Page 1

Nr 6/2017 (42) rok VIII cena 18,00 zł (w tym 8% VAT)

i s s n 2082-6877

T

Fot: www.freepik.com

dwumiesięcznik

REKLAMA

pasek rolbatch

w o r z y w a

p o l i m e r o w e

w

n a u c e

i

p r a k t y c e


SPIS TREŚCI LISTOPAD/GRUDZIEŃ 2017 r.

TWORZYWA POLIMEROWE

4

Degradacja hydrolityczna oraz ultradźwiękowa alifatycznych poliestrów kwasu bursztynowego i sebacynowego Nowoczesne materiały izolacyjne – pianka PIR Folie polietylenowe – surowce i niezbędne dodatki Zastosowanie techniki „hot-melt extrusion” w przemyśle farmaceutycznym

8 12 18

www.tworzywasztuczne.biz Redaktor naczelna Ewa Majewska ewa.majewska@tworzywasztuczne.biz tel. kom. 797 125 418 Dyrektor marketingu i reklamy Katarzyna Kajstura katarzyna.kajstura@tworzywasztuczne.biz tel. kom. 797 125 417 Manager ds. klientów zagranicznych Paweł Majewski redakcja@tworzywasztuczne.biz tel. kom. 514 602 067 Dział prenumeraty prenumerata@tworzywasztuczne.biz Redaktor techniczny: Lucyna Franczyk Korekta: Barbara Sput

MASZYNY, URZĄDZENIA I NARZĘDZIA

24 28 31

Dobre kolory? Tylko przy właściwym oświetleniu! Wytłaczarki i układy plastyfikujące – optymalizacja procesu Małe młynki – duże możliwości

TECHNOLOGIE

32 36

10 technologicznych trendów na rok 2018 według Gartnera Degradacja enzymatyczna elastomerów estrowych zawierających alkohole cukrowe Wpływ metody sterylizacji na właściwości fizykochemiczne elastomerów estrowych Biodegradowalne tworzywa do jednorazowych kapsułek kawowych Radioliza naturalnych i syntetycznych polimerów a ochrona dziedzictwa kulturowego Asfalty modyfikowane gumą Moduły SmartWire-DT otwierają nowe możliwości Omron aktualizuje swoje środowisko do projektowania maszyn

40

43 44

46 52 52

RECYKLING I TECHNIKI ODZYSKU

54

Biodegradowalne kompozyty polimerowe z surowców odnawialnych

Wydawca Media Tech s.c. mediatech@tworzywasztuczne.biz Adres redakcji ul. Żorska 1/45 47-400 Racibórz redakcja@tworzywasztuczne.biz tel./faks 32 733 18 01 www.tworzywasztuczne.biz Rada Programowa dr inż. Włodzimierz Baranowski dr inż. Wojciech Głuszewski dr hab. inż. Adam Gnatowski prof. PCz dr inż. Jacek Iwko dr inż. Tomasz Jaruga prof. dr hab. inż. Jacek W. Kaczmar dr inż. Jacek Nabiałek dr inż. Paweł Palutkiewicz dr inż. Marta Piątek-Hnat prof. nadzw. dr hab. inż. Andrzej Pusz prof. dr hab. inż. Janusz Sikora dr inż. Piotr Żach Każdy z członków Rady Programowej dwumiesięcznika „Tworzywa Sztuczne w Przemyśle”, który podczas dwóch kolejnych lat nie opublikuje żadnego artykułu, potraktowany zostanie jako rezygnujący z członkostwa.

Druk: Mdruk, Dąbrowa Górnicza

TARGI I KONFERENCJE

58 59 60

Rekordowa edycja Konferencji PLASTINVENT Druga odsłona The OXO Conference zorientowana na rynek TOOLEX 2017 – jubileuszowy sukces

Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń oraz artykułów sponsorowanych. Zastrzegamy sobie prawo do skracania i adiustacji tekstów. Przedruk i rozpowszechnianie artykułów i reklam opracowanych przez redakcję są zabronione bez zgody wydawcy.


tworzywa polimerowe

Degradacja hydrolityczna oraz ultradźwiękowa alifatycznych poliestrów kwasu bursztynowego i sebacynowego Agnieszka Kozłowska

D

egradacja polimerów jest określana w literaturze jako kombinacja zmian fizycznych oraz chemicznych zachodzących podczas przetwarzania, przechowywania i stosowania materiałów polimerowych. Jest to proces, który prowadzi do zmniejszenia się masy molowej polimeru, powodujący rozerwanie się łańcuchów i rozpad makrocząsteczki na mniejsze fragmenty, którymi np. mogą być produkty częściowego rozkładu, charakteryzujące się innym, zmienionym składem chemicznym [1]. Pojęcie degradacji dotyczy zarówno procesów, na skutek których zmniejsza się masa molowa polimerów oraz procesów, których efektem jest wytwarzanie się struktur rozgałęzionych lub sieciowanie. Degradacja może zachodzić pod wpływem różnych czynników chemicznych, fizycznych, atmosferycznych oraz biologicznych, w związku z tym możemy wyróżnić m.in. degradację termiczną, fotodegradację, degradację radiacyjną, biodegradację, degradację hydrolityczną, degradację ultradźwiękową itp. Degradacja hydrolityczna jest procesem rozkładu polimerów spowodowanym działaniem kwasów, zasad lub wody. Przeważnie tego rodzaju degradacji ulegają polimery addycyjne oraz kondensacyjne, takie jak poliestry, poliwęglany, poliuretany czy poliamidy. Wynika to z faktu, że wszystkie te związki wielkocząsteczkowe posiadają w swoim łańcuchu głównym polarne heteroatomy [3]. Główne czynniki wpływające na szybkość hydrolizy materiałów polimerowych: hydrofobowość/hydrofilowość powierzchni polimeru, stopień usieciowania lub krystaliczności materiału, polidyspersyjność i masa cząsteczkowa polimeru, warunki, w jakich prowadzony jest proces degradacji (np. pH, temperatura), typ kształtki (stosunek powierzchni kształtki do objętości, porowatość) [5]. Degradacja ultradźwiękowa jest procesem rozpadu polimeru pod wpływem działania ultradźwięków. Ultradźwiękami nazywamy fale mechaniczne o częstotliwości powyżej 20kHz. Wywołują one przemiany chemiczne polimeru oraz zwiększają odwracalne zmiany struktury, takie jak np. wytworzenie oraz rozpad krystalitów. Nasilenie tego rodzaju degradacji uwarunkowane jest natężeniem oraz częstotliwością drgań ultradźwiękowych. Pęknięcie głównego łańcucha polimeru może wystąpić przy końcu łańcucha, w środku lub w miejscu przypadkowym. Podczas, gdy degradacja termiczna powoduje głównie pękanie łańcucha na końcach i w miejscach przypadkowych, degradacja ultradźwiękami jest uprzywilejowana w pobliżu środka łańcucha polimeru. Degradacja polimerów następuje wskutek działania ultradźwięków o częstotliwości 20–25 kHz już w temperaturze 19–25oC. Na stopień degradacji polimerów wpływa rodzaj rozpuszczalnika, 4

temperatura prowadzenia procesu, intensywność ultradźwięków, obecność rozpuszczonych w układzie gazów. Stopień degradacji polimerów określany jest poprzez zmianę średnich ciężarów cząsteczkowych w zależności od czasu działania ultradźwięków. Masy cząsteczkowe wyznaczane są metodą chromatografii żelowej lub metodą wiskozymetryczną [4]. Pierwszymi polimerami, których biodegradowalność zaczęto dogłębnie i regularnie badać były poliestry alifatyczne. W trakcie badań stwierdzono, że związki te zaliczają się do najłatwiej biodegradowalnych syntetycznych polimerów, co uwarunkowane jest tym, że wiązania estrowe są bardzo podatne na hydrolizę chemiczną i enzymatyczną. Z racji ich dobrej podatności na degradację przez pewien czas zostały one „zaniedbane” przez naukowców, jednakże wznowienie zainteresowania spowodowało rozwój nowych materiałów poliestrowych ważnych dla wielu dziedzin, m.in. medycyny i ekologii [8]. Celem pracy była ocena podatności na degradację hydrolityczną i ultradźwiękową alifatycznych poliestrów butylenowych kwasu bursztynowego (PBSu) oraz kwasu sebacynowego (PBSe), otrzymanych metodą polikondensacji w stopie. Poliestry przebadano pod kątem zmian właściwości fizykochemicznych: ocena struktury chemicznej metodą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera, graniczna liczba lepkościowa, pomiar temperatury topnienia polimerów PBSu i PBSe oraz ich kopolimeru PBSu-co-PBSe. W pracy stosowane są skróty nazw polimerów pochodzące od angielskich nazw kwasu bursztynowego Su – succinic acid i sebacynowego Se – sebacic acid. SYNTEZA POLIESTRÓW W stalowym reaktorze wyposażonym w płaszcz grzejny umieszczono odpowiednie ilości kwasu bursztynowego i/lub sebacynowego oraz 1,4-butanodiolu. Wsad reakcyjny ogrzewano do temperatury 50oC. Po osiągnięciu przez mieszaninę reakcyjną tej temperatury włączono mieszadło i dodano do reaktora katalizator tytanowy. Następnie mieszaninę ogrzewano do temperatury ok. 150oC, w której rozpoczął się proces estryfikacji. Podczas tego etapu z reaktora odbierany był małocząsteczkowy produkt uboczny w postaci wody. Kolejnym krokiem było stopniowe obniżanie ciśnienia oraz podwyższanie temperatury do momentu ustabilizowania się tych parametrów. Końcowe ciśnienie wyniosło 3,1x10-1 mbar, a końcowa temperatura wyniosła 230oC. Obniżanie ciśnienia w reaktorze poprzedzało dodanie kolejnej porcji katalizatora. W trakcie obniżania ciśnienia i podnoszenia temperatury odbierany był nadmiar 1,4-butanodiolu z reaktora. Ostatnim etapem była reakcja polikondensacji, która Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe rozpoczynała się w momencie ustabilizowania się temperatury i ciśnienia. Produkt końcowy reakcji odbierany był w postaci żyłki ochładzanej wodą. Proces syntezy trwał ok. 5 godzin. Reakcja otrzymywania poli(bursztynianu butylenu) (PBSu):

Reakcja otrzymywania poli(sebacynianu butylenu) (PBSe):

Reakcja otrzymywania kopolimeru poli(bursztynian-co-sebacynian butylenowy) (PBSu-co-PBSe):

m = od 1 do mi; n = od 1 do ni. Można założyć, że w ostatniej reakcji powstaje kopolimer multiblokowy o blokach sztywnych i giętkich. Kopoliester ten składa się z bloku pochodzącego od estru butylenowego kwasu bursztynowego o „sztywniejszej” konstrukcji oraz bloku pochodzącego od kwasu sebacynowego, który ze względu na relatywnie dłuższy łańcuch alifatyczny pomiędzy grupami karboksylowymi będzie nadawał temu blokowi charakter segmentu giętkiego. WŁAŚCIWOŚCI Za pomocą aparatu Boetiusa ustalono temperatury topnienia otrzymanych materiałów. Dla materiału PBSu był to zakres 98–120oC, PBSu-co-PBSe – 43-64oC, a dla PBSe zakres temperatury topnienia wyniósł 52–61oC. Na podstawie uzyskanych temperatur topnienia można potwierdzić, iż polimery zawierające estry kwasu bursztynowego charakteryzują się wyższą temperaturą topnienia, a zatem także wykazują większą tendencję do krystalizacji. W kopolimerze sekwencje pochodzące od estru kwasu sebacynowego zakłócają zdolność do krystalizacji estrów kwasu bursztynowego. Badaniom wiskozymetrycznym poddano zarówno roztwory polimerów przed, jak i po procesach degradacji hydrolitycznej i ultradźwiękami. Graniczną liczbę lepkościową roztworów polimerów w chloroformie wyznaczono za pomocą wiskozymetru Ubbelohde’a, który po wypełnieniu odpowiednim roztworem był termostatowany w temperaturze 25oC. Skład poliestrów oraz wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono w tabeli 1. DEGRADACJA HYDROLITYCZNA W celu przeprowadzenia procesu degradacji hydrolitycznej użyto, jako medium degradacyjne, płyn SBF (Silmulated Body Fluid), który swym składem przypomina skład plazmy krwi człowieka. Otrzymane polimery zgranulowano, a następnie sprasowano na

prasie hydraulicznej na folie o grubości 0,5 mm. Temperatura prasowania została ustalona na podstawie temperatury topnienia polimerów. Z otrzymanych folii wycięto odpowiednią ilość krążków o średnicy 1 cm. Każdy z nich zważono, umieszczono w kuwecie i zalano przygotowanym wcześniej roztworem SBF. Tak przygotowane próbki były przechowywane przez osiem tygodni w inkubatorze z wytrząsaniem w temperaturze 37oC. Po wyjęciu próbek z kuwet, niewysuszone krążki zważono na wadze analitycznej. Dzięki temu można było wyznaczyć absorpcję wody. Zbadano także masę krążków po ich wysuszeniu, co pozwoliło na oznaczenie ubytku masy po degradacji hydrolitycznej. Ubytek masy badanych materiałów obliczono według poniższego wzoru: U [%] = [(m0 – m1)/m0] ∙ 100%, gdzie: m0 – masa próbki wyjściowej (przed procesem degradacji) [g]; m1 – masa wysuszonej próbki po procesie degradacji [g]. Absorpcję wody materiałów badawczych obliczono z poniżej podanego wzoru: AbH2O [%]=[(m2 – m1)/m0]∙100%, gdzie: m0 – masa próbki wyjściowej (przed procesem degradacji) [g]; m1 – masa wysuszonej próbki po procesie degradacji [g]; m2 – masa próbki mokrej po procesie degradacji [g]. Ubytek masy oraz absorpcję wody wyznaczono dla wszystkich próbek po 8 tygodniach degradacji. Każdą z próbek zważono przed, a także po procesie degradacji, zarówno na mokro jak i na sucho. Kolejno na podstawie uzyskanych wyników obliczono ubytek masy i absorpcję wody dla poszczególnych materiałów. Wyniki przeprowadzonych badań przedstawiono w tabeli 1 oraz na rys. 1. Na podstawie otrzymanych danych można wywnioskować, że wszystkie materiały badawcze są podatne na degradację hydrolityczną (rys. 1). Polimer PBSe z udziałem kwasu sebacynowego wykazał najmniejszy spadek masy, natomiast poliestry kwasu bursztynowego PBSu-co-PBSe oraz PBSu wykazały zbliżoną podatność na degradację. Biorąc pod uwagę budowę chemiczną otrzymanych

