jeszcze możliwe z uwagi na jego znaczny koszt. Dlatego do budowy systemu monitorowania odkształceń mostu zastosowano uzupełniająco technikę strunową do ciągłego w czasie i automatycznego pomiaru odkształceń punktowych (system wczesnego ostrzegania) oraz technikę światłowodową do ciągłego pomiaru odkształceń w sensie geometrycznym, realizowanego dyskretnie w czasie. W ciągu pierwszego roku eksploatacji mostu planuje się kilkukrotne pomiary z wykorzystaniem czujników światłowodowych w celu oceny zmian odkształceń kompozytu w czasie eksploatacji mostu.

Literatura [1] T. Siwowski, M. Rajchel, D. Kaleta, L. Własak: Pierwszy polski most drogowy z kompozytów FRP. Projekt, badania, budowa. Mosty, nr 2, 2016. [2] T. Siwowski, D. Kaleta, M. Kulpa, M. Rajchel: Nowy most drogowy z kompozytów FRP. Mosty, nr 3-4, 2016. [3] H. Wentzel: Health Monitoring of Bridges. John Wiley & Sons, Ltd., 2009. [4] U.B. Halabe, A. Vasudevan, P. Klinkhachorn, H.V.S. GangaRao: Detection of subsurface defects in fiber reinforced polymer composite bridge decks using digital infrared thermography. Nondestructive Testing And Evaluation, Vol. 22, Issue 2-3, 2007.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Rys. 10. Dźwigar skrajny A-127: zbiorczy wykresy odkształceń w poszczególnych etapach

Rys. 11. Dźwigar skrajny A-127: odkształcenia światłowodu pomiarowego S09 i S10

[5] A.A. Mufti, K.W. Neale: State-of-the-art of FRP and SHM applications in bridge structures in Canada. COMPOSITES & POLYCON 2007, American Composites Manufacturers Association, October 1719, 2007, Tampa, FL USA. [6] R.S. Gostautas, G. Ramirez, R.J. Peterman, D. Meggers: Acoustic Emission Monitoring and Analysis of Glass Fiber-Reinforced Composites Bridge Decks. Journal of Bridge Engineering, Volume 10, Issue 6, November 2005. [7] Y. Wang, Y. Li, J. Ran, M. Cao: Experimental Investigation of a Self-Sensing Hybrid GFRP-Concrete Bridge Superstructure with Embedded FBG Sensors. International Journal of Distributed Sensor Networks, Volume 2012, Article ID 902613. [8] R. Karczewski, Ł. Gołębiowski, R. Molak, J. Płowiec, W.L. Spychalski: Acoustic Emission In Monitoring Composite Bridge Structures. Composites Theory and Practice, Vol.15, No.2, 2015. [9] D. Samiec: Distributed fibre-optic temperature and strain measurement with extremely high spatial resolution, Photonic International, 2012.

[10] F. Matta, F. Bastianini, N. Galati, P. Casadei, A. Nanni: Distributed Strain Measurement in Steel Bridge with Fiber Optic Sensors: Validation through Diagnostic Load Test. Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol.22, No.4, August 2008. [11] J. López-Higuera, L. Cobo, A. Incera, A. Cobo: Fiber Optic Sensors in Structural Health Monitoring, Journal of Lightwave Technology, Vol. 29, No. 4, 2011. [12] Ł. Bednarski, R. Sieńko, T. Howiacki: Wybrane zagadnienia monitorowania konstrukcji, XXX Jubileuszowe Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk 25-28.03.2015. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie „Mosty”, 2017 nr 5, s. 50–53.

prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski Politechnika Rzeszowska dr inż. Rafał Sieńko Politechnika Krakowska dr inż. Łukasz Bednarski Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie


36

technologie

Badania odporności na starzenie w atmosferze z ozonem Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. realizuje prace w obszarze badawczo-rozwojowym oraz produkcyjnym głównie dla przemysłu motoryzacyjnego. Przez ponad czterdzieści lat swojej działalności Instytut zdobył zaufanie wielu krajowych i zagranicznych klientów. Instytut oferuje szeroki zakres usług badawczych i projektowych. Dysponuje nowoczesną aparaturą umożliwiającą prowadzenie badań i pomiarów dla przemysłu motoryzacyjnego i nie tylko. Jednym z istotnych obszarów działalności BOSMAL są badania środowiskowe realizowane dla materiałów, podzespołów i elementów wyposażenia samochodów oraz innych urządzeń. W szerokiej gamie oferowanych badań środowiskowych znajdują się również testy starzenia w atmosferze z ozonem, które w BOSMAL wykonuje się w nowoczesnej komorze ozonowej Anseros SIM6300-TH. Ozon, choć występuje w atmosferze w małych stężeniach, jest głównym czyn-

nikiem powstawania, a następnie propagacji pęknięć gumy. Komora ozonowa pozwala na wykonanie badań odporności na spękania wyrobów z gumy, poddanych ekspozycji w atmosferze z ozonem przez ustalony okres czasu przy danym odkształceniu statycznym, odkształceniu dynamicznym lub kombinacji odkształceń dynamicznych i statycznych (dynamiczny uchwyt może rozciągać próbki i jednocześnie obracać się o 360° wokół własnej osi, gwarantując spełnienie wymagań bardzo szerokiej gamy norm badawczych). Badanie wykonuje się w kontrolowanych warunkach środowiskowych w zakresie temperatury od 20 do 60°C i wilgotności od

20 do 80% RH. Komora umożliwia pracę w atmosferze ozonu o stężeniu z przedziału od 25 do 1000 pphm. Całkowita pojemość komory roboczej to 300 litrów. Dodatkowe przepusty pozwalają na prowadzenie badań urządzeń lub zespołów wymagających np. dodatkowego zasilania. Komora ozonowa pozwala na przeprowadzenie testów starzeniowych między innymi według takich norm jak: PN-ISO 1431-1, PN-EN ISO 7326, ISO 10960, PN-EN 60811-2-1, ASTM D1149, SAE J903, SAE J189, DIN 53509, VW 2.8.1, GM 4486P. Zapraszamy do współpracy z naszym Instytutem, www.bosmal.com.pl ■ reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


maszyny, urządzenia i narzędzia

37

5-osiowa frezarka i przestrzenne drukowanie 3D w jednym CMS to uznany producent frezarek, termoformierek, waterjetów i innych maszyn numerycznych. Najnowszym rozwiązaniem dla przemysłu to połączenie frezarki 5-osiowej z systemem druku 3D. Ta hybrydowa konstrukcja to rewolucja dla producentów części z laminatu, carbonu, firm zajmujących się modelowaniem. Główną zaletą systemu jest to, że proces produkcji gotowego detalu można skrócić kilkukrotnie, pomijając niektóre etapy produkcji, jak na przykład proces tworzenia modelu i przejście od razu do drukowania formy. Pozwala to na ogromne oszczędności finansowe, które powodują szybką amortyzację maszyny i pozwolą na obniżenie kosztów. Ekstruder drukujący jest tak skonstruowany przez inżynierów z działu rozwoju firmy CMS, aby mógł wykorzystywać granulat dostępny na rynku

i który będzie kupowany niezależnie od producenta maszyn. Dotychczas wszelkie testy zostały opracowane na granulacie, który jest wykorzystywany we wtryskarkach. Po wydrukowaniu detalu do akcji wchodzi 5-osiowa głowica frezarska, która ma na celu doprowadzenie powierzchni do wymaganej dokładności. Najnowsze rozwiązanie CMS, oprócz zakupu głowicy drukującej z ekstruderem, nie powoduje dodatkowych kosztów. Klienci nie są zobowiązani do wyposażania w specjalne systemy CAD/CAM, ponieważ głowica drukująca korzysta z istniejących w danej firmie rozwiązań. Dodatkowo, najprawdopodobniej będzie możliwe wyposażanie w najnowszy system drukujący wszystkie 5-osiowe maszyny CMS, które już są zain-

stalowane i pracują. Niewątpliwą dodatnią cechą jest również to, że każdy detal, forma wykonane w tej technologii będą mogły być zmielone na granulat i ponownie wykorzystane. W dobie ochrony środowiska i troski o jak najefektowniejsze wykorzystanie powierzchni w firmie jest to szczególnie potrzebne. Oferta jest skierowana w szczególności do firm, które wykonują prototypy, modele, formy, oprzyrządowanie, małe i duże części z laminatu, termoplastów. Maszyna będzie dostępna w dwóch wersjach, albo z niezależną głowicą drukującą na własnym moście, albo z ekstruderem drukującym, który głowica frezarska będzie pobierała jak zwykłe narzędzie. reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


38

maszyny, urządzenia i narzędzia

Z1 nowoczesny, szeroki cutter do rozkroju kompozytów Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom rynku, Gerber Technology oferuje cutter o szerokości roboczej 2,54 m. Maszyna jest przeznaczona do rozkroju jednowarstwowego i niskonakładowego szerokiego spektrum materiałów takich jak tkaniny obiciowe, techniczne oraz materiałów kompozytowych. Cutter Z1 jest wysoko zaawansowanym systemem automatycznego, jednowarstwowego rozkroju. Zaprojektowany został specjalnie z myślą o osiągnięciu maksymalnej produktywności i najwyższej jakości rozkroju przy minimalnym nakładzie pracy operatora i przy maksymalnych oszczędnościach materiałowych. Automatyczne cuttery typu Z1 firmy Gerber Technology posiadają wiele unikalnych cech, wśród nich wymienić należy: l automatyczny rozkrój w systemie ciągłym na stole przenośnikowym; l możliwość zarówno krojenia, jak i rysowania układów kroju dzięki głowicy tnąco-piszącej; l ustawienie zróżnicowania siły nacisku ostrza – poprzez indywidualną regulację nacisku noża na krojoną powierzchnię następuje dostosowanie parametrów

pracy urządzenia do różnorodnych krojonych materiałów, tkanin czy tworzyw; l elastyczność – cuttery Z1 są dostępne w wielu konfiguracjach sprzętowo-pro-

gramowych; szerokość stołu krojczego może być indywidualnie dopasowywana do parametrów produkcyjnych klienta; l utrzymanie materiału na powierzchni stołu krojczego podczas krojenia – system próżniowy (vacuum) oraz perforowana powierzchnia stołu rozwiązują problem przesuwania się materiału w czasie krojenia, tkanina/materiał utrzymywane są nieruchomo względem pasa przenośnikowego; l łatwość i szybkość obsługi – panel sterowania operatora jest skonstruowany w sposób umożliwiający maksymalnie łatwą i szybką obsługę cuttera; l dowolność w tworzeniu układów kroju, l kompatybilność z systemami do przygotowania produkcji firmy Gerber (między innymi AccuMark) oraz większością systemów CAD; l Z1 działają w środowisku Windows.

„INTEX” Sp. z o.o. ul. Olejniczaka 4, 41-902 Bytom tel. 32 282 83 37, 32 281 02 61 www.intex.bytom.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


maszyny, urządzenia i narzędzia

39

„INTEX” Sp. z o.o., ul. Olejniczaka 4, 41-902 Bytom tel. 32 282 83 37, 32 281 02 61 www.intex.bytom.pl

ROZWIĄZANIA SYSTEMOWE DLA PRZEMYSŁU MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH

ZAPEWNIAMY: fachową pomoc i doradztwo handlowo-techniczne; l sprzedaż kompletnych systemów wraz z instalacją, całościową gwarancją oraz szkoleniem operatorów; l oprogramowanie w języku polskim; l obsługę serwisową; l sprzedaż części zamiennych, papieru i akcesoriów stosowanych w przemyśle lekkim. l

OFERUJEMY: l linie laminujące oraz klejarki Reliant Machinery; l komputerowe systemy przygotowania produkcji i zarządzania danymi produkcyjnymi; l komputerowe systemy automatycznego tworzenia układów kroju; l najwyższej klasy plotery; l automatyczne systemy warstwowania i podawania materiałów; l systemy automatycznego wielowarstwowego rozkroju tkanin i materiałów kompozytowych; l systemy automatycznego jednowarstwowego rozkroju tkanin i materiałów kompozytowych.

t

reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


40

maszyny, urządzenia i narzędzia

Obróbka kompozytów w skali od mini do maxi

Nie inaczej jest też w kwestii maszyn do obróbki kompozytów – rosnące wymagania jakościowe i silna konkurencja w branży, wymuszają rozwój tej dziedziny. Potrzebne są coraz to wydajniejsze i dokładniejsze metody obróbki skrawaniem powstających wyrobów kompozytowych. Firma FANUM, polski producent maszyn CNC, obserwuje ten trend od lat i systematycznie rozwija swoją ofertę tak, aby sprostać rosnącym wymaganiom w aktualnych realiach rynkowych.