Rys. 1. Zmiany ubytku masy podczas 8-tyg. degradacji hydrolitycznej w SBF

Tabela 1. Zestawienie otrzymanych polimerów oraz wyniki przeprowadzonych badań

PBSu PBSu-co-PBSe PBSe

Temp. topnienia [oC]

Degradacja hydrolityczna po 8 tyg. [%]

Graniczna liczba lepkościowa GLL [dl/g]

kwasu bursztynowego

kwasu sebacynowego

Tm1

Tm2

absorbcja wody

ubytek masy

początkowa

100 50 0

0 50 100

98 43 52

120 64 61

2,79 2,64 1,45

2,05 2,15 1,72

1,02 1,18 1,12

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

po 8 tyg. degr. hydrolit. 0,85 0,98 0,66

po 120 min. sonikacji 0,88 0,98 0,95

t

Symbol

Udział wagowy estrów butylenowych [%]

5


tworzywa polimerowe polimerów, można przypuszczać, iż makrocząsteczka w procesie degradacji ulega rozpadowi w miejscu wiązania estrowego. Ponadto można zauważyć, iż najwyższym procentem absorpcji wody charakteryzuje się kopoliester PBSu-co-PBSe, a najniższym poli(sebacynian butylenowy). Spowodowane jest to tym, iż PBSe ze względu na dłuższy łańcuch alifatyczny pomiędzy grupami karboksylowymi, ma charakter najbardziej hydrofobowy, tak więc absorpcja wody jest w jego wypadku najmniejsza. Polimer i kopolimer z udziałem kwasu bursztynowego PBSu i PBSu-co-PBSe, ze względu na większą ilość wiązań estrowych, które pochłaniają wodę, wykazują charakter hydrofilowy, co widać w postaci większego % absorpcji. Przeprowadzone badania wiskozymetryczne oraz otrzymane wartości granicznej liczby lepkościowej GLL potwierdzają przebieg degradacji hydrolitycznej (rys. 2). Wszystkie z badanych polimerów wykazały się spadkiem masy cząsteczkowej pod wpływem środowiska degradacji, przy czym poliester kwasu sebacynowego (PBSe), który cechował się najmniejszym ubytkiem masy, wykazał największe zmiany wartości granicznej liczby lepkościowej. Z kolei materiały PBSu i PBSu-co-PBSe, charakteryzujące się wyższą podatnością na degradację hydrolityczną wykazały nieco wyższe wartości GLL. Na rysunku 3 przedstawiono zestawienie widm absorbancji materiału wyjściowego poli(bursztynianu butylenu) PBSu oraz po procesie degradacji hydrolitycznej. Dla pozostałych badanych polimerów wyników pomiarów FTIR wyglądały podobnie. W przedziale liczby falowej od 2913 do 2938 cm-1 można zaobserwować pasma, które związane są z występowaniem w polimerze grup –CH-, o charakterze drgań rozciągającym asymetrycznym. Następną grupą cechującą te polimery jest grupa

Rys. 2. Zmiany GLL (granicznej liczby lepkościowej) podczas 8-tyg. degradacji hydrolitycznej w SBF

–C=O-, która występuje w przedziale liczby falowej od 1706 do 1730 cm-1. Grupa ta odpowiada za występowanie w strukturze makrocząsteczki drgań rozciągających, pochodzących od estrów. Istotne zmiany, jakie również możemy zauważyć, znajdują się przy długości fali od 1011 cm-1 do 1159 cm-1. Pasmo w tym przedziale jest związane z występowaniem drgań rozciągających wywodzących się od grup estrów alifatycznych. Dla wszystkich omawianych materiałów wyjściowych zaobserwowano także pik w paśmie o długości ok. 1327 cm-1. Występowanie piku przy tej długości fali może pochodzić od deformacyjnych grup hydroksylowych, znajdujących się w polimerach. Na widmie absorbancji poliestru kwasu bursztynowego PBSu (rys. 3) po procesie degradacji można zauważyć zmiany w pasmach od 1500 cm-1 do 1200 cm-1. Zmiany te świadczą o rozpadzie grup estrowych i tworzeniu się w ich miejscach grup eterowych, co świadczy o postępie degradacji. Podobne wyniki zaobserwowano dla materiałów z udziałem kwasu sebacynowego PBSe i PBSu-co-PBSe przed- i po degradacji hydrolitycznej. DEGRADACJA ULTRADŹWIĘKAMI W kolbach miarowych o objętości 100 ml sporządzono 5% roztwory otrzymanych polimerów, rozpuszczając odpowiednie ilości próbek w chloroformie. Następnie roztwory umieszczono w sonikatorze na kolejno: 10, 20, 30, 60 i 120 minut, gdzie poddane zostały degradacji ultradźwiękami. Po określonym czasie sonikacji roztwory polimerów poddane zostały badaniom wiskozymetrycznym, w celu określenia zmian granicznej liczby lepkościowej po działaniu ultradźwięków. Na podstawie wykresu (rys. 4) można także zauważyć, że podczas sonikacji dla wszystkich badanych materiałów następuje

Rys. 4. Zmiany GLL (granicznej liczby lepkościowej) w zależności od czasu sonikacji roztworów polimerów

Rys. 3. Widma absorbancji PBSu – poliestru butylenowego z udziałem kwasu bursztynowego (KB) przed oraz po degradacji hydrolitycznej

6

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe spadek granicznej liczby lepkościowej, a zatem pod wpływem ultradźwięków następuje skracanie łańcucha polimerowego. Przebiegi zmian GLL dla wszystkich roztworów w zależności od czasu działania ultradźwięków są bardzo zbliżone, a różnice wynikają tylko z początkowych wartości granicznej liczby lepkościowej, a zatem działanie tego typu degradacji było zbliżone i nie zależało od rodzaju badanego polimeru. WNIOSKI Metodą polikondensacji w stopie zostały otrzymane butylenowe poliestry alifatyczne kwasów bursztynowego i sebacynowego. Opierając się na wynikach przeprowadzonych badań, można zauważyć, że wszystkie materiały ulegają degradacji hydrolitycznej oraz pod wpływem działania ultradźwięków. Świadczy o tym obniżająca się wartość granicznej liczby lepkościowej, a tym samym obniżająca się masa cząsteczkowa polimerów. Materiałem, który wykazał najwyższą wartość GLL przed degradacją, był kopolimer PBSu-co-PBSe, co może sugerować, że charakteryzował się on najwyższą masą cząsteczkową. Z kolei poli(bursztynian butylenowy) odznaczał się najwyższą temperaturą topnienia, której wartości znacznie przewyższały temperatury topnienia pozostałych polimerów. Na podstawie wyników przedstawionych w artykule można zaobserwować, iż materiały PBSu i PBSu-co-PBSe wykazały większy ubytek masy i absorpcję wody w odniesieniu do PBSe. Można wnioskować, że jest to spowodowane większą ilością łatwiej degradujących wiązań estrowych, niż w poliestrze kwasu sebacynowego. Podczas degradacji materiały rozpadały się na mniejsze cząsteczki, w wyniku czego nastąpiła większa absorpcja wody, a pochłaniana woda została przyłączona w miejsca rozpadu wiązań estrowych.

Badanie FTIR pozwoliło określić skład chemiczny wszystkich materiałów wyjściowych oraz po procesie degradacji hydrolitycznej. Na widmie absorbancji PBSu po procesie degradacji można zauważyć zmiany w pasmach od 1500 cm-1 do 1200 cm-1. Zmiany te świadczą o rozpadzie grup estrowych i tworzeniu się w ich miejscach grup eterowych, co świadczy o postępie degradacji. LITERATURA [1] N.M. Emanuel, A.L. Buchachenko, Chemical Physics of Polymer Degradation and Stabilization, New Concepts in Polymer Science, Utrecht, 1987. [2] J.F. Rabek, Współczesna wiedza o polimerach, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013. [3] Praca zbiorowa pod redakcją M. Kozłowskiego, Podstawy recyklingu tworzyw sztucznych, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998. [4] B. Grabowska, Biodegradacja tworzyw polimerowych, Archives of Foundry Engineering Vol. 10, Special Issue 2/2010, 58. [5] W. Szlezyngier, Tworzywa sztuczne: tworzywa ogólnego zastosowania, TOM 1, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 2012. [6] A. Stolarzewicz, Metody syntezy polimerów i ich charakterystyka, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 2005. [7] D. Sęk, A. Włochowicz, Chemia polimerów i polimery biodegradowalne, Wydaw. PŁ. Filia, Bielsko-Biała 1996. [8] Ann-Christine Albertsson, Indra K. Varma, Degradable Aliphatic Polyesters, Advances in Polymer Science, Vol. 157, Preface, 2002. dr inż. Agnieszka Kozłowska Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Instytut Polimerów Al. Piastów 45, 70-311 Szczecin

REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

7


tworzywa polimerowe

Nowoczesne materiały izolacyjne – pianka PIR Danuta Kukielska, Błażej Hanyż

W artykule przedstawiono potrzeby w zakresie nowoczesnych systemów izolacyjnych. Pokazano różnice właściwości użytkowych poszczególnych rodzajów materiałów. Przedstawiono efekty opracowania i wdrożenia technologii nowoczesnego materiału izolacyjnego, jakim jest poliuretanowa pianka PIR.

D

obre, nowoczesne materiały izolacyjne są niezbędne w produkcji wielu wyrobów. Można tu wymienić np. płyty warstwowe, drzwi zewnętrzne i chłodnicze, urządzenia chłodnicze, urządzenia do podgrzewania wody, samochody ciężarowe i kontenery izolowane termicznie. Są one także wykorzystywane jako termoizolacja dachów, rurociągów i instalacji przemysłowych. Rola materiałów izolacyjnych jest duża i stale wzrasta wraz ze wzrostem cen ogrzewania, w tym cen paliw. O wadze dobrej izolacji świadczą dane z rys. 1, 2, 3 [1]. Do poprawy efektywności w tej dziedzinie zobowiązują rozporządzenia krajowe i Dyrektywy Unijne [2], a zwłaszcza zobowiązanie do zmniejszenia emisji CO2 oraz optymalizacja zużycia energii i poszukiwanie oszczędności. Obowiązujące wymogi bezpieczeństwa stawiają wysokie wymagania jakościowe materiałom izolacyjnym. Klienci oczekują

Rys. 1. Ceny paliw

Rys. 2. Emisja dwutlenku węgla 8

termoizolacji o jak najwyższej odporności ogniowej, możliwie małej grubości warstwy izolującej, niskim ciężarze właściwym i oczywiście o jak najwyższej trwałości. Jako materiały termoizolacyjne powszechnie wykorzystywane są takie materiały jak: wełna mineralna, styropian, pianki poliuretanowe. POLIURETANOWE MATERIAŁY IZOLACYJNE Pianka poliuretanowa jest tworzywem sztucznym składającym się z komórek litego poliuretanu, który otacza pęcherzyki gazu, najczęściej dwutlenku węgla. W wyniku złożonych reakcji chemicznych ciekła mieszanina surowców, zwiększa swoją objętość nawet 60-krotnie, w wyniku czego staje się tworzywem o oczekiwanych właściwościach fizykomechanicznych (twardość, gęstość, elastyczność, odporność na zrywanie itp.), które korzystne są dla uzyskania dobrej izolacji. [3]. Właściwości izolacyjne pianek poliuretanowych w porównaniu z innymi materiałami izolacyjnymi są zdecydowanie korzystniejsze. Ilustruje to rys. 4 i 5 [1]. Dotychczas popularnym rodzajem tego materiału izolacyjnego jest pianka PUR (poliuretan). Alternatywnym materiałem do powszechnie stosowanej pianki poliuretanowej PUR jest inny rodzaj pianki poliuretanowej – PIR (poliizocyjanuran). PIR to skrót słowa „polyizocyjanurate” (polski odpowiednik: poliizocyjanuran), które jest nazwą piankowego materiału termoizolacyjnego należącego do rodziny poliuretanów. Istotny jest w nim charakterystyczny szczegół w budowie chemicznej: obecność pierścieniowych poliizocyjanurowych wiązań chemicznych, będących wynikiem reakcji chemicznej zachodzącej między związkami zawierającymi grupy wodorotlenowe okre-

Rys. 3. Ceny energii Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe

ślanymi jako poliole (składnik A) a poliizocyjanianami (składnik B). Takie wiązania między komponentami powstają w reakcji trimeryzacji tworzącej tzw. układy poliizocyjanuranowe stanowiące o szczególnych właściwościach użytkowych [4]. PODOBIEŃSTWA I RÓŻNICE Oba rodzaje pianek poliuretanowych są materiałami izolacyjnymi wysokiej klasy. Charakteryzują je: l najniższy możliwy do uzyskania praktycznie współczynnik przewodzenia ciepła; l niski ciężar właściwy; l dobre parametry mechaniczne; l możliwość stosowania różnego rodzaju okładzin; l możliwość wytworzenia pianki „in situ” – w miejscu stosowania; l szybkość instalacji; o o l trwałość w szerokim zakresie temperatur ( od –40 C do +200 C); l odporność chemiczna i biologiczna. Systemy izolacji na bazie pianki PIR/PUR spełniają Warunki Techniczne dotyczące bezpieczeństwa ogniowego. Pianki PIR przewyższają pianki PUR przede wszystkim: l lepszą odpornością termiczną – mogą pracować w temperaturze nawet do 200–250oC; l lepszą odpornością ogniową. Skład chemiczny obydwu materiałów jest bardzo podobny. Do ich produkcji używa się jako głównych składników: izocyjanianu i poliolu oraz odpowiednie dodatki – aktywatory i stabilizatory. Pianki różnią się proporcjami – ilością izocyjanianu. W przypadku pianki PIR izocyjanianu jest dużo więcej niż w standardowych pianach PUR. Zwiększenie ilości izocyjanianu kosztem poliolu umożliwia uzyskanie piany o dużo lepszych właściwościach ogniowych. W przypadku PUR rozerwanie łańcuchów związku chemicznego na skutek ognia i wysokiej temperatury następuje przy 200oC – dla PIR jest to 50% więcej – rozerwanie łańcuchów ma miejsce w 300oC. Dodatkowo bardzo korzystnym zjawiskiem, które występuje pod wpływem oddziaływania ognia i temperatury na pianki PIR jest powstawanie na ich powierzchni specjalnej zwęglonej powłoki, która uniemożliwia dostęp ognia do głębszych warstw, a tym samym wydłuża czas ognioodporności piany. Zjawisko to ma szczególne znaczenie przy płytach warstwowych zawierających rdzeń, który nadaje płytom własności izolacyjne oraz parametry konstrukcyjne umożliwiające utrzymywanie okładzin metalowych w stałej odległości. W efekcie w przypadku pożaru dachowa płyta warstwowa PUR momentalnie straci parametry konstrukcyjne, co spowoduje zaTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Rys. 5. Współczynniki przewodzenia ciepła λ decydujące o parametrach termoizolacyjnych

łamanie się dachu. Natomiast zastosowanie płyt warstwowych z pianką PIR stwarza większe prawdopodobieństwo trwałości konstrukcji, ponieważ powierzchniowa warstwa węgla cały czas będzie utrzymywać blachy w stałej odległości, stabilizując ich właściwości konstrukcyjne. Wyższość pianki PUR polega na tym, że ich produkcja jest łatwiejsza, a tym samym tańsza. PIANKA PIR – PRODUKT POLSKI W niektórych krajach europejskich technologia termoizolacji oparta na piance PIR zdobyła szerokie uznanie i zastosowanie, głównie w budownictwie. Do niedawna nie było w Polsce producenta systemów do pianki PIR – produkt jest importowany. Polychem Systems Sp. z o.o. we współpracy z Instytutem Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w ramach projektu celowego NOT podjął próbę wdrożenia do produkcji pianki PIR. Pianka poliizocyjanurowa (PIR) powstaje w wyniku chemicznej reakcji cząsteczek diizocyjanianów między sobą. Tworzą się w ten sposób pierścienie izocyjanurowe nadające specyficzne właściwości polimeru. Przy produkcji należy uwzględnić dwa podstawowe czynniki, które będą wpływać na osiągnięcie zakładanych parametrów jakościowych, a więc zwiększenie ognioodporności systemów. Pierwszy czynnik to zapewnienie w warunkach technologicznych wytwarzania jak największej ilości pierścieni izocyjanurowych, ponieważ odporność na temperaturę pianki jest tym większa, im więcej zawiera pierścieni izocyjanurowych w swojej strukturze. Do celów użytkowych zakłada się, że pianka PIR powinna wytrzymać działanie temperatury 250oC. Taką użytkową odporność temperaturową można uzyskać, jeśli w procesie produkcji wytworzy się odpowiednio dużą ilość pierścieni izocyjanurowych w piance, co ma miejsce przy indeksie izocyjanianowym I = 2,0 – 4,0. Drugi element, który należy rozważyć to zastosowanie dodatkowych składników, podnoszących dodatkowo odporność temperaturową polimeru. Odporność na ogień można dodatkowo zwiększać, stosując środki uniepalniające oraz niepalne środki spieniające. Największe zapotrzebowanie jest na pianki PIR, których reakcja na ogień mieści się w euroklasie E - jest to wystarczający wymóg dla najpowszechniej stosowanych systemów termoizolacyjnych w budownictwie i przemyśle, natomiast wyższe wymogi odporności są rzadziej pożądane, bowiem są niezbędne raczej w zastosowaniach specjalistycznych np. w drzwiach przeciwpożarowych. W zastosowaniach przemysłowych najczęściej stawianymi wymogami są odporność na wysokie temperatury i odporność 9

t

Rys. 4. Grubość (mm) izolatora przy wymaganym współczynniku U=0,24 W/m2K dla przegrody dachowej


tworzywa polimerowe Tabela 1. Właściwości pianki PIR POLYCHEM SYSTEMS Dokument odniesienia

Parametr

Wskaźnik szybkości rozwoju pożaru (FIGRA )

PN-EN 13823 test SBI

Pianka PIR wynik

381,9 W/s przy THR 0,4 MJ 592,9 W/s przy THR 0,2 MJ

Boczne rozprzestrzenianie płomienia w poprzek (LFS)

< krawędź próbki

Całkowite wydzielanie ciepła w ciągu 600 s badania (THR600s)

4,4 MJ

Czas ekspozycji PN-EN ISO 11925-2 Rozprzestrzenianie płomieni

na ogień, np. dla termoizolacji instalacji przewodzących media o temperaturze w przedziale od 120 do 200oC. Natomiast w budownictwie najważniejszymi wymogami są: odporność na ogień oraz jak najmniejsza ilość dymu wydzielana w czasie palenia. W porównaniu z obecnie szeroko stosowaną pianką PUR, pianka PIR pozwala na osiągnięcie o wiele bardziej korzystnych parametrów. Pianka PIR jest lepszym materiałem termoizolacyjnym od wełny mineralnej i styropianu, dlatego można z niej projektować cieńsze warstwy izolacji budynków i instalacji przemysłowych. W porównaniu z pianką PUR w znacznie mniejszym stopniu rozprzestrzenia ogień, dlatego jest znacznie bardziej korzystna pod względem bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Zgodnie z klasyfikacją wg PN-EN 13501-1+A1:2010 „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków -- Część 1: Klasyfikacja na podstawie wyników badań reakcji na ogień” w zakresie reakcji na ogień pianka PIR wytworzona z systemu produkcji POLYCHEM SYSTEMS uzyskała klasyfikację D-s2,d0. Daje to możliwość stosowania jej w elementach budynków o wyższej klasie odporności pożarowej niż jest to osiągalne dla standardowej pianki PUR. Produkty PIR w dużej części mogą wypełnić lukę w zastosowaniach, w których pianki PUR nie spełniają rosnących wymagań klientów.

Wymagania normowe klasa D

≤ 750 W/s przy progu THR 0,4 MJ

klasa C

≤ 250 W/s przy progu THR 0,4 MJ

klasa B

≤ 120 W/s przy progu THR 0,2 MJ

klasa D

Brak wymagań

klasa C

< krawędź próbki

klasa B

< krawędź próbki Brak wymagań ≤ 15 MJ ≤ 7,5 MJ

-

klasa E

15 s

TAK

klasy D-B

30 s

-

klasa E

≤ 150 mm w ciągu 20 s

TAK

klasy D-B

≤ 150 mm w ciągu 60 s

LITERATURA [1] Materiały szkoleniowe Polskiego Związku Producentów i Przetwórców Izolacji Poliuretanowych PUR i PIR SIPUR. [2] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/31/UE „Energy Performance of Buildings Directive. [3] Dane produkcyjne firmy NATURAL CHEMICAL PRODUCTS Sp. z o. o. Bydgoszcz, ul Wojska Polskiego 65. [4] J. Sawicki, Pianki izolacyjne PIR w budownictwie IZOLACJE 9/2007. [5] J. Paciorek-Sadowska, B. Czupryński, J. Liszkowska, W. Jaskółowski: Nowy poliol boroorganiczny do produkcji sztywnych pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych. POLIMERY 2010, nr 2, 99.

Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Materiały Budowlane” nr 4/2014, s. 25.

mgr inż Danuta Kukielska Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego mgr inż Błażej Hanyż – POLICHEM

REKLAMA

10

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

11


tworzywa polimerowe

Folie polietylenowe – surowce i niezbędne dodatki Edyta Gibas

Artykuł stanowi przegląd literaturowy dotyczący surowców do produkcji folii polietylenowej, środków ułatwiających przetwórstwo oraz dodatków wpływających na polepszenie właściwości użytkowych. Omówiono dodatki specjalne będące składnikami folii polietylenowych, nadające wyrobom foliowym właściwości: antyelektrostatyczne, antyblokingowe, antyfogingowe, oksy-degradowalne oraz przeciwdrobnoustrojowe (antimicrobal properties).

O

pakowania odgrywają ważną rolę w gospodarce każdego kraju, a przemysł opakowaniowy zajmuje znaczące miejsce wśród innych dziedzin produkcji. W 2013 roku zapotrzebowanie europejskich przetwórców tworzyw sztucznych wzrosło do 45,9 mln ton. W dalszym ciągu największym obszarem zastosowań tworzyw sztucznych był sektor opakowań z udziałem 39,4% (rys. 1) [1]. Związane jest to z faktem, że do ponad 90% produktów rynkowych potrzebne są opakowania. Dotyczy to szczególnie opakowań w branży spożywczej, dlatego też najbardziej dynamiczny rozwój opakowań przypada właśnie na tę branżę. Przemysł opakowaniowy rozwija się bardzo intensywnie, co jest związane z uszlachetnianiem materiałów, które ma na celu poprawę zabezpieczenia jakości produktów, ale także zwiększenie atrakcyjności marketingowej. Coraz częściej zwraca się również uwagę na funkcjonalność opakowania. Do niedawna opakowania spełniały głównie funkcję ochronną. Ich priorytetowym zadaniem było i nadal jest utrzymanie jakości produktu w czasie. Obecnie dzięki zaawansowanym technologiom można osiągnąć nie tylko utrzymanie odpowiedniej jakości zapakowanego produktu, ale również przedłużenie okresu przydatności do spożycia.