Nie ma odwrotu od koncepcji Industry 4.0 i automatyzacji produkcji Brak wykwalifikowanej siły roboczej w przemyśle zmusza przedsiębiorców do automatyzacji nawet najprostszych procesów produkcyjnych. Szukając odpowiedniej obrabiarki, coraz większą wagę, oprócz odpowiedniej jakości i wydajności obróbki, przywiązuje się do uproszczonej obsługi maszyn, a także do automatyzacji załadunku i rozładunku przedmiotów obrabianych na stołach roboczych maszyn.

Zrobotyzowane maszyny FANUM Polski producent maszyn wychodzi naprzeciw rosnącym wymaganiom swoich klientów. Do zastosowań specjalnych, FANUM proponuje zrobotyzowane cele z manipulatorami załadowczo-rozładowczymi, wyposażonymi w specjalizowane chwytaki mechaniczne lub przyssawki dostosowane do konkretnego zadania. Podobnie jak w przypadku budowy samych obrabiarek, rodzimy producent stawia bardzo wysokie wymagania swoim poddostawcom. Maszyny powstają we współpracy tylko z renomowanymi dostawcami, takimi jak np. Yaskawa czy Schmalz. Siłą FANUM jest doskonała znajomość rodzimego rynku i jego problematyki, co pozwala na opracowanie specyficznego modelu nie tylko oferty produkcyjnej FANUM, ale także całego systemu sprzedaży i wdrożeń oferowanych maszyn na rynku polskim i innych rynkach rozwijających się. Bezpośredni kontakt z klientem pozwala bardzo precyzyjnie określić jego potrzeby, odpowiednio dobrać sprzęt oraz precyzyj-

nie określić wydajność i jakość produktu przed podjęciem decyzji o inwestycji. Szerokie spektrum oferty oraz innowacyjność w wyszukiwaniu dedykowanych rozwiązań powoduje, że znaczny wolumen produkowanych maszyn przez FANUM, to te szyte na miarę – dostosowane do jednostkowych potrzeb klienta.

Konstrukcje do wielu zastosowań Oferta FANUM zawiera kilka różnego typu konstrukcji, które powstały dla zaspokojenia specyficznych potrzeb produkcyjnych wielu firm z różnych branż przemysłu. Maszyny te służą głównie do wytwarzania narzędzi produkcyjnych, takich jak modele, formy oraz pomocnicze przyrządy obróbkowe. Obok już wymienionych zastosowań, służą one też do wysokowydajnej, seryjnej produkcji wyrobów gotowych (np. przy okrawaniu elementów termoformowanych i laminatów kompozytowych). Główną cechą odróżniającą serie konstrukcyjne maszyn są ich układy kinematyczne. Są to kolejno: centra obróbcze bramowe z jednym lub dwoma ruchomymi stołami; następnie obrabiarki ze stałym stołem i ruchomym portalem oraz maszyny typu „ruchomy most”, które wyróżnia największa wśród maszyn FANUM, dostępna przestrzeń robocza (szerokość i wysokość wynosi kilka, a długość – nawet kilkadziesiąt metrów). Innymi słowy, szeroka oferta rodzimego producenta sprawia, że każdy znajdzie w niej coś dla siebie. Wspólnym mianownikiem maszyn FANUM, są przede wszystkim: doskonała wydajność i jakość obróbki, osiągana dzięki najwyższej jakości zastosowanych komponentów i przemyślanych konstrukcji budowanych urządzeń.

Nowoczesność i technika na najwyższym poziomie Maszyny FANUM są konstruowane i budowane w oparciu o najnowocześniejsze metody i systemy CAD/CAM oraz systemy symulacji obciążeń typu MES. Nadążając za bieżącymi trendami w przemyśle obrabiarkowym i w myśl koncepcji Industry

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

t

Włókna szklane i węglowe, laminaty, wyroby termoformowane oraz związane z ich produkcją modele i formy, czyli ogólnie rzecz biorąc – branża kompozytowa i przetwórstwa tworzyw sztucznych, w Polsce i na świecie z roku na rok rośnie w siłę. Jest to jedna z najbardziej innowacyjnych i rozwojowych dziedzin, gdzie rodzimi producenci już nie tylko podążają za trendami światowymi, ale wręcz zaczynają wyznaczać standardy jakościowe i technologiczne.


maszyny, urządzenia i narzędzia

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

41


42

maszyny, urządzenia i narzędzia

4.0, firma FANUM dostosowuje swoje działania oraz budowane maszyny do coraz większych wymagań stawianych przez swoich klientów. W tym celu są prowadzone ciągłe inwestycje i odpowiednie modernizacje wyposażenia produkcyjnego oraz sprzętu i metod prowadzenia działań serwisowych. Aby to realizować, do wstępnego ustawiania i kalibracji obrabiarek zostały zakupione zaawansowane narzędzia i przyrządy. Dla ułatwienia wykonywania, w razie potrzeby, diagnozy i ewentualnej korekcji parametrów głowic roboczych, dwa lata temu firma FANUM opracowała i wdrożyła system autokalibracji dla maszyn pięcioosiowych. Funkcja ta umożliwia użytkownikowi maszyny dokonać w bardzo krótkim czasie sprawdzenia oraz skorygowania w sposób automatyczny, parametrów geometrycznych w ustawieniu głowicy roboczej. Wdrożenie to zostało docenione i nagrodzone Złotym Medalem podczas jednej z wystaw Międzynarodowych Targów Poznańskich.

Niezawodność w praktyce Pozytywna opinia użytkowników maszyn spod znaku FANUM, zdobyta i ugruntowana w czasie już kilkunastu lat działalności tej firmy, jest oparta na przyjętych od początku, zasadach ścisłej współpracy z klientami. Wszystkie obrabiarki są budowane po dogłębnym przeanalizowaniu wymagań technicznych i wydajnościowych, postawionych przed FANUM już podczas pierwszych kontaktów z potencjalnym klientem. Niemniej istotne są dalsze etapy współpracy, w tym – uruchomienie maszyny w zakładzie klienta. Obrabiarki są instalowane i uruchamiane na docelowym

stanowisku roboczym przez techników producenta, a personel obsługujący zostaje przeszkolony podczas wspólnie prowadzonego procesu wdrażania maszyny do zadań produkcyjnych. Taki model pracy gwarantuje płynne uruchomienie produkcji, eliminując do minimum ryzyko zaistnienia komplikacji w pierwszej, najtrudniejszej fazie normalnego użytkowania maszyny.

Przestój serwisowy? Nie z FANUM! Dopełnieniem działań produkcyjnych i będącym jednocześnie normalnym elementem dobrze funkcjonującej firmy są prowadzone na wysokim poziomie, szybko i skutecznie, usługi wydziału serwisowego. Wszystkie maszyny produkcji FANUM są przystosowane do połączenia z internetem dla prowadzenia zdalnej diagnozy aktualnego stanu układu automatyki. Pomaga to technikom producenta w sposób niezwłoczny, pomóc użytkownikowi przy usuwaniu przyczyn zaistniałej usterki.

W przypadku, gdy jest nieodzowna wizyta na miejscu, u użytkownika, technicy FANUM, dzięki teleserwisowi są w stanie w bardzo krótkim czasie ustalić potrzeby, np. w zakresie wymiany konkretnego podzespołu i wyjeżdżając do interwencji, mogą odpowiednio przygotować części zamienne i narzędzia potrzebne do rozwiązania problemu. Duża elastyczność i doświadczenie personelu, zdobyte w czasie wielu lat pracy w innym przedsiębiorstwie, prowadzonym równolegle i należącym również do spółki Skorupski-Wójcik (będącej właścicielem FANUM), owocuje coraz dłuższą listą referencyjną użytkowników oraz ich zadowoleniem z efektów pracy maszyn tej marki.

Klienci wierni marce Powyższe działania dowodzą swojej skuteczności w statystykach sprzedaży – FANUM może się pochwalić blisko 100% współczynnikiem klientów wiernych marce na rynku polskim, doceniającym ponadstandardową jakość oferowanych obrabiarek i obsługi posprzedażnej na tle zagranicznej konkurencji. Wysoki stopień innowacyjności produktów FANUM, a także możliwość dostarczenia maszyny specjalnej, dostosowanej dokładnie do danego procesu, umożliwia potencjalnemu klientowi skutecznie ubiegać się o dofinansowania unijne, gdyż w tej sytuacji ww. cechy wnoszą końcowy efekt w postaci znacznego wzrostu ocenianych wskaźników.

FANUM Skorupski-Wójcik Sp. j. Wielopole Skrzyńskie 11B 39-110 Wielopole Skrzyńskie info@fanum.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


maszyny, urządzenia i narzędzia

reklama

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

43


44

maszyny, urządzenia i narzędzia

Kompozyt CFRP obrabiać może każdy? Wielu w to wierzy. Jednak ci, którzy doświadczyli przemysłowej obróbki tworzyw kompozytowych wiedzą, jak złożone są to zagadnienia. Doświadczenia przy frezowaniu materiałów kompzytowych, walka z powstałym pyłem zawieszonym, postawiły dostawcę obrabiarek CNC firmę HG-Grimme w nowym świetle. HG-Grimme rozprawia się z pyłem zawieszonym i wiórami w kombinacji potrójnej. Etap pierwszy: umieszczony chwyt powietrza odsysa pył i wióry z okolicy narzędzia i transportuje dalej przewodem wzdłuż agregatu frezarskiego. Etap drugi: rzędy otworów systemu odciągu umieszczone w/na korpusach przyrządów obróbkowych i usytuowane w okolicach krawędzi obrabianego detalu powodują, że widz ma wrażenie „obróbki bezwiórowej“. Wióry znikają sprzed oczu. Pył i wióry kierowane są w dół do kolektorów zbiorczych. Etap trzeci: króćce podciśnieniowej instalacji odciągowej usuwają zapylone powietrze z kabiny lub pomieszczenia, w którym pracuje obrabiarka. Te 3 etapy odwiórowania powodują, że długość życia prowadnic, łożysk i wszystkich elementów ruchomych wydłuża się znacznie. Nie należy zapomnieć o korzyściach dla zdrowia personelu pracującego w pobliżu maszyny. Do osiągnięcia celu, jakim jest „czyste frezowanie“, opracowano nową, specjalną kategorię narzędzi. Charakteryzuje je większy nacisk jednostkowy ostrza narzędzia na materiał. Nie powstaje znany

nam wiór, ale „drobny okruch“. Wysokie prędkości posuwu, wysokie prędkości obrotowe wrzecion, wysoka precycja nadążania narzędzia za konturem wyznaczonym przez program – czy maszyny spod znaku HG-Grimme podołają temu zadaniu? Kilkudziesięcioletnie doświadczenie firmy i wspaniałe referencje, dowodzą, że TAK! Tak czy inaczej, walka idzie nie tylko o dobrej jakości powierzchchnię, ale o precyzję i czas obróbki! HG Grimme ze swoim doświadczeniem w zakresie dostarczania kompletnych systemów jawi się interesujacym partnerem w interesach. Zapraszamy do zapoznania się z kilkoma propozycjami na jesień 2019.