POLIETYLEN DO PRODUKCJI FOLII Poliolefiny (głównie PE – polietylen i PP – polipropylen) należą do najbardziej popularnych tworzyw sztucznych masowych, ze względu na stosunkowo łatwe przetwórstwo, niską cenę, funkcjonalność, obojętność biologiczną i estetykę. Polietylen od 1966 r. zajmuje pierwsze miejsce wśród produkowanych tworzyw w świecie, natomiast polipropylen charakteryzuje się największą dynamiką rozwoju wśród produkowanych w świecie wielkotonażowych termoplastów. Asortyment polietylenów do produkcji folii elastycznych obejmuje trzy podstawowe rodzaje PE: 3 l HDPE (gęstość >0,94 g/cm ); 3 l LDPE (gęstość = 0,915-0,939 g/cm ); 3 l LLDPE (gęstość = 0,88-0,93 g/cm ), czyli kopolimery etylen - α-olefina (C4-C8) wytwarzane z zastosowaniem katalizatorów Zieglera-Natty lub metalocenowych. Około 80% produkowanego LLDPE oraz 60% LDPE przeznaczone są do produkcji folii. Najczęściej stosowaną techniką przetwórstwa obydwu typów polietylenu małej gęstości jest wytłaczanie z rozdmuchem. Polietyleny te mogą być przetwarzane 12

Rys. 1. Zużycie tworzyw sztucznych w Europie (UE27+Norwegia, Szwajcaria) wg segmentów zastosowań i rodzajów tworzywa (2012) [1]

oddzielnie lub mieszane ze sobą. Stabilność rozdmuchiwanego rękawa z liniowego polietylenu (LLDPE) jest gorsza niż z LDPE (zmienia się szerokość rękawa). Katalizatory tradycyjne pozwalają otrzymać polimery o małej, dużej lub średniej masie cząsteczkowej w szerokim przedziale rozkładu mas cząsteczkowych otrzymywanych w wyniku polimeryzacji rodnikowej. Jednakże do postępu w rozwoju produkcji polietylenu przyczyniły się katalizatory zawierające metale przejściowe pozwalające uzyskać polimery o większej gęstości i krystaliczności w porównaniu z produktem polimeryzacji rodnikowej [2]. Zastosowanie metaloorganicznych układów katalitycznych typu Z-N (Zieglera-Natty) umożliwiło także obniżenie ciśnienia w polimeryzacji alkenów z ok. 200 MPa (dla procesu wysokociśnieniowego) nawet do wartości ciśnienia atmosferycznego, a także wytwarzanie polimerów o stereoregularnej strukturze. Kolejna generacja katalizatorów metaloorganicznych, tj. homogeniczne katalizatory metalocenowe, umożliwiła wytwarzanie polimerów o z góry założonych właściwościach poprzez kontrolę struktury makrocząsteczek i wbudowywanie różnych komonomerów do łańcucha polietylenowego, regulację ciężaru cząsteczkowego i jego rozkładu. Obecnie z udziałem katalizatorów metalocenowych otrzymuje się polimery o strukturze i właściwościach trudnych, a nawet niemożliwych do uzyskania z udziałem innych układów katalitycznych. Przez wprowadzenie w sposób Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe Tabela 1. Budowa i właściwości poliolefin używanych do produkcji folii Poliolefina

Gęstość [g/cm3]

Komonomer

Metoda otrzymywania

Właściwości mechaniczne

Uwagi

Polietylen dużej gęstości (PE-HD)

Brak rozgałęzień

0,94-0,96

Ziegler-Natta

duża wytrzymałość na rozciąganie, mała odporność na uderzenie

Folia szeleszcząca, dobre właściwości barierowe

Polietylen małej gęstości (PE-LD)

Przypadkowe krótkie lub długie rozgałęzienia

0,91

Polimeryzacja rodnikowa, w reaktorze autoklawowym lub rurowym

nienewtonowska reologia w stanie stopionym, dobra odporność na uderzenie

Dobre charakterystyki wytłaczania folii metodą rozdmuchu

Liniowy polietylen małej gęstości (PE-LLD)

1-buten, 1-heksem, 1-okten

0,91-0,93

Ziegler-Natta

średnia wytrzymałość i elastyczność, reologia w stanie stopionym bardziej newtonowska niż dla PE-LD

Folia o wysokim stopniu przezroczystości, gładka folia, problemy przy wytłaczaniu (inna konstrukcja ślimaka przy wytłaczaniu 100% PE-LLD)

Polietylen bardzo małej gęstości (PE-VLD)

1-buten, 1-heksem, 1-okten

0,89-0,91

Jednocentrowy katalizator metalocenowy

mocne i elastyczne, średnio wytrzymałe

Wysoki stopień przezroczystości, bardzo gładka folia, możliwość otrzymania bardzo cienkiej folii

Polietylen ultra małej gęstości (PE-ULD), plastomery

1-buten, 1-heksem, 1-okten

<0,89

Jednocentrowy katalizator metalocenowy

Elastyczne, niska wytrzymałość mechaniczna, niski moduł

Termoplastyczny elastomer, niskie temperatury topnienia w wąskim zakresie, odpowiednie do zgrzewania

Polipropylen

Brak rozgałęzień

0,90

Ziegler-Natta

duża wytrzymałość na rozciąganie, kruchy, odporny na temperaturę

Folie transparentne, o wysokiej wytrzymałości i odporności na temperaturę, gładkie

Kopolimery polipropylenu z etylenem, blokowe i statystyczne (random)

etylen

0,90

Ziegler-Natta

Twarde folie o wysokiej temperaturze topnienia (blok) lub miękkie o niższej temperaturze topnienia (random)

Twarde folie, o lekko mlecznym kolorze

Polipropylen i kopolimery z etylenem

etylen

0,90

Jednocentrowy katalizator metalocenowy

Wąski rozrzut mas cząsteczkowych, kopolimer przypadkowy o wysokim stopniu izotaktyczności

Elastyczne, przezroczyste folie

DODATKI UŁATWIAJĄCE PRZETWÓRSTWO Polimery otrzymywane w procesie polimeryzacji z zastosowaniem katalizatorów metalocenowych charakteryzują się wąskim przedziałem rozkładu mas cząsteczkowych. To sprawia trudności w procesie przetwórstwa z powodu pękania stopu i ograniczeń w wydajności. Jednym ze sposobów zapobiegania tego typu problemom jest stosowanie elastomerów fluorowych, tzw. PPA (polymeric processing aids). Stosowanie PPA (typowe ilości 50–1000 ppm): l wpływa na polepszenie jakości (mniejsze rozrzuty grubości, połysk, właściwości wytrzymałościowe podobne w obydwu kierunkach itp.); l poprawia wygląd powierzchni i właściwości optyczne (likwiduje efekt „skóry rekina”); l przeciwdziała pękaniu stopu szczególnie w przetwórstwie PE-HD, PE-LLD i mPE-LLD oraz mieszanin tych polietylenów (i innych poliolefin); l zwiększa wydajność; l przeciwdziała zarastaniu głowicy (szczególnie w przypadku przetwarzania PO zawierających biel tytanową i inne pigmenty); Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

eliminuje powstawanie w procesie wytłaczania tzw. „włosów anielskich”. Na rys. 2 przedstawiono wygląd powierzchni folii z dodatkiem i bez dodatku PPA (wyraźnie widoczne różnice jakości folii) [3]. Dostępne są również oligomery poliolefinowe, oferowane jako nowy rodzaj dodatków wpływających na polepszenie właściwości reologicznych podczas procesu wytłaczania folii oraz zwiększenia wydajności. Oligomery poliolefinowe pozwalają na skrócenie cyklu chłodzenia podczas procesu wytłaczania z rozdmuchem. l

Rys. 2. Wygląd powierzchni folii PE: a) z PPA; b) bez PPA [3]

t

kontrolowany rozgałęzień do łańcucha polietylenowego można w szerokim zakresie zmieniać właściwości polimeru. Tworzywa metalocenowe znalazły zastosowanie do produkcji folii opakowaniowych (standardowych, rozciągliwych, kurczliwych), które charakteryzują się dobrą zgrzewalnością i właściwościami mechanicznymi (tabela 1).

13


tworzywa polimerowe DODATKI WPŁYWAJĄCE NA POLEPSZENIE WŁAŚCIWOŚCI UŻYTKOWYCH Stabilizatory UV Tworzywa sztuczne pod wpływem warunków atmosferycznych takich, jak: promieniowanie słoneczne, opady atmosferyczne, temperatura, zawartość tlenu reaktywnego i ozonu oraz w wyniku oddziaływania wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń ulegają starzeniu. Procesy starzeniowe są spowodowane przede wszystkim promieniowaniem ultrafioletowym, ponieważ energia fotonów światła widzialnego i o wysokich długościach fali jest zbyt niska do rozerwania molekuły polimeru. W zależności od struktury chemicznej polimer jest wrażliwy na promieniowanie o specyficznej długości fali, które powoduje jego destrukcję fotochemiczną. Znane są stabilizatory UV z trzech podstawowych klas [4]: l absorbery UV – przetwarzają energię UV na energię cieplną, idealnymi absorberami są takie, które wykazują 100% absorpcję promieniowania poniżej 400 nm długości fali i 100% przepuszczalność powyżej tej długości. Jako absorbery UV stosuje się następujące klasy związków: l salicyniany; l podstawione oksoaniliny; l orto-hydroksybenzofenony; l hydroksyfenylo-benzotriazole. Najczęściej stosowane są związki z ostatnich dwóch klas związków. l wygaszacze energii – działają jako dezaktywatory wzbudzonych stanów grup chromoforowych odpowiedzialnych za foto- i termooksydację. Przykładem wygaszaczy energii są organiczne związki niklu; l akceptory wolnych rodników. Stabilizacja polimerów przed degradacją indukowaną przez promieniowanie UV, a także wysoką temperaturę jest również możliwa poprzez mechanizm wychwytywania wolnych rodników. Najnowszymi akceptorami wolnych rodników są HALS (hindered amine light stabiliser). Dodatki antyblokingowe Folie poliolefinowe mają tendencję do sklejania się miedzy sobą i często trudno jest oddzielić poszczególne warstwy folii w zwoju. Zjawisko to nazywane blokingiem spowodowane jest dużą adhezją warstw folii w nawiniętej rolce. Natomiast dodatki antyblokingowe powodują, że powierzchnia folii staje się mikroporowata i powoduje to zmniejszenie adhezji pomiędzy poszczególnymi warstwami folii. W efekcie dodatki antyblokingowe działają jako tzw. blokady przestrzenne pomiędzy dwiema warstwami folii. O właściwościach antyblokingowych decydują następujące czynniki: wielkość i ilość tych cząstek na powierzchni folii, dlatego bardzo ważne jest odpowiednie zdyspergowanie cząstek antyblokingu w matrycy polimerowej. Dodatki antyblokingowe są dodawane do polietylenu o gęstości mniejszej niż 0,94 g/cm3, ponieważ folie wykonane z takich polimerów mają tendencję do sklejania się. Dodatki antyblokingowe dobiera się w zależności od zastosowania folii, jej grubości, dalszego przetwórstwa folii oraz wymagań sanitarnych. Do najczęściej stosowanych środków antyblokingowych należą: l krzemionka naturalna lub ziemia okrzemkowa są powszechnie stosowane do folii polietylenowych, ponieważ słabo absorbują inne dodatki (środki poślizgowe, antyelektrostatyki), wykazują średnią efektywność antyblokingu, a ich wadą jest wysoka twardość (właściwości ścierające) i wpływ na zdrowie, l dodatki mineralne – kaolin, talk, kreda i węglan wapnia – cechują się słabymi właściwościami antyblokingowymi, mniejszą ścieralnością i wyższą czystością w porównaniu z krzemionkami naturalnymi oraz niższą ceną; 14

krzemionka syntetyczna – wyróżnia ją wysoka czystość chemiczna, niska ścieralność, doskonałe właściwości antyblokingowe, niewielki wpływ na właściwości optyczne folii, niestety wysoka cena jest amorficzna; l dodatki organiczne – twarde woski i niektóre amidy kwasów tłuszczowych wykazują słabe właściwości antyblokingowe oraz bardzo dobre właściwości poślizgowe. Środki poślizgowe (slip agents) modyfikują właściwości powierzchniowe folii poliolefinowych i obniżają tarcie pomiędzy maszyną a polimerem, jak również między polimerem a powierzchnią polimeru (np. na rolce). Folie poliolefinowe, ze względu na wysoki współczynnik tarcia, mogą stwarzać problemy podczas pakowania, szczególnie systemem form-fill-seal (FFS) na maszynach pakujących o dużej wydajności pakowania. Obniżenie współczynników tarcia folii można uzyskać, stosując dodatki poślizgowe. Do najczęściej stosowanych należą amidy następujących kwasów: stearynowego, oleinowego lub erukowego. Zmniejszenie współczynnika tarcia jest wynikiem migracji środka poślizgowego na powierzchnie folii z powodu niekompatybilności środka poślizgowego z polimerem. Szybkość migracji zależy od długości łańcucha dodatku (jego kompatybilności z polimerem) i krystaliczności polimeru. Środek poślizgowy o większej ilości atomów węgli w łańcuchu wykazuje lepszą kompatybilność z polimerem i zmniejsza migracje, dlatego amid kwasu oleinowego przemieszcza się szybciej niż amid kwasu erukowego. Amid kwasu erukowego charakteryzuje się wyższą odpornością cieplną, lepszą odpornością na utlenianie, podczas przetwórstwa wydziela mniej części lotnych, co oznacza, że jest odpowiedni do stosowania w wyższych temperaturach przetwórstwa oraz w procesach o dużej wydajności, których wynikiem jest produkt finalny wysokiej jakości. Najczęściej stosowanymi środkami poślizgowymi w poliolefinach są: amid kwasu oleinowego i amid kwasu erukowego, rzadziej amid kwasu stearynowego. Zalecana ilość środków poślizgowych wynosi 500 do 1500 ppm i ze względu na tak małe ilości amidy te dodawane są w postaci masterbatchy lub zawierają je handlowe rodzaje polietylenów przeznaczonych do produkcji folii. Dodatki antyfogingowe Są to dodatki zapobiegające koncentracji pary wodnej w postaci małych kropel na powierzchni transparentnej folii z tworzyw sztucznych. Zjawisku temu sprzyjają: l spadek temperatury na wewnętrznej stronie folii poniżej punktu rosy zamkniętej mieszaniny powietrze-woda, l ogrzanie powietrza przy folii do temperatury, w której para wodna przechodzi z fazy gazowej do ciekłej, co powoduje kondensację wody na folii. Poliolefiny nie są zwilżalne wodą, gdyż ich napięcie powierzchniowe wynosi około 30 mJ/m2. W wyniku zetknięcia poliolefiny z cieczą polarną, jaką jest woda o napięciu powierzchniowym wynoszącym 72 mJ/m2, tworzą się wyraźne kropelki cieczy, a nie jednolita warstwa wody na powierzchni folii. Ogólnie rozróżnia się dwa rodzaje środków antyfogingowych: l środki zewnętrzne – są stosowane w postaci sprayu lub jako powłoki otrzymywane w wyniku zanurzenia; l środki wewnętrzne – są stosowane w przypadku konieczności uzyskania długotrwałego efektu. Wewnętrzne dodatki antyfogingowe są środkami powierzchniowo czynnymi. Podczas procesu przetwórstwa są jednolicie zdyspergowane w całej objętości, ale podczas eksploatacji migrują i wpływają na zwiększenie zwilżalności (następuje podwyższenie napięcia powierzchniowego folii). Wynika to z częściowej rozpuszczalności środka antyfoginowego w wodzie, co prowadzi do obniżenia napięcia powierzchniowego wody i w efekcie zmniejl

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

15


tworzywa polimerowe sza różnicę pomiędzy napięciem powierzchniowym wody i polimeru. Następuje zmniejszenie kąta kontaktu wody z polimerem, co wpływa na rozlanie się kropli wody w jednolity film i dzięki temu folia staje się przeźroczysta. Migracja środków poślizgowych zachodzi powoli, a jej szybkość zależy od grubości folii oraz koncentracji tych środków w matrycy polimeru. Ważnym problemem, o którym należy pamiętać podczas doboru odpowiedniego środka antyfogingowego jest fakt, że zbyt duża ilość dodatków migrujących może powodować tworzenie się nalotów na powierzchni, co wpływa na obniżenie drukowalności i zgrzewalności folii. Środki antyfogingowe należą do niejonowych surfaktantów z grupy następujących związków chemicznych: estry gliceryny, poli(estry gliceryny), estry kwasu sorbitowego i ich etoksylany, nonylofenyloetoksylany, etoksylany alkoholi. Dodatki te są również środkami antyelektrostatycznymi, tworząc cienką warstwę na powierzchni polimeru i w efekcie obniżają rezystywność powierzchniową. Dodatki antyelektrostatyczne Tworzywa sztuczne charakteryzują się wysoką rezystywnością powierzchniową (typowa wartość to 1015 Ω w temperaturze 20oC i przy 50% wilgotności względnej) i niską stałą dielektryczną (typowa wartość to 2,5 ± 0,3 przy 106 Hz) [3]. Te właściwości sprawiają, że podczas transportu i przetwórstwa mogą powstawać wysokie ładunki statyczne, nawet do 15000 V/cm w powietrzu. Stosując dodatki antyelektrostatyczne, można obniżyć, a nawet wyeliminować problemy związane z wysoką rezystywnością powierzchniową. Dodatek antystatyka do polimeru powoduje powstanie wielofazowego układu, z którego cząsteczki antystatyka migrują na zewnątrz i z chwilą wydostania się na powierzchnię działają antyelektrostatycznie. Środki antystatyczne redukują opór właściwy powierzchni, co powoduje rozpraszanie ładunku elektrycznego na niej. Do tego celu służą: l antystatyki zewnętrzne; l antystatyki wewnętrzne; l wypełniacze przewodzące. Antystatyki o działaniu zewnętrznym wprowadza się w postaci roztworu na powierzchnię tworzywa (poprzez zanurzenie lub natryskiwanie) wcześniej uformowanych wyrobów. Działanie tych grup powoduje zmianę stałej dielektrycznej i elektrycznej polarności na powierzchni. Higroskopijne środki antystatyczne (np. czwartorzędowe sole amoniowe) działają w ten sposób, że na powierzchni gromadzą wodę z atmosfery i znacznie zwiększają przewodnictwo elektryczne. Największą wadą używania tego typu aplikacji antystatyków jest duża wrażliwość na starcie środka z powierzchni tworzywa oraz możliwość niejednorodnego rozprowadzenia na powierzchni tworzywa, w rezultacie czego mogą występować problemy z nadrukiem na takiej powierzchni. Antystatyki o działaniu wewnętrznym są wprowadzane do tworzywa w taki sam sposób jak inne dodatki do tworzyw podczas procesu przetwórczego. Środek aktywny w postaci koncentratu ulega jednorodnemu rozprowadzeniu w tworzywie. Środek ten po pewnym czasie migruje na powierzchnię (ze względu na małe powinowactwo z polimerem) i powoduje tworzenie się na niej cienkiej warstwy. Antystatyk znajdujący się na powierzchni tworzywa działa jak smar zewnętrzny, zmniejszając siłę tarcia pomiędzy stykającymi się powierzchniami. Powoduje to ograniczenie zjawiska powstawania ładunku statycznego. Z drugiej strony tworzą się ścieżki przewodzące, które oddają ładunek elektrostatyczny w atmosferze. Cząsteczki są dwubiegunowe, część polarna znajduje się na powierzchni tworzywa, tworząc jednolitą warstwę. Tym samym może absorbować wilgoć z powietrza i tworzyć ścieżki przewodzenia. Na szybkość działania takiego środka duży 16

wpływ ma szybkość migracji do powierzchni, która z kolei zależy od kompatybilności z tworzywem bazowym. Środki antystatyczne łatwiej migrują w fazie amorficznej i dlatego lepiej się zachowują w PE niż w mniej amorficznym PP. Dobierając odpowiedni antystatyk należy pamiętać, że takie dodatki jak pigmenty, napełniacze mogą absorbować antystatyki. Natomiast środki antyfogingowe i poślizgowe, podobnie jak antystatyki, migrują do powierzchni, więc ich obecność również może ograniczać wydajność dodatków. Bardzo duży wpływ mają warunki zewnętrzne, takie jak temperatura i stężenie środka, ponieważ im wyższa jest temperatura i stężenie, tym szybciej następuje migracja do powierzchni. Wielkość dozowania środka antystatycznego uzależniona jest od wielu czynników, średnio jest to 0,1–1% w postaci podstawowej i 1–3 % w postaci koncentratu. W niektórych typach opakowań stosuje się tzw. permanentne środki antyelektrostatyczne, do grupy tej należą kopolimery blokowe poliester – poliamid (PEBA). Zazwyczaj dodaje się ich w ilości 10–20 % do poliolefin i tworzą one sieć przewodzącą w matrycy polimeru. Zaletą tej grupy antyelektostatyków jest fakt, że wykazują właściwości antyelektrostatyczne również w atmosferze o niskiej wilgotności względnej, a także powodują nieznaczne modyfikacje powierzchni wyrobów i dzięki temu można je łatwo drukować. Dodatki przedłużające świeżość pakowanej żywności Konsumenci zwracają uwagę na świeżość pakowanych produktów, a z drugiej strony dąży się do wydłużenia okresu przydatności do spożycia wielu artykułów spożywczych. Najbardziej popularnym sposobem na przedłużenie trwałości pakowanej żywności jest stosowanie opakowań wielowarstwowych z warstwą stanowiącą barierę dla gazów. W opakowaniu żywności często niepożądana jest obecność tlenu, który powoduje psucie się produktu. W tym celu stosuje się: l folie z barierowych tworzyw sztucznych (np. EVOH); l laminaty z aluminium, metalizowane lub pokryte SiOx; l tworzywa sztuczne ze sterowaną krystalicznością. Najnowszą techniką pakowania produktów żywnościowych ograniczającą ich procesy utlenienia jest pakowanie w atmosferze modyfikowanej (MAP) oraz kontrolowanej (CAP). Metoda MAP polega na odpowiednim ustaleniu składu gazów w zależności od pakowanego produktu, tak aby uzyskać optymalną jakość w trakcie przechowywania. Istotnym czynnikiem tej technologii pakowania jest konieczność stosowania materiałów o wysokiej barierowości, aby uniknąć zmian w składzie mieszaniny gazów podczas przechowywania. Pakowanie w kontrolowanej atmosferze (CAP) jest możliwe dzięki zastosowaniu materiałów o zmiennej charakterystyce barierowej, które umożliwia stałą regulację warunków wewnątrz opakowania [5,6]. Opakowania aktywne to opakowania nowej generacji, które w przeciwieństwie do tradycyjnych, oddziałują na produkt i tym samym sterują jego jakością (tabela 2). W ostatnich czasach dużo wagi poświęca się opakowaniom antymikrobiologicznym oraz antyutleniającym. Działanie środków przeciwbakteryjnych może być dwojakie: jedne migrują na powierzchnię produktu i tworzą na nim barierę ochronną, inne zaś posiadają działanie antybakteryjne bez potrzeby migracji do produktu. Coraz częściej spotyka się folie opakowaniowe, które zawierają środki antybakteryjne jako jedną, nierozłączną całość. Wśród nich na uwagę zasługuje syntetyczny zeolit, którego część jonów sodowych została zastąpiona jonami srebra, ze względu na ich inhibitujące działanie w stosunku do bakterii. W porównaniu z innymi jonami metali, jony srebra są najefektywniejsze. W momencie pojawienia się bakterii wewnątrz opakowania powoli wydzielane są jony srebra, które hamują ich wzrost (np. lodówki powlekane wewnątrz powłoką antybakteryjną) [7]. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe Tabela 2. Rodzaje opakowań aktywnych z funkcją pochłaniającą Rodzaj opakowania aktywnego Absorbery tlenu

Absorbery wilgoci

Forma występowania saszetki folie zamknięcia arkusze chłonące folie saszetki saszetki

Pochłaniacze CO2

saszetki Absorbery etylenu folie

Pochłaniacze związków zapachowych

folie saszetki

Absorbery UV

folie sztywne i giętkie

Dodatki oksy-degradowalne Oksy-degradacja jest procesem rozkładu tworzywa w środowisku naturalnym pod wpływem czynników atmosferycznych: światła, tlenu i temperatury. Dodatki oksy-degradowalne powodują, iż matryca polimerowa w wyrobie gotowym ulega szybciej rozkładowi, a czas jej degradacji można „zaprogramować” już na etapie produkcji gotowego wyrobu. Dodatki oksy-degradowalne to dodatki soli oraz kompleksów metali przejściowych i innych substancji chemicznych ogólnie są nazywane TDPA (totally degradable plastic additives). Szybkość rozkładu folii oksy-degradowalnej jest uzależniona od ilości dodatku przyspieszającego dekompozycję, grubości wyrobu oraz od warunków atmosferycznych. Można oczekiwać, że folia oksy-degradowalna zawierająca 1–2% dodatku przyspieszającego oksy-degradację składowana na zewnątrz, poddana bezpośredniemu działaniu czynników atmosferycznych ulega rozkładowi do 18-24 miesięcy w warunkach klimatu środkowoeuropejskiego [8–10]. Dodatki oksy-degradowalne nie stanowią zagrożenia dla środowiska, a także są dopuszczone do bezpośredniego kontaktu z żywnością przez FDA (Food and Drug Administration) i EFSA (European Food Safety Authority). Również w Dyrektywie Europejskiej 02/72/EC (z dnia 6 sierpnia 2002 r. w sprawie [...] wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu ze środkami spożywczymi) nie przewidziano żadnych obostrzeń dotyczących ich stosowania, pod warunkiem, że migracja globalna z materiału opakowaniowego do płynów modelowych nie przekroczy 10 mg/dm2 (wymaganie to dotyczy wszystkich materiałów opakowaniowych z tworzyw sztucznych). PODSUMOWANIE Zarówno do opakowań, jak i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością stale rosną wymagania odnośnie jakości. Nowe trendy w tej dziedzinie stale zmierzają do zwiększenia funkcjonalności opakowań. Nowe gatunki polietylenów oraz nowa generacja dodatków pozwala uzyskać materiały opakowaniowe bardziej funkcjonalne i proekologiczne. Nowe technologie (opakowania aktywne i inteligentne) pozwalają zarówno na przedłużenie trwałości produktu, jak i monitorowanie jego jakości podczas przechowywania. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Związki aktywne Związki żelaza, kwas askorbinowy, sole metali, oksydazy glukozowe, oksydazy alkoholowe Poliakrylany, PVA Glicerol Żel silikonowy, aktywny glin i minerały Wodorotlenek wapnia, sodu lub potasu; CaO / węgiel aktywny Żel silikonowy Tlenek glinu Nadmanganian potasu Aktywny węgiel+katalizator Zeolit Glin Japońska skała na bazie lawy i popiołu Kwas cytrynowy Estry celulozowe Polimery specjalnie preparowane Węgiel aktywny/zeolity Sole żelaza/askorbinian Poliolefiny (PE, PP) z absorberem UV modyfikowany PA 6 stabilizatory UV w PET