HG 5-osiowy system ze stołem obrotowym RT-F 1400/RT-F-T 1400 To fantastycznie kompaktowa obrabiarka. Obrotowy stół o średnicy 800 mm pracuje w zakresie kątowym +/- 1080⁰. Zakresy pracy osi liniowych X/Y/Z, to: 800/1000/700 mm. 1 lub dwa stoły robocze. Zastosowana przegroda umożliwia bezpieczną obsługę i wymianę materiału/detalu podczas obróbki biegnącej na drugiej stacji. Masa maszyny: ok. 3000 kg. Sterowanie Siemens Sinumerik lub NUM. Moce elektrowrzecion: 2,5–8 kW. Obroty maks.: 20 000 lub 40 000 1/min.

HG 5-osiowe centrum obróbkowe P-S-F/P-T-F Maszyna bardzo stabilna, wyposażana w 1 lub 2 stoły robocze. Stałe lub ruchome. Kilka wersji elektrowrzecion (2,5–8,5 kW) i kilka wersji magazynów narzędzi. Laserowy pomiar stanu narzędzia, sondy pomiarowe Renishaw lub Blum, automatyczne smarowanie, specjalne systemy odwiórowania, wiele wersji stołów roboczych. Dopuszczalne obciążenia stołów: 300 kg/ 800 kg. Sterowanie Siemens Sinumerik. Przestrzeń robocza dla obróbek 5-osiowych: od 1000 x 1000 x 850 mm do 2500 x 1900 x 1250 mm.

HG 5-osiowe centrum obróbkowe gantry G-S-F Ekonomicznie uzasadniona wersja obrabiarki do wydajnego frezowania tworzyw sztucznych i kompozytów. Chętnie stosowana w przemyśle motoryzacyjnym. 1 lub 2 stacje robocze. Możliwość wyjazdu stołu poza kabinę celem załadunku/rozładunku. Bardzo kompaktowa konstrukcja z możliwością zastosowania napędów liniowych. Kilka wersji elektrowrzecion i możliwość wyboru wersji magazynu narzędzi, sond, czujników, odciągu wiórów, agregatów smarowania mgłą olejową… .

HG-Grimme w Polsce: (obróbka modeli, tworzyw sztucznych, kompozytów, aluminium) j.mierzejewski@hg-grimme.de www.hg-grimme.de tel. 22 822 33 77 tel. kom. 601 222 904 Entro Holdings Sp. z o.o. (obróbka elementów termoformowanych) Agnieszka Skłodowska Al. Wilanowska 91 m.6 02-765 Warszawa tel. 22 642 23 74 tel. kom. 604 255 258 biuro@entro.com.pl www.entro.com.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


maszyny, urządzenia i narzędzia

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

45


46

maszyny, urządzenia i narzędzia

Obróbka materiałów kompozytowych to wyzwanie Skąd wiedzieć, jak obrabiać materiał kompozytowy, z którym mamy do czynienia po raz pierwszy? Prawdopodobnie zniszczysz kilka elementów drogiego materiału i złamiesz lub przypalisz kilka narzędzi. Następnie poszukasz porady - jest to część rzeczywistości. Najprostszym rozwiązaniem znaleźć odpowiednie narzędzie dopasowane do obrabianego materiału. N-POL cutting tools jest w tym momencie czymś w rodzaju eksperta w dziedzinie obróbki kompozytów, który już na wczesnym etapie rozwinął swoje doświadczenie w dziedzinie obróbki kompozytów tworzyw sztucznych. Od ponad 8 lat rozwijamy produkcję narzędzi do obróbki materiałów kompozytowych i tworzyw sztucznych. Mamy w swej ofercie ponad 80 różnych geometrii frezów i wierteł do kompozytów, tworzyw sztucznych czy aluminium. Kompozyty są obecnie szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Ich ekstremalna sztywność i wysoka wytrzymałość na rozciąganie oraz niska waga, która jest znacznie niższa w porównaniu do wagi stali, a nawet aluminium daje wielkie korzyści w budowie wielu części składowych gotowych wyrobów w różnych sektorach przemysłu, takich jak: lotnictwo, motoryzacja, energetyka; poza tym odkształcenia cieplne są prawie zerowe. Te mechaniczne właściwości materiałów kompozytowych stanowią wysokie wymagania dla narzędzi tnących. Specjaliści od obróbki opracowali specjalne zakresy frezowania i wiercenia narzędzi dla CFRP, GRFP, które umożliwiają efektywne i ekonomiczne obróbki tych materiałów. Obróbka kompozytów może wyglądać jak obróbka metalu, ale ten wygląd jest mylący. Części wykonane z materiałów kompozytowych, takich jak tworzywo sztuczne wzmacniane włóknami węglowymi (CFRP), coraz częściej wykorzystywane w komponentach lotniczych, mogą być mocowane i obrabiane na tych samych obrabiarkach, co obróbka części metalowych. CFRP może być nawet obrabiany przy użyciu podobnych narzędzi skrawających jak części metalowe, choć jest to mniej prawdopodobne i opłacalne. Gdy tylko krawędź tnąca uderzy w obrabiany element, okazuje się jednak, że obróbka skrawaniem kompozytów jest zupełnie

inna. Sam proces usuwania materiału kompozytowego jest inny. W obróbce skrawaniem metalu mechanizmem tym jest odkształcenie plastyczne. Materiał jest bardziej miękki niż narzędzie, a wióry obrabiane przez krawędź skrawającą kierunkowane są wzdłuż linii spirali narzędzia skrawającego. Ale przy obróbce materiałów kompozytowych – nacisk skrawania rozkłada się na rozcinanie włókien ułożonych w różnych kierunkach. Podczas skrawania CFRP czy GFRP – nie ma mowy o wiórach. Mamy tu do czynienia z mechanizmem skrawania materiału, można by lepiej to określić jako rozdrabnianie, kruszenie czy też ścieranie obrabianego materiału. Obróbka skrawania powoduje rozdrabnianie twardych włókien węglowych lub szklanych. W trakcie tego procesu krawędź tnąca ulega znacznemu ścieraniu, które może prowadzić do szybkiego zużycia. N-POL cutting tools jako jeden z liczących się producentów narzędzi z pełnego węglika w Europie oraz jako pionier w produkcji narzędzi do kompozytów w Polsce stawia na rozwój najbardziej zaawansowanych technologii cięcia. Specjalizuje się w konkretnych wyzwaniach i do ekstremalnych zastosowań. Opracowujemy specjalne geometrie narzędzi skrawających w rosnącym segmencie kompozytów, stawiając na unikalne wyzwania i możliwości cięcia materiałów kompozytowych. Unikalne cechy kompozytów wymagają narzędzi o wysokiej wytrzymałości i odporności na ścieranie. Węglik spiekany dobierany do produkcji takich narzędzi, to wyselekcjonowane sorty najlepszych europejskich dostawców. Geometria ostrza musi być tak dobrana, aby materiał włóknisty był cięty bez delaminacji i uszkodzeń. Dobierana jest w zależności od struktury warstwowej żywicy z różnych komponentów żywicy. N-POL cutting tools kontynuuje opracowywanie rozwiązań dla branży wraz z wprowadzeniem serii produktów o unikalnej geometrii. Przy konstruowaniu

narzędzi kładziemy szczególną wagę na geometrię, która jest różnorodna w zależności od składu obrabianego kompozytu, dodatkowo dostępne jest kilka powłok zwiększających żywotność narzędzia. Do produkcji narzędzi wykorzystujemy najnowszej generacji bardzo precyzyjne szlifierki CNC z silnikami liniowymi, które gwarantują odpowiednią precyzję i jakość obróbki. W stosunku do konwencjonalnych maszyn narzędzia produkowane na tych maszynach mają bardzo wysoką powtarzalność, a automatyzacja i robotyzacja produkcji pozwala na ekonomiczne ich wytwarzanie, co przekłada się na niższe ceny narzędzi dla odbiorcy końcowego. Firma N-POL cutting tools oferuje również rozwiązania indywidualne. Narzędzia tnące oferuje od średnic 2 mm do 20 mm oraz indywidualnie przygotowane narzędzia do obróbki, które spełnią Państwa wymagania. artykuł sponsorowany

N-POL Mazańcowice 1093 43-391 Mazańcowice tel. 603 937 374 info@npol.com.pl www.npol.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


maszyny, urządzenia i narzędzia

47

– Czujemy dumę, że urządzenie, któremu poświęciliśmy tyle czasu i energii jest już gotowe. OVE to idealne narzędzie do szybkiego druku wszelkiego rodzaju kolorowych prototypów. Znajdzie zastoso-

Polaków, od pomysłu, poprzez proces twórczy, aż po efekt końcowy, wspierał amerykański dostawca komponentów, marka Memjet. Produktem finalnym współpracy jest Drukarka A4, szybka, tworząca obiekty wysokiej jakości i, co najważniejsze, w pełnej gamie kolorystycznej. Twórcy OVE podkreślają, że jest to o wiele tańsze, a wciąż zaawansowane jakościowo, rozwiązanie niż dostępne na rynku drukarki profesjonalne. Drukarka 3D łączy technologię FFF z najszybszym na świecie układem drukującym inkjet, a moduł kolorujący jest przystosowany do szybkiej integracji z drukarkami innych producentów. CEO firmy Tomek Płuciennik wyjaśnia, że OVE jest gotowe do skomercjalizowania nowatorskiej drukarki. Zainteresowanie produktem wyrażają m.in. inwestorzy z Niemiec i Stanów Zjednoczonych.

wanie w przemyśle, edukacji, architekturze, medycynie, marketingu czy rozrywce – tłumaczy Płuciennik. I zdradza, że marka będzie prowadzić przedsprzedaż podczas listopadowych FORMNEXT – organizowanych we Frankfurcie prestiżowych targów branży addytywnej, gdzie prezentowane są najnowsze osiągnięcia ze świata druku 3D. CEO OVE podkreśla, że projekt udało się doprowadzić do obecnego etapu m.in. dzięki współpracy z zespołem dr. Roberta Sitnika z Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej. Obecnie udział kolorowych drukarek 3D w całym rynku jest marginalny, głównie z powodu braku funkcjonalnych materiałów oraz wysokich kosztów użytkowania. OVE przynosi zmianę, dzięki zastosowanej technologii koszty druku będą niższe, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości, m.in. wzbogaceniu wydruków 3D o warstwę koloru i umożliwieniu łatwego kolorowania obiektów przez nakładanie tekstur oraz adnotacji. Urządzenie celuje w niszę urządzeń dla profesjonalistów, ale w kosztach zakupu, materiałów i użytkowania będzie to bardziej przystępny system. Źródło: www.plastech.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

t

Profesjonalna kolorowa drukarka 3D o 75% taniej niż dotychczas? Polska firma OVE stworzyła innowacyjne urządzenie, które ceną bije na głowę drukarki z najwyższej półki.

reklama

Polacy chcą zmienić rynek profesjonalnego druku 3D


48

branża gumowa

Wytłaczarki do gumy i silikonu – najnowsze mieszanki, najnowszy sprzęt Biorąc pod uwagę szerokie zapotrzebowanie na wyroby gumowe o wysokiej jakości oraz zróżnicowanym przeznaczeniu, coraz większy nacisk kładzie się na udoskonalenie receptur mieszanek do wyrobów gumy. Zauważalne jest również wprowadzanie na rynek coraz to nowszych mieszanek gumowych o pożądanych, nowych właściwościach. W skład mieszaniny wchodzi zazwyczaj jeden z kilku rodzajów kauczuku oraz pozostałe surowce, mające wpływ na końcowe właściwości produktu. Mieszanki przeznaczone do wytłaczania gumy cechują się możliwie dużą plastycznością, a także, co ważne, zdolnością do zachowania kształtu wytłaczanego profilu. Te dwie właściwości fizyczne mają decydujące znaczenie w kształtowaniu ogólnej jakości wyrobów z gumy. W trakcie wyboru odpowiedniej mieszanki gumowej, warto również kierować się takimi parametrami jak twardość mieszanki oraz warunki zastosowania. W obecnym momencie, na rynku istnieje wielu producentów gumy, którzy specjalizują się w tworzeniu najnowszych mieszanin. Dopracowali oni technologiczne procesy produkcji do perfekcji, w celu otrzymania jak najlepszego gumowego produktu. Po opracowaniu idealnego składu mieszanki do produkcji gumy, kluczowym czynnikiem wyróżniającym producenta na tle konkurencji, pod kątem jakości sprzedawanych produktów, są maszyny, które zostaną zastosowane w procesie produkcji elementów gumowych. Dlatego tak ważne jest wybranie wytłaczarek do gumy, w których zastosowano najnowocześniejsze rozwiązania techniczne. Wytłaczanie jest jedną z głównych metod przetwórstwa gumy – wspomnianą techniką produkuje się takie wyroby jak np.: węże, sznury o różnych profilach, uszczelki, kable oraz wiele półproduktów o zróżnicowanym przeznaczeniu. W związku z tym, kluczowym elementem podczas zakupu wytłaczarki do produkcji gumy jest wybór producenta, który odpowiednio dobierze sprzęt do potrzeb klienta.