Innowacyjne opakowania niosą wiele nowych możliwości, ale także zagrożeń. Substancje modyfikujące obecne w opakowaniach mogą również powodować pogorszenie jakości produktów oraz mieć niekorzystny wpływ na zdrowie człowieka. Jednym z podstawowych zagrożeń jest nadmierna migracja substancji chemicznych z opakowań do żywności. LITERATURA [1] PlasticsEurope, Tworzywa sztuczne – Fakty 2013. [2] K. Czaja: Poliolefiny, WNT Warszawa 2005, s.41-46. [3] http://www2.dupont.com/Entira/en_US/assets/downloads/ entira_as.pdf. [4] H. Saechtling: Tworzywa sztuczne Poradnik, WNT, 2000 [5] A. Korzeniowski, M. Ankiel-Homa, N. Czaja-Jagielska: Innowacje w opakowalnictwie, Wyd. Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań 2011, s.88-92. [6] R. Coles, D. Mcdowell, M.J. Kirwan: Food Packaging Technology, Blackwell Publishing CRC Press, 2003. [7] M. Nowacka, D. Niemczuk: Nowoczesne materiały i wyroby przeznaczone do kontaktu z żywnością i ich wpływ na bezpieczeństwo żywności, OPAKOWANIE 6 (2012) 64-69. [8] E. Gibas, G. Rymarz: Badania nad wpływem rodzaju prodegradanta na oksy-degradację polietylenu (PE-LD), Chemik 10 (2009) 379-381. [9] E. Gibas, G. Rymarz: Termoplastyczne polimery oksy-biodegradowalne, Przetwórstwo Tworzyw, 2 (2009) 24-33. [10] B. Cichy, J. Kwiecień, M. Piątkowska, E. Kużdżał, E. Gibas, G. Rymarz: Polyolefin oxo-degradation accelerators – new trend to promote environmental protection, Polish Journal of Chemical Technology, 12, 4, 2010, 44-53. Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Przetwórstwo Tworzyw”, 2014, tom (R.) 20, nr 3 (159), s. 224–232.

dr inż. Edyta Gibas Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu Oddział Farb i Tworzyw w Gliwicach ul. Chorzowska 50A, 44-100 Gliwice 17


tworzywa polimerowe

Zastosowanie techniki „hot-melt extrusion” w przemyśle farmaceutycznym Kinga Biedrzycka, Ewa Andrzejewska

Wytłaczanie stopu na gorąco (hot-melt extrusion, HME) jest procesem z zastosowaniem ciepła i ciśnienia w celu przeprowadzenia surowca w produkt o jednolitym kształcie i gęstości. Technika ta, której zastosowanie przemysłowe sięga 1930 roku, jest stosowana w przemyśle tworzyw sztucznych, gumy oraz przy produkcji żywności. Szczególnie silnie ugruntowała się w produkcji tworzyw sztucznych, gdzie stała się główną metodą ich przetwarzania [1]. Wytłaczanie, dzięki możliwości zrealizowania całego procesu w kontrolowanych warunkach, znalazło również zastosowanie w farmaceutycznej działalności przemysłowej. Stosuje się go do przygotowania rozmaitych postaci dawkowania leku. Możliwość zastosowania do otrzymywania granulek, tabletek o przedłużonym uwalnianiu, czopków czy implantów sprawia, że HME uważane jest za doskonałą alternatywę dla tradycyjnych technik wytwarzania leków [2]. Wytłaczanie stopu na gorąco w przemyśle farmaceutycznym daje wiele możliwości, takich jak m.in.: maskowanie gorzkiego smaku aktywnej substancji, formułowanie kontrolowanych postaci uwalniania leku i jego ukierunkowania oraz wytworzenie zdyspergowanego układu polimer-lek [2, 3].

PROCES TECHNOLOGICZNY Wytłaczanie stopu na gorąco w przemyśle farmaceutycznym jest techniką osadzania leku w polimerowym nośniku. Zastosowany materiał zostaje przeprowadzony ze stanu surowego w produkt charakteryzujący się homogenicznością oraz jednakowym kształtem dzięki przetłaczaniu przez dyszę w określonych warunkach [4]. Proces wytłaczania na gorąco jest kontrolowany dzięki nadzorowaniu i modyfikowaniu parametrów procesu, takich jak: temperatura, zadawany przepływ, ciśnienie, szybkość ślimaka (prędkość posuwu), momentu obrotowego, a także lepkość [5, 6, 7]. Teoretyczne podejście do procesu wytłaczania można ogólnie przedstawić przez podzielenie obiegu materiału na cztery odcinki [1, 8]: a) kontrolowane podawanie do wytłaczarki poprzez ważenie materiału, b) przejście masy (topnienie, ugniatanie, mieszanie oraz homogenizacja przez redukcję rozmiaru cząstek), c) przepływ przez dyszę, d) wyjście z matrycy, chłodzenie materiału i przetworzenie produktu dzięki granulacji.

Rys. 1. Schematyczny diagram przebiegu procesu HME [2] 18

Materiał wyjściowy jest transportowany z leja w stałej postaci bezpośrednio do strefy przejściowej, gdzie się go miesza, prasuje, topi i plastyfikuje (rys. 1). Temperaturę topnienia ustala się na ok.30–60oC powyżej temperatury zeszklenia polimeru amorficznego lub punktu topienia dla polimeru semikrystalicznego. Sprężanie następuje w wyniku zmniejszania skoku gwintu, ale przy zachowaniu stałej głębokości wylotu lub przez zmniejszenie głębokości gwintu, utrzymując jego stałą wysokość [8, 9]. Obie metody powodują zwiększenie ciśnienia w miarę przemieszczania się materiału wzdłuż cylindrycznego bębna [1, 10]. Materiał porusza się według obiegu w spirali przy pomocy przepływu poprzecznego, który jest ciągły oraz poprzez utrzymanie stałego ciśnienia przy odpowiedniej szczelności. Te dwa mechanizmy odwracają przepływ materiału wzdłuż cylindra. Ekstrudery często są produkowane w odcinkach w celu skrócenia czasu przebywania materiałów stopionych. Przekrojowe części cylindryczne bębna

Rys. 2. Przejście przez dysze materiału w procesie HME Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe a)

b)

Rys. 4. Przekrój poprzeczny wytłaczarki: a) jednoślimakowej, b) dwuślimakowej [6]

połączone są przez przykręcenie lub ściśnięcie ze sobą. Przestrzeń między ślimakiem a cylindrem mieści się zwykle w zakresie 0,1–0,2 mm. Materiał osiąga strefę dozowania w postaci jednorodnego stopu nadającego się do wytłaczania. Wytłoczenie materiału o jednolitej grubości następuje, gdy przepływ jest spójny i bez stref zastoju aż do wejścia do matrycy, czyli dyszy jak przedstawiono na rysunku 2. Funkcją strefy pomiarowej jest zmniejszenie przepływu pulsacyjnego i zapewnienie stałej szybkości przetłaczania przez dyszę. Możliwa jest również dalsza obróbka w celu uzyskania odpowiedniego kształtu otrzymanego produktu, np. w formie kulistego granulatu dzięki zastosowaniu całej linii produkcyjnej włącznie z pasem chłodzącym oraz peletyzerem (rys. 3). Kluczowym elementem wytłaczarki jest ślimak, którego budowa i szybkość obrotów determinują główne parametry procesu, czyli stopień homogeniczności wytwarzanego układu oraz jakość mieszania [6, 8]. Wytłaczarka może posiadać jeden lub dwa ślimaki obrotowe wewnątrz nieruchomej części ekstrudera o cylindrycznej budowie (rys. 4). a) Wytłaczarka jednoślimakowa (rys. 4a). Jest wykorzystywana w przetwórstwie polimerów, aby zwiększyć ciśnienie polimeru stopionego wewnątrz, dzięki czemu możliwe jest wytłoczenie go przez dyszę lub wstrzyknięcie do formy. Niestety prosta, pojedyncza śruba nie posiada zdolności mieszania i nie sprawdza się w przemyśle farmaceutycznym tak jak wytłaczarka dwuślimakowa [6, 12]; b) Wytłaczarka dwuślimakowa (rys. 4b). Wytłaczarka ta posiada dwa zespoły mieszające, które są zamontowane na dwóch równoległych wałach napędzanych skrzynią biegów. Wały mogą obracać się w tym samym kierunku obrotu (współbieżnie) albo w kierunku przeciwnym (przeciwbieżnie) i bardzo często w pełni współpracują. Współpracujące współbieżnie wały umożliwiają lepsze wymieszanie przez powierzchnie śrub, które są przesuwane w kierunku do siebie nawzajem [3, 13]. Natomiast materiał jest transportowany wzdłuż ekstrudera dzięki przenoszeniu go z jednej powierzchni obracającej się do wylotu śruby na drugą. Taka wytłaczarka oferuje szybki i ciągły proces, który ma znacznie lepsze możliwości mieszania zadanego materiału. Ponadto zapewnia przy większej mocy bardziej stabilny proces topnienia przy krótszych czasach przebywania wewnątrz. W przemyśle stosowanie wytłaczarki dwuślimakowej jest korzystne ze względu na praktyczną zdolność łączenia oddzielnych operacji wsadowych, a zapewnienie ciągłości procesu pozwala na osiągnięcie dobrego stopnia wydajności. Wytłaczarka ta oferuje Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW STOSOWANYCH W HME Dla materiału farmaceutycznego ważna jest zdolność do łatwego przetwarzania wewnątrz wytłaczarki oraz zestalenia po wyjściu z niej. Wykorzystywane surowce muszą spełniać te same poziomy czystości i bezpieczeństwa, jak w przypadku stosowania tradycyjnych metod. Materiały te muszą posiadać również odpowiedni stopień stabilności termicznej obok dopuszczalnej trwałości fizycznej i chemicznej. Substancje czynne W farmacji największym problemem technologicznym są substancje czynne (API), które trudno rozpuszczają się w wodzie lub są całkowicie nierozpuszczalne. Dlatego kluczowymi właściwościami fizycznymi takich substancji są rozpuszczalność i lipofilowość, które znacząco wpływają na szybkość uwalniania oraz jego przenikalność przez błony biologiczne, czyli biodostępność. Wytłaczanie, które przebiega w wysokiej temperaturze, umożliwia powstanie układu dyspersji substancji leczniczej w zastosowanym polimerze, a przez to polepszenie jej rozpuszczalności i osiągnięcie odpowiedniego profilu uwalniania [6, 15]. Właściwości substancji czynnej zawartej w leku często ograniczają możliwości przetwarzania i formułowania nowych form dawkowania leku. Zastosowane związki czynne mogą wzmocnić lub osłabić funkcjonalność innych składników zawartych w kompozycji, co wiąże się z właściwościami wytłaczanych form dawkowania. Podwyższone temperatury wpływają na możliwość degradacji leku według mechanizmów takich jak hydroliza, solwoliza oraz utlenianie. HME jest procesem bezwodnym, który pozwala uniknąć potencjalnych hydrolitycznych szlaków degradacji substancji czynnych. Dlatego bardzo ważna jest stabilność substancji czynnej podczas procesu i należy ją ściśle monitorować [5, 16]. Stan leku w danej formie ma ogromny wpływ na przetwarzalność i stabilność całego produktu, dlatego jest bardzo ważnym aspektem przetwórczym. Ponadto powlekanie tabletek przy wykorzystaniu HME odpowiednimi polimerami znacznie opóźnia wystąpienie krystalizacji podczas przechowywania [6, 17]. Materiały polimerowe W procesie HME najczęściej wykorzystywanymi nośnikami są polimery i woski, które charakteryzują się niską temperaturą topnienia [18]. W literaturze można znaleźć różne polimery stosowane w farmacji do celów procesu HME (tabela 1). Materiały polimerowe stosowane w procesie muszą wykazywać określone właściwości, aby umożliwić przeprowadzenie w warunkach farmaceutycznych. Do podstawowych wymagań dotyczących polimeru należy: termoplastyczny charakter ze względu na konieczność odkształcania, osiąganie odpowiedniej temperatury zeszklenia oraz wysoka stabilność termiczna, które muszą mie19

t

Rys. 3. Linia technologiczna HME

znaczną wszechstronność w optymalizacji procesu i przetworzeniu materiału tak, aby uzyskiwać zróżnicowaną gamę preparatów farmaceutycznych o skomplikowanym składzie [4, 5, 14].