ZAMAK MERCATOR posiada w swojej ofercie wytłaczarki niewielkich rozmiarów, stosowane do wytłaczania precyzyjnych profili gumowych o małych gabarytach lub pracujące jako wytłaczarki w procesie koekstruzji, ale i także duże maszyny do profili wielkogabarytowych wytłaczanych z dużą wydajnością. Istotne jest, że wytłaczarki są projektowane i dobierane do każdego projektu indywidualnie, zarówno pod względem wielkości, typu maszyny, jak i pod względem geometrii ślimaka. Wszystko po to, aby zapewnić perfekcyjne dopasowanie wytłaczarki, narzędzi i przetwarzanych materiałów oraz wytłaczanych profili. Wytłaczarki sprawdzą się do przetwarzania zarówno mieszanek gumowych ogólnego, jak i specjalnego przeznaczenia. Dzięki temu każdy kto potrzebuje w swojej produkcji zastosowania procesu wytłaczania gumy, jest w stanie skonfigurować wytłaczarkę ZAMAK MERCATOR dopasowaną do stosowanych przez siebie materiałów. Jednoślimakowe wytłaczarki do gumy i silikonu ZAMAK MERCATOR, ze względu na swoją innowacyjną konstrukcję, doskonale sprawdzą się podczas pracy nawet w trudnych warunkach z wysokimi ciśnieniami i dużym obciążeniem. Sekretem ich niezawodnego działania są m.in: wysokie możliwe do osiągnięcia w trakcie pracy momenty obrotowe oraz zapewnienie stałego maksymalnego momentu obrotowego w całym zakresie prędkości przy jednoczesnym niskim zużyciu energii. Dodatkową zaletą jest wyposażenie wytłaczarki w opracowany przez ZAMAK MERCATOR mechanizm zamknięcia klinowego z napędem hydraulicznym oraz zawiasem podtrzymującym głowicę, który umożliwia jej otwieranie i zamykanie przy użyciu niewielkiej siły, nawet w przypadku głowic o dużej masie. Technologia 3D pozwala na współpracę z zamknięciem klino-

wym, polegającą na centrowaniu głowicy względem cylindra w trakcie zamykania. Jest to rozwiązanie zapewniające bezpieczeństwo i wygodę pracy. Cały proces jest kontrolowany poprzez sterownik urządzenia oraz system bezpieczeństwa, który wykorzystuje sygnalizację optyczną oraz dźwiękową. Ekologiczne termoregulatory zastosowane w wytłaczarkach posiadają doskonałe parametry techniczne i jednocześnie są proste w obsłudze. Trwałe i wytrzymałe komponenty gwarantują niezawodność działania oraz możliwie największą dokładność termostatowania, co przekłada się bezpośrednio na jakość otrzymanych elementów gumowych. W związku z obserwowanym rozwojem w sektorze przetwórstwa gumy spowodowanym wysokimi wymaganiami klientów, jakie stawiane są nowoczesnym gumom, producenci wyrobów gumowych dokładają wszelkich starań, by ich produkty były wytrzymałe i spełniały indywidualne oczekiwania. Oferta wytłaczarek ZAMAK MERCATOR jest więc kierowana do producentów, którym zależy na tym, aby ich produkty były bezkonkurencyjne i słynęły jako wyroby gumowe najwyższej jakości. ■

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


branża gumowa

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

49


50

branża gumowa

Badania wytrzymałości na ścinanie geokompozytów wykonanych z pakietów sprasowanych zużytych opon i materiału zasypowego

Badania wytrzymałości na ścinanie geokompozytów ALEKSANDER DUDA, DARIUSZ SOBALA, TOMASZ SIWOWSKI

Pakiety gumowe ze sprasowanych zużytych opon samochodowych (SZOS) to nowy materiał budowlany z recyklingu do stosowania w budownictwie komunikacyjnym. Materiał ten charakteryzuje się małym ciężarem objętościowym, bardzo dobrymi właściwościami drenażowymi oraz dużą zdolnością do tłumienia drgań. Celem badań była ocena pracy geokompozytów złożonych z pakietów SZOS i materiałów zasypowych (keramzyt, kruszywo gumowe 4–20 mm, piasek) stosowanych w budowlach ziemnych w infrastrukturze komunikacyjnej. Przeprowadzono badania tarcia/poślizgu pomiędzy materiałem zasypowym a gumą pakietów oraz badania wytrzymałości na ścinanie geokompozytów z pakietów SZOS i materiału zasypowego. Wyniki badań wykazały duże opory ścinania (kąty tarcia wewnętrznego) pomiędzy pakietami a materiałami zasypowymi i potwierdziły możliwość technicznie efektywnego ich wykorzystania w budowlach ziemnych infrastruktury komunikacyjnej. Przedmiotem badań omówionych w artykule jest nowy materiał budowlany pochodzący z recyklingu sprasowanych zużytych opon samochodowych (SZOS) w postaci pakietów. Zużyte opony są ściskane w specjalnej prasie, następnie spinane taśmami z tworzyw lub ocynkowanymi drutami ze stali sprężynowej wysokiej wytrzymałości. Pakiet SZOS ma kształt zbliżony do prostopadłościanu (rys. 1). Wysokość pakietu jest z reguły równa średnicy sprasowanych opon, a szerokość i długość zależy od liczby użytych opon (zwykle 100–140 sztuk), parametrów technicznych wykorzystanej prasy (tj. wymiaru komory i siły prasowania) oraz długości elementów spinających. Prasowanie zużytych opon do formy pakietów umożliwia 3–4-krotne ograniczenie przestrzeni ich składowania w stosunku do składowania w stanie luźnym. W podobnym stopniu wzrasta efektywność transportowa zużytych opon w formie pakietów [1]. Główne właściwości fizyczne i mechaniczne pakietów SZOS, ustalone na podstawie badań własnych i studiów piśmiennictwa, zestawiono i porównano w tabeli 1 z analogicznymi parametrami kruszywa mineralnego. Planowanym głównym obszarem masowego wykorzystania materiału z recyklingu w formie pakietów SZOS są wszelkiego rodzaju komunikacyjne budowle ziemne, np. korpusy nasypów drogowych, stre-

fy dojazdowe do przyczółków obiektów mostowych oraz konstrukcje oporowe. Przeprowadzone badania miały na celu ustalenie wartości jednego z podstawowych parametrów wykorzystywanych w projektowaniu tego typu budowli, jakim

jest wartość kąta tarcia pakietów sprasowanych opon po podłożu gruntowym, zasypowym i ewentualne potwierdzenie wartości podawanych w literaturze [4, 7]. Badania wykonano z użyciem pakietów SZOS, zmieniając rodzaj materiału zasypowego (warstwy kontaktowej) między pakietami. Dobór materiału zasypowego był podyktowany potrzebą opracowania geokompozytu najtańszego, najlżejszego lub/i w największym możliwym stopniu wykorzystującego materiały z recyklingu.

Materiał i metody Materiały wykorzystane w badaniach Badanie przeprowadzono wykorzystując trzy pakiety SZOS (P1, P2 i P3) o wymiarach i ciężarze podanych w tabeli 2. Materiał zasypowy między pakietami wykonano kolejno z trzech rodzajów kruszyw, tj.: piasku średniego, kruszywa gu-

Rys. 1. Pakiety SZOS (a), połączenie drutów spinających pakiety (b) Tabela 1. Porównanie właściwości pakietów SZOS z kruszywami naturalnymi Pakiety SZOS

Kruszywo mineralne (piaski, żwiry)

Źródło

Ciężar objętościowy [kN·m-3]

5-6

18- 20

[4]

Kąt tarcia [°]*

35-36

[-]

[7]

Kąt tarcia wewnętrznego [°]

[-]

35-40

[-]

Moduł odkształcenia [MPa]

0,8-1,3

40-100

[4]

Współczynnik filtracji [cm·s-1]

2-4

0,1-1

[4]

Przewodność cieplna [W· (m·K) ]

0,07

0,4-0,7

[7]

Wibroizolacyjność

bardzo wysoka

niska

[7]

Cecha

-1

* wartość odnosi się do poślizgu między pakietami bez warstwy zasypki

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


51

branża gumowa

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Tabela 2. Charakterystyka pakietów - próbek badawczych Próbka

Długość

Szerokość

Wysokość

Ciężar

[-]

[m]

[m]

[m]

[kN]

*P1

2,05

1,31

0,74

10 ± 0,2

*P2

2,07

1,31

0,75

10 ± 0,2

*P3

2,07

1,32

0,75

10 ± 0,2

*P1, P2, P3 – oznaczenia próbek badawczych

Tabela 3. Charakterystyka materiałów zasypowych Materiał zasypowy

Uziarnienie

Ciężar nasypowy

Kąt tarcia wewnętrznego

Wilgotność

Stan gruntu

Źródło

[-]

[mm]

[kN·m-3]

[°]

[%]

[-]

[-]

Piasek średni

0,25-1,00

16,5 ± 0,5

35,2

12,6; 12,8

luźny/ średnio zagęszczony

[6]

Kruszywo gumowe

4-20

4,2

35-37

9,8; 11,0

luźny

[3]

Keramzyt

8-20

3,2

35,3

18,7; 22,2

luźny

[6]

Rys. 2. Schemat stanowiska badawczego (a), stanowisko badawcze w trakcie badań (b)

t

mowego stanowiącego mieszankę chipsów i granulatu gumowego (Tire Derived Aggregate, TDA) oraz sztucznego keramzytu geotechnicznego. Charakterystykę wykorzystywanych materiałów zasypowych podano w tabeli 3. Stanowisko badawcze Badanie wytrzymałości na ścinanie geokompozytu złożonego z pakietu SZOS i materiału zasypowego z kruszywa przeprowadzono w wielkowymiarowym stanowisku badawczym, specjalnie zaprojektowanym i zbudowanym w hali Wydziałowego Laboratorium Badań Konstrukcji Politechniki Rzeszowskiej (rys. 2). Stanowisko badawcze składało się z układu obciążenia/wymuszenia, badanej próbki geokompozytu, układu pomiarowego i balastu. Układ obciążenia składał się ze stalowych elementów oporowych zakotwionych w podłodze siłowej, siłownika poziomego generującego siłę do 40 kN i balastu w postaci płyt drogowych o ustalonym ciężarze lub/i pakietu SZOS. Badaniom poddano próbkę geokompozytu (pakiety SZOS, materiał zasypowy) uformowaną w samonośnej, wzmocnionej zastrzałami skrzyni drewnianej o wymiarach 2,4x1,8x1,0 m. Przemieszczenia mierzone były czujnikami indukcyjnymi, a siłę mierzono czujnikiem siły. Na rysunku 2 pokazano schemat i widok stanowiska badawczego. Przebieg i zakres badań Brak jest standardowych procedur badawczych dla określenia parametrów mechanicznych geokompozytów z wykorzystaniem pakietów SZOS. Jest to materiał w nowej formie technologicznej pakietów o dużych wymiarach typowych dla elementów konstrukcyjnych i stosunkowo małej sztywności zbliżonej do parametrów gruntów. Z tych względów w badaniach geokompozytu z pakietami SZOS nie mają wprost zastosowania znane procedury badań elementów konstrukcyjnych lub/i gruntów i kruszyw. Przeprowadzone badanie wymagało opracowania nowej procedury badawczej i indywidualnego planu badań. W badaniach wytrzymałości na ścinanie geokompozytu wykorzystano ogólną ideę badań wytrzymałości na ścinanie gruntów w aparacie bezpośredniego ścinania wg (PKN-CEN 2009). Procedura wykorzystuje zależność: τ = α · t g φ + c (1) gdzie τ – naprężenie styczne; α – naprężenie normalne; φ – kąt tarcia wewnętrznego; c – spójność (pomijalna w przypadku gruntów niespoistych). Dla odróżnienia od badań gruntów, w badaniach geokompozytu przyjęto, że φ oznaczać będzie kąt tarcia, jaki występuje na styku pakietów z materiałem zasypo-


52

branża gumowa

wym lub w samej warstwie materiału zasypowego. Zaplanowano badanie składające się z trzech etapów (rys. 3), tj.: I. Etap przyrostu wartości obciążenia poziomego przykładanego do pakietu SZOS. II. Etap utrzymania obciążenia (przemieszczenia tłoka) po stwierdzeniu wystąpienia poślizgu na lub w materiale zasypowym, aż do ustabilizowania się wartości siły ścinającej na siłowniku. III. Etap odciążenia. Dla każdego rodzaju materiału zasypowego zaplanowano i wykonano łącznie 12 badań w trzech cyklach. Poszczególne badania w cyklu różniły się ciężarem wykorzystanego balastu. Dla każdej próbki badawczej (P1, P2, P3) przewidziano badania przy 4 poziomach obciążenia wg tabeli 4. Podczas badań przeprowadzono następujące pomiary: l przemieszczenia tłoka siłownika poziomego – pomiar ciągły z wykorzystaniem wbudowanego w siłownik czujnika indukcyjnego o zakresie pomiarowym 0–400 mm; l wartości siły przekazywanej z tłoka na próbkę – pomiar ciągły wbudowanym czujnikiem siły o zakresie pomiarowym 0–40 kN; l przemieszczenia pionowego i poziomego (deformacji) badanego pakietu z wykorzystaniem 8 czujników indukcyjnych, w tym 4 czujników o zakresie pomiarowym 0–100 mm do pomiaru przemieszczeń pionowych stalowej płyty dociskowej po przyłożeniu balastu oraz 4 czujników o zakresie pomiarowym 0–300 mm do pomiaru przemieszczeń poziomych na przedniej stalowej płycie dociskowej (2 czujniki) i na tylnej powierzchni badanego pakietu (2 czujniki). Rejestracja wszystkich wyników pomiarów odbywała się automatycznie z częstotliwością nie mniejszą niż 0,5 Hz. Dane pomiarowe były zbierane za pomocą systemu akwizycji HBM typu Spider. W cyklu obciążenia realizowanym w etapie I (rys. 3) następowała deformacja postaciowa i przesunięcie pakietu wraz z balastem po materiale zasypowym (piasek średni, TDA lub keramzyt) do momentu przekroczenia wytrzymałości na ścinanie. Na podstawie przeprowadzonych wcześniej prób wstępnych przyjęto i zrealizowano w badaniach stałą prędkość wysuwu tłoka siłownika, równą 4 mm/min. Wstępne próby przeprowadzone z prędkością 2 mm/min nie wykazywały różnic w uzyskiwanych wynikach, a znacząco wydłużały cykl badań i skracały czas dostępny na pracochłonną przebudowę stanowiska. Za moment przekroczenia wytrzymałości

Tabela 4. Charakterystyka cykli badań Cykl badania

Próbka

Materiał zasypowy

Balast

Nacisk na strefę kontaktową**

Prędkość wysuwu siłownika

[-]

[-]

[-]

[kN]

[kN]

[mm·min-1]

1

P1, P2, P3*

S1, S2, S3*

10

22,2

4,0

2

P1, P2, P3*

S1, S2, S3*

16,2

28,4

4,0

3

P1, P2, P3*

S1, S2, S3*

26,2

38,4

4,0

4

P1, P2, P3*

S1, S2, S3*

31,8

44,0

4,0

Materiał zasypowy: S1 - keramzyt, S2 - kruszywo gumowe, S3 - piasek średni *P1, P2, P3, S1, S2, S3 – oznaczenia próbek badawczych ** - nacisk na strefę kontaktową = ciężar próbki + ciężar płyty dociskowej + balast

na ścinanie (poślizg) próbki przyjęto stan, w którym przemieszczeniu próbki towarzyszy zmniejszenie wartości obciążenia lub przemieszczenie próbki przekroczyczy 8–10% jej długości, tj. wartości około 160–200 mm.

Etap II badania (rys. 3) z zatrzymanym przemieszczeniem tłoka siłownika trwał około 5 min lub do momentu ustabilizowania siły ścinającej. Następnie, w etapie III próbkę odciążano z prędkością 10 mm/ min (rys. 3).

Rys. 3. Badanie wytrzymałości na ścinanie z podziałem na etapy dla próbki P2/S3-22,2 kN: (a) zależność siły od czasu (b) zależność siły od przemieszczenia

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


branża gumowa

53

Wyniki

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Rys. 4. Zbiorcze wykresy badania wytrzymałości na ścinanie próbki P2 dla materiałów zasypowych : (a) keramzytu, (b) kruszywa gumowego, (c) piasku średniego

Wnioski z badań Badania pozwoliły ustalić zastępcze wartości kąta tarcia φ oraz spójności c dla geokompozytów złożonych z pakietów SZOS i materiałów zasypowych z keramzytu geotechnicznego, z mieszanki chipsów i granulatu gumowego (TDA) oraz z piasku średniego (tab. 5). Wartości parametrów zastępczych dla geokompozytów określone w badaniach

charakteryzuje bardzo dobre dopasowanie do prostych aproksymujących opisane dużymi wartościami współczynnika determinacji (R2>0,96). Określone w badaniach zastępcze wartości kąta tarcia φ oraz spójności c dla pakietów SZOS są większe niż uzyskiwane przy współpracy badanych materiałów zasypowych z betonem, stalą i drewnem. Największe wartości badanych parametrów geokompozytu uzyskano dla piasku średniego, będącego jednocześnie

t

Na rysunku 4 przedstawiono wyniki badań próbki P2 przeprowadzonych w trzech cyklach dla różnych warstw kontaktowych i różnych wartości obciążenia balastem. Wykresy przedstawiają zależność siły poziomej F od przemieszenia Δ w poszczególnych etapach. Każda linia na wykresie przedstawia wyniki uzyskane w trakcie realizacji 3 etapów badania. Na wykresach zaznaczono przyjętą w dalszej analizie trwałą wartość siły ścinającej Ft, którą wykorzystano dla określenia parametrów mechanicznych geokompoztu. Siłę Ft przyjęto jako równą sile w siłowniku na początku III etapu badania (rys. 3). Wartość Ft wynika z zadanej prędkości przyrostu przemieszczenia tłoka poziomego równego 4 mm/min. W przypadku, gdy prędkość przemieszczenia tłoka jest znacznie mniejsza (na poziomie 0,1 mm/minutę lub wolniej), moment poślizgu uzyskuje się przy mniejszej sile ścinającej, zatem przyjęta trwała siła ścinająca jest co najwyżej równa charakterystycznej sile wywołującej poślizg. Wniosek ten wynika z obserwacji przebiegu ścieżki obciążenia, utrzymania przemieszczenia i odciążenia próbki, ma uzasadnienie w rzeczywistej pracy gruntów w masywie ziemnym, a także obserwowany jest w badaniach innych materiałów konstrukcyjnych (zjawisko relaksacji). Dla każdego materiału zasypowego S1, S2 i S3 otrzymano co najmniej 4 wartości trwałej siły ścinającej Ft . Dla trzech próbek otrzymano łącznie 12 wyników, które naniesiono na wykres zależności siły ścinającej F od siły normalnej N (lub naprężenia ścinającego τ od naprężenia normalnego σ) w postaci punktów. Wykorzystując sporządzone wykresy i metodę najmniejszych kwadratów, określono przebieg prostej aproksymującej punkty pomiarowe. Ponadto sprawdzono odchylenia punktów od wyznaczonej prostej, które nie przekraczają 25% wyznaczonej wartości naprężenia stycznego τ lub nominalnej siły ścinającej. Opisaną procedurę zaadoptowano z normy (PKN-CEN 2009). Na rysunku 5 przedstawiono wyniki przeprowadzonej analizy i podano równania prostych aproksymujących oraz wartość kątów tarcia określonych na podstawie ich nachylenia. Określonym w badaniach wartościom trwałej wytrzymałości na ścinanie Ft towarzyszą przemieszczenia pakietów stanowiące około 3-5% ich długości, tj. 60–100 mm (rys. 4).


54

branża gumowa najtańszym i najczęściej wykorzystywanym materiałem w komunikacyjnych budowlach ziemnych. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na możliwość efektywnego wykorzystania pakietów SZOS w budownictwie komunikacyjnym.

Literatura [1] A. Duda, K. Trojnar: (2016). Wykorzystanie zużytych opon samochodowych w budownictwie komunikacyjnym. Materiały Budowlane 7/2016, 80-82, doi: 10.15199/33.2016.07.26. [2] A. Duda, D. Sobala, T. Siwowski, D. Kaleta: (2016). Wykorzystanie materiałów z recyklingu opon samochodowych w budownictwie komunikacyjnym. Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej 21/2016, 97-111. [3] Geosyntec Consultants, Inc. (2008). Guidance Manual for Engineering Uses of Scrap Tires, Maryland Environmental Service, Annapolis, Maryland. [4] PAS 108:2007 - Specification for the production of tire bales for use in construction. British Standards Institution. [5] PKN-CEN ISO/TS 17892-7:2009. Grunty budowlane - badanie na ściskanie gruntów drobnoziarnistych w jednoosiowym stanie naprężenia. [6] Raport ReUse - Badania wytrzymałości na ścinanie materiałów zasypowych w laboratorium geotechnicznym Geotech Rzeszów Sp. z o.o. Materiał niepublikowany. [7] J.G. Zornberg, B.R. Christopher, M.D. Oosterbaan: (2005), Tire Bales in Highway Applications: Feasibility and Properties Evaluation. Colorado Department of Transportation, Report No. CDOT-DTD-R-2005-2, Denver, Colorado.

Artykuł został opublikowany w czasopiśmie: ACTA Scientiarum Polonorum seria Architektura 16(3), str. 3-12, DOI: 10.22630/ASPA.2017.16.3.01.