tworzywa polimerowe

Tabela 1. Przykładowe polimery do celów farmaceutycznych przetwarzane techniką HME [14, 20, 24] Polimery i kopolimery poliwinylopirolidon (PVP, PVP 12, PVP 30) glikol polietylenowy ( PEG 8, PEG 10) poli( alkohol winylowy) (PVA, P(VP/VA)) Eudragit ( L-100-55, L-100, PO, RLPO, RSPO) Kollidon (VA-64) Soluplus Lutrol hydroksypropylometyloceluloza (HPMC, HPMC E3)

Tabela 2. Przykładowe zastosowania HME w farmacji Zastosowanie

Substancja czynna (API)

Źródło

wytwarzanie tabletek jelitowych

hydralazyna kwas 5-aminosalicylowy (5-ASA)

[19] [20]

zwiększenie rozpuszczalności API

indometacyna lacydypina

[21]

zwiększenie biodostępności

nimodypina

[22]

maskowanie smaku

paracetamol

[23]

wytwarzanie amorficznych stałych dyspersji

indometacyna intrakonazol

[24]

modyfikowanie uwalniania

proteiny

[25]

doustne formy leku

ibuprofen ibuprofen metoprolol

[26] [27] [28]

poprawa stabilności chemicznej

karbamazepina

[29]

poprawa rozpuszczalności

aleglitazar

[30]

przedłużone uwalnianie ibuprofen 20

[31]

profilem uwalniania. Szybkość uwalniania substancji aktywnej może być zmniejszona lub zwiększona w zależności od właściwości środka modyfikującego [5, 7]. ZALETY I WADY HME HME to ciągły proces wytwarzania leków oferujący wiele korzyści na tle dotychczasowych metod dostępnych w przemyśle farmaceutycznym. Znaczny procent API charakteryzuje się słabą rozpuszczalnością w wodzie, co jest kluczową przeszkodą w ich zastosowaniu [16]. Dlatego szuka się alternatywnych rozwiązań, aby poprawiać biodostępność przez zwiększanie dyspersji i absorpcji API przy jak najlepszej skuteczności terapeutycznej. HME jest uważany za skuteczną technikę rozwijania stałych dyspersji cząsteczkowych API przez tworzenie roztworów stałych. Wytworzenie tych roztworów zwiększa szybkość rozpuszczania leku in vivo. Termodynamiczne roztwory stałe są niestabilne w porównaniu do stałych dyspersji, ponieważ w roztworze stałym znajduje się lek w amorficznej postaci obdarzony wysoką energią, który ma tendencję do krystalizacji lub wytrącania pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak wilgoć i ciepło, podczas przechowywania lub przetwarzania leku [1, 4, 6]. Natomiast dzięki technice wytłaczania roztwory te charakteryzują się większą stabilnością termodynamiczną w porównaniu z materiałami powstałymi przy zastosowaniu metod alternatywnych, jak na przykład suszenie rozpyłowe czy odparowanie rozpuszczalnika. Czynnikiem zwiększającym atrakcyjność metody jest brak stosowania rozpuszczalników w tworzeniu stałych doustnych form dawkowania, co sprawia, że proces jest przyjazny dla środowiska. Brak obecności wody i rozpuszczalników wpływa na eliminację kilku dodatkowych kroków przetwarzania, jak np. fazy suszenia. Dlatego wytwarzanie takich form nie jest skomplikowane i wymaga jedynie kilku etapów, a przebiega przy ograniczonej ilości operacji jednostkowych [1, 10]. Zaletą HME w stosunku do powszechnie występujących technik przetwarzania jest to, iż umożliwia ona: 1) zwiększenie biodostępności i rozpuszczalności związków, 2) modyfikowanie i ukierunkowanie uwalniania, 3) otrzymanie jednolitej dyspersji drobnych cząstek, 4) skrócenie czasu trwania procesu i kosztów dzięki ograniczeniu do kilku etapów przetwarzania, 5) stosowanie możliwości ciągłej pracy, 6) dobrą trwałość przy zmianie pH i wilgotności, 7) bezpieczne stosowanie u ludzi, 8) wytwarzanie szerokiej gamy postaci dawkowania, 9) brak wymagań dotyczących prasowalności składników [7]. Natomiast kluczowymi wadami tej metody jest konieczność uzyskania stabilności termicznej układu lek/polimer oraz brak stosowalności dla delikatnych materiałów, takich jak na przykład gatunki mikroorganizmów czy białka, ze względu na stosunkowo wysokie temperatury wykorzystywane w procesie [5, 9]. ZASTOSOWANIE W FARMACJI Technologia wytłaczania coraz chętniej stosowana jest w przemyśle farmaceutycznym ze względu na liczne zalety, które odróżniają ją od tradycyjnych rozwiązań. Przede wszystkim jako efektywny proces wytwarzania w znaczący sposób poprawia jakość i skuteczność powstających produktów. Obecnie dzięki tej metodzie powstaje wiele form dawkowania leków, takich jak granulki, tabletki, peletki, czopki, implanty, systemy transdermalne oraz wkładki oftalmiczne [8, 3]. Wytłaczanie termoplastycznego układu jest innowacyjną techniką stosowaną w celu otrzymania form leku o niemodyfikowanym Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

t

ścić się w granicach 50–180oC, aby można było przeprowadzić proces w stosowanych temperaturach wytłaczania [9, 18]. Ważne jest, aby polimer wykazywał niską higroskopijność, aby zapobiec krystalizacji leku. Z uwagi na ewentualną możliwość stosowania polimeru w dużej ilości w stosunku do API musi być on pozbawiony toksyczności [8].Termodynamiczna stabilność preparatu uwarunkowana jest także właściwością polimeru, jaką jest wysoka zdolność rozpuszczania leku lub jej brak. Polimery o dużej zdolności rozpuszczania leku są szczególnie korzystne, ponieważ umożliwia to wprowadzenie go do matrycy w większej ilości. Podstawowymi przesłankami świadczącymi o dużych zdolnościach rozpuszczania są lipofilowość akceptorów wiązań wodorowych oraz obecność grup amidowych. Dodatkowo bierze się też pod uwagę parametr rozpuszczalności w celu ustalenia, czy substancje czynne i polimery są ze sobą kompatybilne [5–7]. Formy dawkowania są złożonymi mieszaninami aktywnych leków i funkcjonalnych substancji pomocniczych. Wszystkie te materiały można podzielić na matryce, środki wypełniające, przeciwutleniacze, środki smarne, dodatki termiczne oraz modyfikujące uwalnianie [3, 9]. Wytłaczanie jest procesem umożliwiającym wytworzenie takich form, które charakteryzują się różnym


tworzywa polimerowe

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

21


tworzywa polimerowe uwalnianiu, o przedłużonym sposobie uwalniania oraz form szybko rozpadających się. Dzięki możliwości zaprogramowania farmakodynamiki metoda ta otwiera nowe możliwości w dziedzinie farmacji i medycyny. Zastosowanie wytłaczania stopu na gorąco w przemyśle farmaceutycznym daje wiele możliwości, takich jak: a) maskowanie gorzkiego smaku aktywnej substancji, b) formułowanie kontrolowanych postaci uwalniania leku, c) formułowanie ukierunkowania uwalniania leku, d) wytworzenie zdyspergowanego układu polimer-lek: – zwiększenie rozpuszczalności leku – zwiększenie szybkości rozpuszczania leku [5,7]. Technika HME coraz częściej jest opisywana w literaturze farmaceutycznej, a obszar jej zastosowania stale się poszerza. WNIOSKI Stosunkowo nowa technologia w przemyśle farmaceutycznym stworzyła nowe możliwości rozwoju systemów dostarczania leków. Potencjał tej metody jest widoczny w szerokim zakresie różnych postaci dawkowania, w tym również form doustnych. Preparaty zawierające duże dawki API z profilem modyfikowanym uwalniania, a przy tym doskonałą jednorodnością zawartości, można z powodzeniem przygotowywać dzięki metodzie HME. Technika ta jest cennym rozwiązaniem dla większości słabo rozpuszczalnych API. Lek dobrze rozpuszczalny może być obecny w postaci krystalicznej lub rozpuszczony w polimerze, aby poprawić rozpuszczanie w przypadku postaci słabo rozpuszczalnej w wodzie. Polimery do potencjalnych zastosowań można dobierać w szerokim zakresie polimerów, poczynając od związków o dużej masie cząsteczkowej, a kończąc na polimerach posiadających bardzo małą masę cząsteczkową, co otwiera możliwość licznych kombinacji dla różnych kompozycji. Sukces zastosowania techniki HME jest jedynie zależny od parametrów przetwórczych i niezbędnej stabilności leku oraz polimeru. Dlatego kluczowym warunkiem jest znajomość fizykochemicznych właściwości stosowanych materiałów. Wzrastające zainteresowanie metodą HME do celów farmaceutycznych jest poparte licznymi publikacjami na ten temat, które odkrywają liczne nowatorskie aspekty tej technologii. Połączenie wiedzy inżynierskiej i farmaceutycznej daje szerokie możliwości aplikacyjne tej techniki w dziedzinie otrzymania nowych form leków. Ciekawym kierunkiem rozwoju tej techniki wydaje się być modyfikowane uwalnianie z wykorzystaniem licznych trudno rozpuszczalnych substancji czynnych. LITERATURA [1] S. Singhal, V.K. Lohar, V. Arora: Hot melt Extrusion Technique, Pharmaceutical Sciences, http://www.webmedcentral. com/article_view/1459, z dnia 13-01-2017. [2] M. Maniruzzaman, J.S. Boateng, M.J. Snowden, D. Douroumis: A Review of Hot-melt Extrusion: Process Technology to Pharmaceutical Products, Pharmaceutics, 2012 (2012), Article ID 436763. [3] M. Willimas, Y. Tian, D. Jones, G. Andrews: Hot-melt extrusion technology: optimizing drug delivery, European Industrial Pharmacy, (2010), 7-10. [4] E. Mehuys, J.P. Remon, C. Vervaet: 2005, Production of enteric capsules by means of hot-melt extrusion, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 24 (2005), 207-212. [5] G. Andrews, S.D. Jones, O. Abu Diak, P.C. McCoy, B.A. Watts, W.J. McGinity: The manufacture and characterization of hot-melt extruded enteric tablets, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 69 (2008), 264-273. 22