Rys. 5. Parametry mechaniczne strefy kontaktowej dla materiałów zasypowych: (a) keramzytu, (b) kruszywa gumowego, (c) piasku średniego

Tabela 5. Parametry mechaniczne Coulomba – Mohra dla geokompozytu złożonego z pakietów SZOS i materiałów zasypowych Materiał zasypowy

Warunki wilgotnościowe

Kąt tarcia φ

Spójność c

Wartość współczynnika determinacji R2

[-]

[-]

[°]

[kPa]

[-]

Keramzyt

Wilgotne

27,0

0,08

0,994

Kruszywo gumowe

Wilgotne

26,8

0,50

0,983

Piasek średni

Wilgotne

29,6

0,77

0,962

Badania wykonano w ramach projektu współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego pt. „ReUse - Innowacyjne materiały z recyklingu, zwiększające trwałość obiektów mostowych” (Innotech nr K3/IN3/38/228116/NCBiR/15), realizowanego przez konsorcjum złożone z firm Remost Dębica Sp. z o.o., Promost Consulting Sp. z o.o. sp.k. (lider konsorcjum), Geotech Rzeszów Sp. z o.o. oraz Politechnikę Rzeszowską.

mgr inż. Aleksander Duda dr inż. Dariusz Sobala prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski Politechnika Rzeszowska Wydział Budownictwa Inżynierii Środowiska i Architektury

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


branża gumowa

55

LANXESS poszerza gamę przedmieszek stosowanych do wzmacniania kauczuku Nowe przedmieszki koncernu LANXESS przeznaczone do produkcji wzmocnionych elementów z kauczuku są proste w obsłudze, nie pylą, są łatwe w dozowaniu, a do tego charakteryzują się znakomitymi właściwościami w obróbce. – Zastosowana w produktach Rhenogran P91-40 pulpa aramidowa z krótkimi włóknami gwarantuje wyjątkowe wzmocnienie. Dodatki z tej serii poprawiają stabilność wymiarową i wydłużają okres eksploatacji produktów końcowych – podkreślił dr Benjamin Bechem, kierownik ds. Marketingu Globalnego dla Technicznych Produktów Kauczukowych w Rhein Chemie (RCH) – jednostce koncernu LANXESS. Przedmieszki z zawartością włókien aramidowych dostępne były dotychczas dla kauczuku naturalnego, EPDM, NBR i CR. Można je również stosować dla kauczuku IR, BR, SBR i HNBR, co czyni je rozwiązaniem praktycznie uniwersalnym. Nowe dodatki wstępnie zdyspergowane w kauczuku silikonowym (Q) i fluorokauczuku (FKM) stanowią uzupełnienie oferty. – W kolejnym kroku planujemy opracowanie domieszek takiego rodzaju do stosowania w materiałach innych niż kauczuk, takich jak polimery termoplastyczne – dodał dr Benjamin Bechem.

Wzmocnienie krótkimi włóknami dla różnych zastosowań Produkt Rhenogran P91-40/Q jest przeznaczony w szczególności do produkcji elementów silikonowych takich jak podkładki i uszczelki, odpornych na wysokie temperatury, zużycie i charakteryzujących się wysoką trwałością. Silikonowa osnowa i poliamidy aromatyczne zastosowane w włóknach tworzą idealną parę, zwłaszcza w przypadku narażenia na duże naprężenia termiczne. Włókna Rhenogran P91-40/FKM zdyspergowane we fluorokauczuku można stosować przy produkcji specjalistycznych części gumowych przeznaczonych dla lotnictwa, które wytrzymują wysokie temperatury robocze, wymagają wysokiej odporności chemicznej i posiadają wyjątkowe własności dynamiczne. Każdy

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

z nowych dodatków zawiera ponad 40% zawartości masy włóknistej składającej się z włókien aramidowych Twaron 1091 producenta Teijin Aramid B.V., z siedzibą w Arnhem w Holandii. Gama produktów oferowanych przez jednostkę Rhein Chemie koncernu LANXESS obejmuje również dodatki wzmacniające oparte na włóknach celulozowych (Rhenogran WP – wood pulp, tj. pulpa drzewna) umieszczanych w polimerach takich jak SBR, EPDM czy PVC. Stosowana celuloza pochodzi z różnych gatunków drzew liściastych. Odnawialny materiał włóknisty jest biodegradowalny, toteż ma znaczący wpływ na opłacalność ekonomiczną tego dodatku.

Wstępnie zdyspergowane nanorurki węglowe (CNT) mają decydujące znaczenie Obecnie koncern opracowuje nanorurki węglowe Rhenogran stanowiące kolejne dodatki wzmacniające przeznaczone do szczególnych zastosowań wymagających odporności na jeszcze większe naprężenia mechaniczne. Dzięki stężeniu rzędu jednego do dwóch procent dla jednościennych i ponad dziesięciu procent dla wielościennych nanorurek węglowych (CNT), przedmieszki te można rozcieńczać w mieszankach nawet dwudziestokrotnie. Wyjątkowa przewodność cieplna i elektryczna charakterystyczna dla nanorurek węglowych to dodatkowe interesujące właściwości. Ta druga może przyczynić się do znacznej poprawy własności antystatycznych elementów z kauczuku naturalnego i syntetycznego. Przedmieszki z nanorurkami węglowymi Rhenogran mają rozszerzyć ofertę dodatków lateksowych z CNT zdyspergowanymi w wodzie, początkowo dostępnych wyłącznie w wysoce rozcieńczonej formie. Produkty bezwodne wytwarza się w drodze

zdyspergowania nanorurek węglowych Rhenofit poprzez koagulację. – Szczególnym wyzwaniem w produkcji przedmieszek ze zdyspergowanymi nanorurkami węglowymi jest odnalezienie odpowiedniej metody dyspersji. W tym celu stosujemy szczególnie delikatny proces, który pozwala uniknąć zniszczenia nanostruktur – wyjaśnił dr Benjamin Bechem i dodał: – Prowadzi on do rozwinięcia i rozdzielenia skupisk utworzonych w toku produkcji nanorurek węglowych, nie zaburzając przy tym ich równomiernego rozproszenia w mieszance kauczukowej. Równomierne wymieszanie składników jest kluczem do uzyskania optymalnego profilu właściwości w produkcie końcowym. Zwykle jest to niemożliwe w przypadku nanorurek węglowych dodawanych w formie proszku, a co za tym idzie w postaci skupionej. Prace rozwojowe nad dodatkami opartymi na nanorurkach węglowych rozpoczęły się w jednostce Rhein Chemie rok temu w ramach sojuszu innowacji Inno.cnt finansowanego przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych.

Dodatki kauczukowe z jednego źródła Koncern LANXESS zaopatruje przemysł kauczukowy w szereg wstępnie zdyspergowanych środków chemicznych, substancji wspomagających przetwarzanie, aktywatorów wulkanizacji i wypełniaczy, wosków chroniących przed światłem, środków antyadhezyjnych, farb do znakowania opon oraz wysokowydajnych przepon stosowanych w przemyśle oponiarskim. Koncern oferuje szeroką gamę dodatków, od środków antyrewersyjnych po ditiofosforany cynku. Szczegółowe informacje opublikowano pod adresem www.rch.lanxess.com. artykuł sponsorowany


56

branża gumowa

Zastosowanie granulatu gumowego SBR i politereftalanu etylenu pozyskanych z recyklingu, jako alternatywne składniki materiałów budowlanych

Alternatywne składniki materiałów budowlanych IZABELA ADAMCZYK

W artykule przedstawiono podstawowe metody recyklingu obejmujące ponowne wykorzystanie gumy użytej do produkcji opon samochodowych oraz butelek plastikowych (tj. politereftalanu etylenu potocznie zwanego PET) ze wskazaniem możliwości ich ponownego wykorzystania w materiałach budowlanych. Przedstawiono, jak recykling gumy i politereftalanu etylenu może stanowić podstawę do uzyskiwania materiałów budowlanych, które z chwilą wykorzystania ww. produktów poodpadowych uzyskują pożądane właściwości zwiększające efektywność ich zastosowania w budowlanych rozwiązaniach materiałowo–konstrukcyjnych. Podano również przykłady takich materiałów. Zwrócono uwagę, że umiejętne gospodarowanie obejmujące wykorzystywanie omawianych odpadów przyczynia się wydatnie do ochrony środowiska naturalnego. W podsumowaniu wskazano na skuteczność zastosowań zarówno gumy, jak i płatków PET do produkcji kompozytów redukujących oddziaływania mechaniczne oraz redukujące propagację fal mechanicznych. Materiały budowlane wykorzystywane w sektorze budownictwa mieszkaniowego i przemysłowego są poddawane ciągłym, szerokim modyfikacjom, mającym na celu znalezienie bardziej nowoczesnych, energooszczędnych, tańszych czy dających szersze możliwości zastosowań w różnych dziedzinach budownictwa [1]. Mając na celu dbałość o ochronę środowiska, prawidłowo prowadzoną gospodarkę odpadami oraz komfort życia ludzkiego, prowadzone są poszukiwania w kierunku nowych rozwiązań dla materiału budowlanego wykonanego na bazie surowca pozyskanego z recyklingu. Zagospodarowanie odpadów daje możliwość ochrony środowiska, wykorzystania tańszych surowców lub surowców jako substytutu dla tańszego, szybszego i bardziej efektywnego rozwiązania materiałowego [2]. W związku z ocieplaniem się klimatu na ziemi, kładzie się ogromny nacisk na prawidłowe gospodarowanie odpadami. Pozwala to oszczędniej wykorzystywać zasoby naturalne oraz powtórnie je zagospodarowywać. W związku z tym, Ustawa z dnia 24 maja 2018 roku, o odpadach, wprowadza pięciostopniową hierarchię sposobów postępowania z odpadami: l zapobieganie powstawaniu odpadów; l przygotowanie do ponownego użycia;

l recykling

odpadów; procesy odzysku; l unieszkodliwienie odpadów. Odzysk odpadów polega na poddaniu ich procesowi umożliwiającemu ponowne ich wykorzystanie. Recykling to przetworzenie odpadu i pozyskanie możliwie jak najwięcej składników do ponownej produkcji. Unieszkodliwianie odpadów to najbardziej nieefektywna forma likwidacji odpadów, która polega na utracie zasobów i braku możliwości pozyskania cennych składników [3]. W pracy rozpatrywany jest granulat gumowy SBR, surowiec powstający z recyklingu opon samochodowych, jako materiał tłumiący drgania dynamiczne l inne

i akustyczne oraz politereftalan etylenu w postaci płatków PET, powstający z recyklingu butelek plastikowych z zastosowaniem, jako lżejszy składnik danego materiału stosowanego w produkcji materiałów budowlanych.

Opona samochodowa – surowiec do materiałów budowlanych Opona samochodowa Opona samochodowa jest wyrobem gumowym, który składa się z ponad 200 składników, m.in. z wulkanizowanej gumy, kauczuku syntetycznego, stalowego kordu, włókien poliestrowych i tekstylnych, krzemionki i sadzy oraz innych substancji chemicznych. Poszczególne składniki opony samochodowej odpowiadają za jej konkretne właściwości i tak np. kauczuk jest głównym składnikiem bieżnika, a krzemionka czy sadza wzmacniają oponę. Budowę opony samochodowej, czyli: bieżnik, ściankę boczną, opasanie stalowe, warstwy usztywniające bieżnik (tekstylno-osłonowe), osnowę, wzmocnienie boku opony, drutówki oraz stopki, przedstawiono na rysunku 1 [2]. Ponieważ opona samochodowa nie ulega rozkładowi, konieczne jest przetwarzanie jej na poszczególne składniki: gumowe – opony cięte, połówki, strzępy, chipsy, granulat, miał, pył oraz pozostałe – kord tekstylny, kord stalowy [4].

Rys.1. Schemat budowy opony samochodowej (opracowanie własne)

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


57

branża gumowa Opony cięte oraz połówki są poddawane prasowaniu, a następnie sznurowaniu i drutowaniu w bloki. Sprasowane opony najczęściej wykorzystywane są przy budowach nasypów, wałów czy podbudowy dróg i stanowią ich podstawowe wypełnienie. Strzępy, chipsy oraz granulat to składniki dające możliwość wykonania drenaży, wibroizolacji lub lekkiego wypełnienia nasypów, nawierzchni boisk, chodników, elastycznych kostek brukowych, podkładów amortyzujących uderzenia [5]. Miał, pył oraz granulat o mniejszych frakcjach stosowane są do produkcji asfaltu, mat czy węży gumowych. Kord tekstylny wykorzystywany jest do produkcji mat termoizolacyjnych lub jako paliwo alternatywne w cementowniach i elektrociepłowniach. Natomiast kord stalowy stosowany jest do produkcji wzmocnionego betonu. Podstawowe zastosowanie przetworzonych poszczególnych składników opony samochodowej przedstawiono w tabeli 1. Recykling opon samochodowych jest odrębną gałęzią przemysłu. Stanowi skomplikowany proces, który przywraca odpadom gumowym ich plastyczność za pomocą trzech sposobów: chemicznego, mechanicznego i termicznego. Każdy z tych sposobów nie tylko przyczynia się do ochrony środowiska, ale również do wykorzystania tych odpadów m.in. w budownictwie lądowym i wodnym, np.: jako materiał do wzmacniania podłoży dróg i poboczy, skarp, nabrzeży, jako bariera dźwiękochłonna lub w portach jako odbojniki dla łodzi czy statków [2]. Recykling opon samochodowych dzieli się na: l recykling produktowy, w którym wykorzystuje się opony w całości lub pocięte i ewentualnie sprasowane. Jest to doskonały materiał do budowy wzmocnień nasypów, brzegów rzek i kanałów wodnych, falochronów i sztucznych raf na dnie mórz, a także podbudowy dróg [6]; l recykling materiałowy, polegający na procesie rozdrabniania gumy na poszczególne składniki. Rozdrabnianie wykonuje się w temperaturze otoczenia, metodą tzw. kriogeniczną lub metodą Berstorffa. Wszystkie te metody wymagają na wstępie pocięcia opon na kawałki. Metoda rozdrabniania opon w temperaturze otoczenia polega na wykorzystaniu młynów, granulatorów i walcarek do rozdrabniania pociętych opon. Powstają kawałki o nieregularnych kształtach, które zawierają kord stalowy i kord tekstylny. Następnie za pomocą elektromagnesu następuje usunięcie kordu stalowego, a sposobem pneumatycznej separacji usuwa się kord tekstylny. Metoda kriogeniczna

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

Tabela 1. Składniki opon samochodowych po recyklingu i ich zastosowanie. Opracowanie własne Składniki po rozdrobnieniu opony samochodowej opony cięte połówki opon

Wielkość cząsteczek [mm]

Przykładowe zastosowanie

>300

np. do budowy nasypów, podbudowy dróg

Strzępy

40-300

Chipsy

10-50

Ścier

0-40

do wykonywania drenaży, nawierzchni boisk, elastycznych kostek brukowych

Granulat

1-10

Miał

0,2-1

Pył

<0,2

kord stalowy

nieokreślona

do produkcji wzmocnionego betonu, jako zbrojenie rozproszone

kord tekstylny

nieokreślona

do produkcji mat termoizolacyjnych

polega na ochładzaniu poniżej temperatury kruchości pociętych kawałków opon w atmosferze ciekłego azotu. Otrzymuje się wówczas regularne kształty miału gumowego. Metoda Berstroffa to trzyetapowe rozdrabnianie mechaniczne kawałków gumy, które polega na rozcieraniu pociętych kawałków opon bez kordu stalowego za pomocą walców, a następnie rozcieraniu na wytłaczarce dwuślimakowej i chłodzeniu [2, 6, 7]; l piroliza to fizyczna metoda przy użyciu mikrofal i ultradźwięków. Tą metodą otrzymywane są trzy frakcje: olejowa, gazowa i stała, które poddawane są dalszej obróbce. Po tych procesach z opon samochodowych uzyskuje się paliwo stałe, gazowe, sadzę, olej opałowy, stal i węgiel aktywny [6, 7]; l recykling energetyczny, czyli odzysk energii cieplnej poprzez spalanie. Opony samochodowe mają wysoką wartość kaloryczną (7,5kcal/g), większą od węgla (6,3 kcal/g), dlatego stanowią paliwo alternatywne [7]. Wszystkie te metody przyczyniają się do zmniejszania obszarów składowania opon samochodowych, które w dużych ilościach, mogą doprowadzić do samozapłonu lub celowego podpalenia. Płonące zużyte opony wydzielają toksyczny dym, który zanieczyszcza powietrze, doprowadza do całkowitego wyniszczenia gleby,

do produkcji asfaltu, mat i węży gumowych

skaża wody gruntowe, niszczy w tym miejscu całkowicie florę i faunę. Dlatego ich zagospodarowanie, w sposób najbardziej efektywny dla środowiska i gospodarki, daje możliwość oszczędności zasobów naturalnych i energii, zmniejsza zanieczyszczenia i chroni środowisko. Zastosowanie gumy, granulatu gumowego SBR pozyskanego z recyklingu opony samochodowej Guma jest produktem wulkanizacyjnym, który powstaje z kauczuku naturalnego oraz syntetycznego i różnych domieszek zawierających 3% siarki oraz pozostałych dodatków. Jest podstawowym składnikiem opon samochodowych, które po zużyciu są poddawane recyklingowi i przetwarzane m.in. na granulat gumowy o różnych frakcjach. Granulat gumowy dzieli się na: strzępy (40–300 mm), chipsy (10–40 mm), granulat (1–10 mm), miał (poniżej 1 mm), pył (poniżej 0,5 mm), ścier (0–40 mm) [2]. Guma jest produktem szkodliwym dla środowiska naturalnego, a składowanie jej w dużych ilościach w jednym miejscu (na tzw. hałdach) stanowi zagrożenie pożarowe, dlatego poddaje się ją recyklingowi, który obejmuje podział na poszczególne frakcje. W zależności od rozmiaru granulatu gumowego jest on powtórnie wykorzystywany, m.in. większe frakcje (rys. 2a, b) stanowią składnik nawierzchni bieżni,

Rys. 2. Materiał pochodzący z recyklingu opon samochodowych: a) granulat gumowy o frakcji 4–6 mm; b) granulat gumowy o frakcji 2–4 mm; c) miał o frakcji poniżej 1 mm. (zdjęcia autorskie)


58

branża gumowa

placów zabaw oraz tzw. elastycznej kostki brukowej czy wykładzin dźwiękochłonnych, natomiast mniejsze frakcje (tzw. mączka gumowa) (rys. 2c) służą do produkcji różnych materiałów gumowych (np. mat lub dywaników samochodowych). Guma posiada dobre właściwości wibroizolacyjne, obejmujące tłumienie drgań mechanicznych, dlatego może być stosowana do produkcji ekranów dźwiękochłonnych, mat tłumiących drgania obejmujące np. drgania komunikacyjne lub też drgania powstające w wyniku pracy maszyn i urządzeń [8].

Opakowania spożywcze – surowiec do materiałów budowlanych Politereftalan etylenu (PET) Politereftalan etylenu (PET) jest termoplastycznym polimerem z grupy poliestrów o szerokim zastosowaniu w przemyśle spożywczym i tekstylnym. Politereftalan etylenu, w skrócie PET (wzór 1), jest to liniowy poliestr z aromatycznymi pierścieniami w łańcuchu. Otrzymywany w wyniku polikondensacji (reakcji polimeryzacji, przebiegającej stopniowo z wydzieleniem niskocząsteczkowego produktu ubocznego) kwasu tereftalowego z glikolem etylenowym. Kwas tereftalowy jest organicznym związkiem chemicznym z grupy dikarboksylowych kwasów aromatycznych, a glikol etylowy to chemiczny związek organiczny, który jest najprostszym alkoholem polihydroksylowym czyli cukrowym alkoholem [9, 10, 11].

Rys. 3. Materiał pochodzący z recyklingu butelek plastikowych: a) płatki PET bezbarwne; b) płatki PET kolorowe (zdjęcia autorskie)

następuje zgniatanie i transport do miejsca docelowej obróbki. Dalsze etapy przeprowadzane są już w zakładach recyklingu, gdzie odbywa się ręczne rozpakowanie zebranego materiału, usuwanie zanieczyszczeń i oddzielanie nakrętek. Dalej następuje mielenie butelek na tzw. płatki i kolejne ich czyszczenie obejmujące mycie i suszenie już powstałego półproduktu, który po tych czynnościach jest gotowy do dalszego przetwarzania [2]. Jednym ze sposobów wykorzystania płatków PET (rys. 3) jest przetworzenie go na granulat, który jest składnikiem do wykonania elementów formowanych wtryskowo, lub doprowadzenie granulatu do stanu płynnego i bezpośrednio wtryskiwanie go do form. Podstawowe właściwości politereftalanu etylenu to przede wszystkim bardzo duża odporność chemiczna, duża stabilność kształtów, duża trwałość oraz sztywność, dobra odporność na czynniki atmosferyczne, a także duża wytrzymałość mechaniczna i cieplna. Ze względu na brak szkodliwych substancji w politereftalanie etylenu, może on być dopuszczony do

(1)

Politereftalan etylenu najbardziej znany jest w postaci opakowań masowo stosowanych w przemyśle spożywczym. W szczególności z politereftalanu etylenu produkowane są tzw. butelki plastikowe. Ponieważ PET jest materiałem, który w zależności od zastosowanego składu rozkłada się w przedziale czasu od 100 do 1000 lat, stąd też w coraz to większej części poddawany jest recyklingowi [12]. Proces ten zaczyna się od zbiórki materiału (tj. zużytych opakowań), która następuje w oddzielnych, specjalnie oznaczonych pojemnikach, mając na celu łatwiejszą ich segregację. Kolejnym etapem jest tzw. segregacja wtórna, polegająca na ręcznym sortowaniu pozyskanego materiału ze względu na kolor. Po tych czynnościach

dla przemysłu chemicznego, produkcji izolacji w postaci włókien poliestrowych, jak również do produkcji warstw foliowych w przemyśle budowlanym oraz do produkcji żywicy poliestrowej [13]. Najbardziej rozwinięta jest jednak branża opakowaniowa z tworzyw sztucznych, ze względu na to, że opakowania z tworzyw sztucznych są lekkie i wytrzymałe, mogą przybierać dowolne kształty. Nadają się do produkcji opakowań dla artykułów spożywczych i przemysłowych. Przyczyniają się do ochrony zawartości opakowania, a w przypadku żywności, przedłużają jej przydatność do spożycia. Posiadają jednak wadę, mają bardzo krótki czas użycia i szybko stają się odpadem. Płatki PET są materiałem bardzo lekkim, mogą stanowić doskonałe wypełnienie różnych materiałów budowlanych lub stanowić ich składnik, dotyczyć to może np. betonu. Kolejnym budowlanym zastosowaniem płatków PET jest wykorzystanie ich w drenażu. Doskonałym przykładem drenażu jest płyta Izopet-R, opracowana przez Politechnikę Krakowską, o kształcie prostopadłościanu o wymiarach 1000 x 500 x 50, 75,100 mm. Charakteryzuje się mrozoodpornością i wysoką odpornością na naprężenia ściskające [14].

Wnioski kontaktu z żywnością, stąd największe wykorzystanie go w przemyśle spożywczym. Zastosowanie butelek plastikowych w postaci płatków PET pozyskanych z recyklingu Materiał pochodzący z recyklingu butelek plastikowych, czyli tzw. płatki PET, jest wykorzystywany m.in. do: wykonywania przeźroczystych folii poliestrowych czy pokryciowych, folii do termoformowania, czyli nadawania im konkretnego kształtu w wyniku oddziaływania termicznego, do produkcji tkanin na ubrania, tkanin obiciowych, m.in. na namioty, przy produkcji dywanów, jako włókno lub też przędza poliestrowa, do produkcji różnego rodzaju wyrobów plastikowych formowanych wtryskowo oraz do produkcji opakowań

Składniki powstałe w wyniku recyklingu opon samochodowych mają szerokie zastosowanie w budownictwie do produkcji materiałów budowlanych. Wynika to z potrzeby wykorzystania właściwości fizycznych gumy. W przypadku odpadów powstałych w wyniku przetworzenia politereftalanu etylenu wykorzystuje się możliwość ponownego ich użycia jako surowca do produkcji materiałów budowlanych. Umiejętne gospodarowanie tymi odpadami przyczynia się niewątpliwie do ochrony środowiska. Poza tym odpady gumowe oraz płatki PET można wykorzystać do oceny skuteczności kompozytów powstałych na ich bazie, służących do redukcji oddziaływań dynamicznych przy uwzględnieniu hipersprężystości omawianych materiałów [15].

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


branża gumowa Literatura [1] M. Major, I. Major: Ekologiczny kompozyt ścienny betonowo–gumowy, Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym 2016, 1(17), 61–66. [2] I. Adamczyk-Królak: Guma i politereftalan etylenu z recyklingu – składniki materiałów budowlanych, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej 2018, seria Budownictwo 24, 9-12. [3] Dz.U. Ustawa z dnia 24 maja 2018 r. O odpadach, określająca środki służące ochronie środowiska, życia i zdrowia ludzi zapobiegające i zmniejszające negatywny wpływ na środowisko oraz zdrowie. [4] W. Parasiewicz, L. Pyskło: Guma w samochodach – odzysk i recykling, Recykling 2005, 11, 10–12. [5] M. Major, I. Major: Wykorzystanie odpadów gumowych w budownictwie zrównoważonym, Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym 2014, 2(14), 38–45.

[6] A. Wojciechowski, R. Michalski, E. Kamińska: Wybrane metody zagospodarowania zużytych opon, Polimery 2012, 57 nr 9, 656-660. [7] J. Gronowicz, T. Kubiak: Recykling zużytych opon samochodowych, Politechnika Poznańska, Problemy eksploatacji, 2-2007, 5-18. [8] J. Niemiro: Analiza i wykorzystanie dźwiękochłonnych właściwości granulatu gumowego pozyskanego z recyklingu, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej 2016, seria Budownictwo 22, 257–264. [9] Materiały źródłowe: Raport roczny 2017, Plastics Europe, Stowarzyszenie producentów tworzyw sztucznych; 20.03.2019. [10] K. Ćwiek-Ludwicka: Politereftalan Etylenu (PET) – Aspekty zdrowotne i zastosowanie do pakowania żywności, Zakład Badania Żywności i Przedmiotów Użytku, Państwowy Zakład Higieny, Warszawa 2003 (54), nr 2, 175-182. [11] Zasoby internetowe: www.plastem.pl, tworzywa sztuczne, 05.05.2019 r.

59

[12] W. Królikowski: Polimerowe kompozyty konstrukcyjne, WN PWN, Warszawa 2012. [13] J.F. Rabek: Polimery. Otrzymywanie, metody badawcze, zastosowanie, WN PWN, Warszawa 2013. [14] Zasoby internetowe: www.promos. com.pl/izopet, 03.09.2019 r. [15] M. Major, J. Różycka: Gumopochodne materiały hipersprężyste – omówienie i kryteria praktycznego zastosowania, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej 2011, seria Budownictwo 17, 134–145.

Artykuł został opublikowany w Zeszytach Naukowych Politechniki Częstochowskiej nr 24 (2018), 9–12 DOI: 10.17512/znb.2018.1.01.

mgr inż. Izabela Adamczyk Politechnika Częstochowska Wydział Budownictwa ul. Akademicka 3 42–218 Częstochowa

EPDM – zdrowsza alternatywa Wielu z nas na co dzień korzysta z boisk, bieżni czy placów zabaw. Nowoczesne obiekty zapewniają warunki do sportowej rywalizacji, aktywnego wypoczynku i świetnej zabawy. Podłożem sukcesu są granulaty stosowane do nawierzchni sportowych i rekreacyjnych. Sztuczna trawa na boiskach wypełniana jest piaskiem i gumowym granulatem. Każdy z materiałów użytych do wypełnienia sztucznej trawy spełnia określone zadania: piasek odpowiada za drenaż, zaś gumowy granulat zapewnia odpowiednią elastyczność podłoża, a tym samym gwarantuje bezpieczne użytkowanie boiska ze sztuczną trawą. Zarówno piasek, jak i gumowy granulat dbają o to, aby włókna sztucznej trawy były zawsze ustawione pionowo. Dzięki temu trawa nie ulega ugniataniu i deformacji, nie traci na wyglądzie i funkcjonalności.

Wypełnienia Jako wypełnienie do sztucznej trawy stosuje się granulaty EPDM oraz SBR, zarówno z produkcji pierwotnej (virgin), jak i z recyklingu. Dotąd najpopularniejszym rozwiązaniem przy budowie boisk ze sztuczną trawą było użycie granulatu z SBR (kauczuku butadienowo-styrenowego) uzyskiwanego najczęściej z recyklingu opon. Jest to produkt stosunkowo tani, jednak ma liczne wady, m.in. nagrzewa się i ma charakterystyczny, intensywny, gry-

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l

zący zapach starych opon. Nieco lepszym rozwiązaniem są granulaty SBR virgin, jednak bezkonkurencyjnym wypełnieniem boisk sztucznych jest zasyp granulatem EPDM z pierwotnej produkcji.

Charakterystyka granulatu EPDM Granulat EPDM z pierwotnej produkcji ma wiele zalet, m.in.: l jest produkowany specjalnie pod to zastosowanie, nie jest to odpad, l ma odpowiednie parametry środowiskowe, l ma neutralną woń, l zielony granulat EPDM nie nagrzewa się do tak wysokich temperatur jak czarny SBR, jest więc przyjemniejszy dla użytkowników, l nie farbuje trawy, zatem nie psuje estetyki boiska, l ma odpowiednie parametry do użytkowania – jest badany od początku do końca procesu produkcji, a następnie w systemie ze sztuczną trawą, natomiast SBR jest odpadem, którego właściwości i charakterystyki czasem nie można przewidzieć.

TPE-V Warto zaznaczyć, że istnieje również trzeci rodzaj wypełnienia do sztucznej trawy – granulat termoplastyczny TPE-V. Jedynym producentem tego granulatu w Polsce jest

stargardzka firma Zakład Przemysłu Gumowego Stargum. Oferuje ona granulat TPE-V do zastosowania na nawierzchnie sportowe i rekreacyjne. Jego zaletą jest możliwość recyklingu i ponownego zastosowania przy jednoczesnym utrzymaniu pierwotnych parametrów. Ze względu na swoje właściwości idealnie nadaje się na posypkę do sztucznej trawy. Może być również zastosowany jako górna warstwa nawierzchni sportowej lub placu zabaw. Znajduje zastosowanie we wszystkich rodzajach nawierzchni, m.in. bieżnie, boiska sportowe, wielofunkcyjne boiska szkolne, bezpieczne place zabaw dla dzieci, hale sportowe i sale gimnastyczne, korty tenisowe, miejsca użyteczności publicznej, pola golfowe. Stargum opracowuje również nową generację tego granulatu o właściwościach elastotermoplastycznych w ramach projektu realizowanego w III Edycji Programu INNOTECH („Opracowanie i przygotowanie do produkcji nowego poliolefinowego tworzywa elastomerowego na wykładziny boisk sportowych i wyroby techniczne”, umowa nr: INNOTECH-K3/IN3/53/228403/ NCBR/14 z dnia 25.11.2014 r.). Celem badań jest opracowanie innowacyjnej technologii i zaprezentowanie klientom nowego produktu spełniającego najwyższe normy dotyczące elastyczności, odporności i trwałości. Źródło: www.boiskaistadiony.pl


60

targi i konferencje

Targami TOOLEX jesień się zaczyna 1–3 października 2019, Centrum Targowo - Konferencyjne Expo Silesia, Sosnowiec Liderzy rynku, wartościowe spotkania merytoryczne oraz zwiedzający, poszukujący nowych opcji zakupowych – to od lat najważniejsze czynniki wpływające na sukces oraz nieustający rozwój Międzynarodowych Targów Obrabiarek, Narzędzi i Technologii Obróbki TOOLEX. Obecność specjalistów oraz wysoki wskaźnik zamówień realizowanych w wyniku spotkań na targach sprawia, że marka TOOLEX jest rozpoznawalna i ceniona w Polsce i na rynkach zagranicznych. Edycja 2019 jest imponująca: w Expo Silesia prezentuje się ponad 500 wystawców i współwystawców z 13 krajów z propozycją branżowych rozwiązań niemal 600 światowych marek. Dwunasta już edycja Międzynarodowych Targów Obrabiarek, Narzędzi i Technologii Obróbki TOOLEX została objęta patronatem przez liczne branżowe i rządowe instytucje, które od lat wspierają targi merytorycznie. Udział w wydarzeniu biorą także liderzy z branży oraz przedstawiciele polskiego i światowego przemysłu obrabiarkowego i narzędziowego. Targi TOOLEX to także okazja do obserwacji ponad 450 maszyn w ruchu i nowości z branży na 15 tysiącach metrów kwadratowych, a najlepsze produkty ponownie będą walczyć w prestiżowym konkursie o medal Expo Silesia.

toolex.pl

Wśród prezentowanych nowości znajdą się m.in. centra obróbkowe CNC, pionowe, poziome i centra 5-osiowe, przecinarki taśmowe i tarczowe, a także frezy, płytki do toczenia i ściernice. Nie zabraknie zintegrowanych rozwiązań produkcyjnych opartych na drukowaniu 3D, oprogramowania wspierającego procesy obróbki, systemów do precyzyjnego pomiaru i analizy powierzchni, czy znakowania laserowego. Z myślą o rozwiązaniach dedykowanych Przemysłowi 4.0 zaprezentowana zostanie centralna platforma komunikacyjna do zdalnych usług serwisowych, czyli wbudowany w maszynie system, który pozwala na zdalne monitorowanie i zarządzanie obrabiarkami przez użytkownika. Wzorem ubiegłych edycji, równolegle odbywają się również Targi Olejów, Smarów i Płynów Technologicznych dla Przemysłu OILexpo, którym towarzyszy Środowiskowe Seminarium Tribologów, organizowane przez Polskie Towarzystwo Tribologiczne oraz Katedrę Eksploatacji Pojazdów Samochodowych i Katedrę Logistyki i Technologii Lotniczych Wydziału Transportu Politechniki Śląskiej. To potrzeby rynku sygnalizują konieczność stosowania udoskonalanych produktów o najwyższych parametrach, dlatego

toolex.pl

uczestnicy XXXX seminarium będą mogli dowiedzieć się m.in. jakie zastosowanie mają środki smarne w infrastrukturze kolejowej oraz jakie są możliwości smarowania w transporcie szynowym. W zakres nowości targów OILexpo wpisują się nowe systemy chłodzenia oraz innowacyjna wodorozcieńczalna ciecz obróbcza, stworzona na bazie roślinnej, wolna od olejów i emulgatorów, która zapewnia ochronę maszyn i operatorów. Zakres branżowy targów został wzbogacony o dwa salony tematyczne – TOOLEX dla Automotive – Salon Automatyzacji dla Automotive oraz Przemysł w Ruchu Salon Łożysk i Elementów Napędowych. Poszerzenie targów TOOLEX właśnie o te sektory sprawi, że ich rola profesjonalnej platformy wymiany informacji, doświadczeń i opinii nabierze jeszcze większego znaczenia dla branży i zapewni naszym wystawcom nie tylko możliwość spotkań z obecnymi i potencjalnymi klientami, ale również sprzyjać będzie pozyskaniu nowych zamówień. Targi nie pełniłby swojej roli, gdyby nie wartościowe merytorycznie i ciekawe spotkania z ekspertami, dlatego w Expo Silesia ponownie zagoszczą wydarzenia, podczas których uczestnicy będą mieli okazję do zapoznania się z najnowszymi technologiami i nowinkami rynkowymi. Po raz kolejny podczas targów TOOLEX odbędzie się „Starcie Szlifierzy”, organizowane przez firmę 3M. W ramach tego wydarzenia zapraszamy również na wykład prowadzony przez Główny Instytut Górnictwa i 3M: „Normy bezpieczeństwa, pomiary i zapobieganie czynnikom szkodliwym w procesach produkcyjnych”, a także na muzyczne show na szlifierkach kątowych, które przygotuje zespół ALL SOUNDS ALLOWED. Z kolei seminarium orgaznizowane przez ZP-TEAM Paweł Ziobro pozwoli nam na poznanie zastosowania innowacyjnych technologii i metod badawczych w kompleksowej optymalizacji procesu obróbki skrawaniem. Więcej informacji: www.toolex.pl

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE 3/2019 l


Profile for Tworzywa

Materiały Kompozytowe 3/2019  

Kwartalnik techniczno-informacyjny

Materiały Kompozytowe 3/2019  

Kwartalnik techniczno-informacyjny

Advertisement