[6] A. Forster, J. Hempenstall, I. Tucker, T. Rades: Selection of excipients for melt extrusion with two poorly water-soluble drugs by solubility parameter calculation and thermal analysis, International Journal of Pharmaceutics, 226 (2001), 147-161. [7] F. Jijun, Z. Lili, G. Tingting, T. Xing, H. Haibing: Stable nimodipine tan;ets with high bioavailability containing NM-SD prepared by hot-melt extrusion, Powder Technology, 204 (2010), 214221. [8] M. Maniruzzaman, S.J. Boateng, M. Bonnefille, A. Aranyos, C.J. Mitchell, D. Douroumis: Taste masking of paracetamol by hot-melt extrusion: An in vitro and in vivo evaluation, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 80 (2012), 433-442. [9] L.A. Sarode, H. Sandhu, N. Shah, W. Malick, H. Zia: Hot melt extrusion ( HME) for amorphous solid dispersions: Predictive tools for processing and impact of drug- polymer interactions and supersaturation, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 40 (2013), 371-384. [10] Z. Ghalanbor, M. Korber, R. Bodmeier: Improved Lysozyme stability and relase properties of poly(lactide-co-glycolide) implants prepared by hot-melt extrusion, Pharmaceutical Research, Vol. 27 (2), 2010. [11] A.K. Vynckier, L. Dierickx, J. Voorspoels, Y. Gonnissen, J. Remon, C. Vervaet: Hot-melt co-extrusion: requirements, chalenges and opportunities for pharmaceutical applications, Journal of Pharmacy and Pharmacology, 66 (2013), s. 167179. [12] M.C. Cassidy, M.M. Tunney, D.L. Caldwell, G.P. Andrews, R.F. Donnelly: Development of novel oral formulations prepared via hot melt extrusion for targeted delivery of photosensitizer to the colon, Photochemistry and Photobiology, 87 (2011), s.867876. [13] A. Gryczke, S. Schminke, M. Maniruzzaman, J. Beck, D. Douroumis: Development and evaluation of orally disintegrating tablets ( ODTs) containing Ibuprofen granules prepared by hot melt extrusion, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 86 (2011), 275-284. [14] A. Olejniczak, E. Andrzejewska, M. Szpikowska, O. Świergiel, J. Wasek: Badania układu lek/Eudragit dla wytwarzania systemów kontrolowanego dostarczania leków metodą „hot-melt extrusion”, w: Materiałach Konferencyjnych, Materiały Polimerowe Pomerania Plast 2016, Międzyzdroje, 7-10.06.2016, 243-244. [15] A. Almeida, S. Possemiers, M.N. Boone, T. De Beer, T. Quinten, L. Van Hooreberke, J.P. Remon, C. Vervaet: Ethylene vinyl acetate as matrix for oral sustained release dosage forms produced via hot-melt extrusion, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 77 (2011), 297-305. [16] X. Liu, M.Lu, Z. Guo, L. Huang, X. Feng, Ch. Wu: Improving the Chemical Stability of Amorphous Solid Dispersion with Cocrystal Technique by Hot Melt Extrusion, Pharm Research, 29 (2012), 806-817. [17] A. Kalivoda, M. Fischbach, P. Kleinebudde: Application of mixtures of polymeric carriers for dissolution enhancement of oxeglitazar using hot-melt extrusion, 439 (2012), 145-156. [18] I. Ozguney, D. Shuwisitkul, R. Bodmeier: Development and characterization of extended release Kollidon SR mini-matrices prepared by hot-melt extrusion, European Journal of Phamraceutics and Biopharmaceutics, 73 (2009), 140-145. [19] S. Madan, S. Madan: Hot melt extrusion and its pharmaceutical applications, Asian Journal of Pharmaceutical, 7 (2012), 123-133. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


tworzywa polimerowe [20] M. Maniruzzaman, J.S. Boateng, M.J. Snowden, D. Douroumis: Hot-Melt Extrusion ( HME): From Process to Pharamceutical Applications, Drug Development and Industrial Pharmacy, 2012, 2-13. [21] K. Włodarski, W. Sawicki: Innowacyjny proces ekstruzji na gorąco ( Hot Melt Extrusion) w stałej postaci leku, Farmacja Polska, 69 (4), 2013. [22] M. Crowley, F. Zhang: Pharmaceutical Applications of Hot-Melt Extrusion: Part I, Drug Development and Industrial Pharmacy, 33(2007), 909-926. [23] K. Kolter, M. Karl, A. Gryczke: Hot-melt Extrusion with BASF Pharma Polymers, Extrusion Compendium, 2nd Revised and Enlarged edition, 2012. [24] K. Kolter, M. Karl, S. Nalawade, N. Rottmann: Hot-Melt Extrusion with BASF, Pharma Polymers. Extrusion Compendium. BASF The Chemical Company, 2010. [25] J. Liu, F. Cao, C. Zhang, Q. Ping: 2013, Use of polymer combinations in the preparation of solid dispersions of thermally unstable drug by kot-melt extrusion, Acta Pharmaceutica Sinica B, 3(4),2013, 263-272. [26] K .Zhang, Y. Honxia, Q. Luo, S. Yang, X. Lin, Y. Zhang, B. Tian, X. Tang: Increased dissolution and oral absorption of itraconazole/ Soluplus extrudate compared with intraconazole nanosuspension, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2013. [27] M. Wilson, M.A. Williams, D.S. Jones, G.P. Andrews: Hot-melt extrusion technology and pharmaceutical application, Therapeutic Delivery, 3(6), 2012, 787-97.

[28] S. Singhal, V.K. Lohar, V. Arora: Hot melt extrusion Technique, WebmedCentral Pharmaceutical Sciences, 2(1): WMC001459, 2011. [29] M.A. Repka, S.K. Battu, S.B. Upadhye, S. Thumma: Pharmaceutical Applications of Hot-melt extrusion: Part II, Drug Development and Industrial Pharmacy, 33(2007), 1043-1057. [30] K. Olejniczak, E. Andrzejewska, M. Szpikowska, O. Świergiel, J. Wasek: Badania układu lek/Eudragit/plastyfikator dla wytwarzania systemów kontrolowanego dostarczania leków metodą „hot-melt extrusion”, w: Materiałach Konferencyjnych, Materiały Polimerowe Pomerania Plast 2016, Międzyzdroje,7-10.06.2016, 119-120. [31] J. Breitenbach: Melt extrusion: from process to drug delivery technology, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 54 (2002), 107-117.

Praca finansowana w ramach grantu 03/32/DSPB/0704.

mgr inż. Kinga Biedrzycka prof. dr hab. inż. Ewa Andrzejewska Zakład Polimerów Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechnika Poznańska ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznań

REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

23


maszyny, urządzenia i narzędzia

Dobre kolory? Tylko przy właściwym oświetleniu! Andrzej Wojtkowski

W wielu współczesnych, w pełni zautomatyzowanych zakładach przemysłowych do dziś menedżerowie ds. jakości podchodzą do okna albo wręcz wychodzą na zewnątrz, aby sprawdzić, czy produkty, dla których kolor odgrywa kluczową rolę, pasują do wzorców koloru przekazanych przez klienta. Jak widać, nawet w epoce zaawansowanych spektrofotometrów ludzkie oko i jego niezwykła zdolność do rozróżniania milionów odcieni kolorów, pozostaje najskuteczniejszym sędzią w kontroli jakości kolorów. Oczywiście w porównaniu z obiektywnym pomiarem przez urządzenie, wizualna ocena koloru ma jedną zasadniczą wadę – ludzkie oko nie jest w stanie przetworzyć postrzeganego obrazu na matematyczną precyzję liczb. W optymalnym oświetleniu wyszkolone oko doświadczonego kolorysty jest jednak w stanie dostrzec subtelne ślady niepożądanych odcieni i ledwo dostrzegalne różnice barwy, nasycenia i jasności. Specjalista jest też w stanie określić przyczynę technologiczną powstania niedoskonałości koloru.

P

owszechnie wiadomo, że wszystkie kolory są widoczne w swojej naturalnej, niezafałszowanej postaci wyłącznie w świetle dziennym. Dlatego też specjaliści od kolorów nie protestują, gdy muszą – czasami kilka razy – wychodzić na dwór podczas pracy. Charakterystyka światła dziennego, które uznajemy za białe, jest stosunkowo jednolita w całym zakresie widma widzialnego. Innymi słowy, światło dzienne ma w zasadzie identyczną energię w zakresie fioletu, niebieskiego, zieleni, żółtego, pomarańczowego i czerwieni. Jest jednak jeden haczyk. Światło na dworze jest stanowczo zbyt niestabilne, aby zapewnić stały poziom kontroli koloru. Światło dzienne zmienia się nie tylko w zależności od pór roku, ale z dnia na dzień albo wręcz z godziny na godzinę, w zależności od zjawisk atmosferycznych. O wschodzie i zachodzie słońca kolory zazwyczaj mają ton ciepłego pomarańczowego lub fioletu, natomiast w ciągu dnia światło może być szarawe, jeżeli na niebie są chmury, lub kryształowe, jeżeli niebo jest bezchmurne. Wreszcie, noc skutecznie tłumi wszystkie kolory. W końcu po zmroku wszystkie koty są czarne, prawda? Poza tym istotny wpływ na

24

temperaturę barwową światła dziennego ma szerokość geograficzna. W Europie temperatura barwowa światła dziennego wynosi 6000oK, natomiast w pobliżu bieguna północnego może osiągać nawet dwukrotnie wyższe wartości, co nadaje mu charakterystyczny, niebieskawy odcień. Nawet najmniejsze odchylenie rozkładu widmowego energii powoduje powstanie poważnej aberracji chromatycznej dla obserwatora. A to z kolei w oczywisty sposób zwiększa ryzyko błędnej oceny koloru wyprodukowanego przedmiotu, a tym samym może prowadzić do dodatkowych kosztów związanych z przeróbką produktu. Co zatem można zrobić, aby subiektywna percepcja wizualna człowieka była zawsze spójna i skorelowana z obiektywnie pomierzonymi wartościami? Prawidłowa odpowiedź to korzystanie Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


maszyny, urządzenia i narzędzia zapewnia oświetlenie zdolne do perfekcyjnej symulacji każdego standardowego źródła światła stosowanego w branży. Dzięki opatentowanej procedurze kalibracji wielostopniowej, przeprowadzanej za pomocą opcjonalnego oprogramowania oraz narzędzi do pomiaru światła Konica Minolta, charakterystyka żądanego rodzaju oświetlenia – np. D50, D65, D75, A, F11 itd. – może być precyzyjnie kontrolowana, programowana i zapisywana w pamięci elektronicznej komory. Co więcej, symulacja JUST UV pozwala klientom na ustawienie żądanej ilości promieni UV dla wiarygodnej symulacji zawartości rozjaśniacza optycznego. Z ekonomicznego punktu widzenia istotny jest fakt, że wielospektralne oświetlenie LED starzeje się dziesięciokrotnie wolniej, niż świetlówka. Wreszcie, technologia diod LED jest ekologiczna i zmniejsza ilość odpadów niebezpiecznych. Jeżeli chcielibyście Państwo dowiedzieć się więcej, proszę skontaktować się z naszym biurem regionalnym we Wrocławiu lub wysłać do nas e-mail. Chętnie odpowiemy na wszystkie pytania.

z profesjonalnych komór świetlnych. Komory świetlne zostały opracowane w celu wyeliminowania problemów związanych ze zróżnicowaniem światła dziennego i towarzyszących mu nieporozumień pomiędzy dostawcami produktów, w których kolor odgrywa kluczową rolę, a ich nabywcami. Dzięki wbudowanym kilku ustandaryzowanym źródłom światła, komory świetlne pozwalają na oglądanie próbek kolorów w różnych, ściśle określonych warunkach świetlnych, pozwalających na ocenę koloru w odniesieniu do odpowiedniego wzorca, ze szczególnym uwzględnieniem zmienności koloru i metameryzmu barw. W produkcji i eksploatacji farb do dopasowania koloru najczęściej stosuje się źródło światła dziennego D65, odpowiadające średniemu światłu dziennemu północnej części nieba o temperaturze barwowej 6500oK. Światło D65 zazwyczaj jest połączone z lampą żarową, stanowiącą element oświetleniowy A o temperaturze barwowej 2856oK, oraz ze świetlówką (lampą fluorescencyjną) o temperaturze barwowej ok. 4100oK. Żarowe źródła światła zazwyczaj charakteryzują się wyższą zawartością czerwieni i żółci, natomiast światło fluorescencyjne emituje więcej zieleni. Pomimo faktu, że oba te źródła nie są w stanie wiernie oddać niektórych kolorów ze względu na dominującą długość fali promieniowania świetlnego, znajdują jednak zastosowanie w wizualnej kontroli kolorów, ponieważ powszechnie występują w dwóch środowiskach, w których umieszczane są przedmioty codziennego użytku, a ludzkie oko stale poddaje je – często bardzo krytycznej – analizie koloru. Chodzi mianowicie o wnętrza domów i mieszkań, w przypadku lampy żarowej, oraz o sklepy, w przypadku świetlówek. Oprócz tego istnieją także inne standardowe źródła światła, które także można zastosować w komorze świetlnej w celu spełnienia określonych wymagań dla konkretnego zastosowania. Aby uniknąć rozproszeń wizualnych, wewnętrzne ściany komór świetlnych są zazwyczaj pokrywane neutralną, szarą farbą matową. Konica Minolta, lider rozwiązań pomiaru koloru i światła, podąża za najnowszymi trendami w technologii oświetleniowej. We współpracy z JUST Normlicht, Konica włączyła do swojego portfolio produktowego innowacyjne komory świetlne, wyposażone w specjalnie opracowane diody LED, spełniające najwyższe wymagania wizualnej oceny koloru. W porównaniu z konwencjonalnymi źródłami oświetlenia, takimi jak żarówki halogenowe lub świetlówki, rozkład widmowy energii diod LED Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Konica Minolta Sensing Europe B.V. Sp. z o.o. Oddział w Polsce ul. Skarbowców 23a 53-025 Wrocław tel. 71 734 52 11 fax 71 734 52 10 info.poland@seu.konicaminolta.eu www.konicaminolta.pl

REKLAMA

25


maszyny, urządzenia i narzędzia

26

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


maszyny, urządzenia i narzędzia

WITTMANN DRYMAX

Suszarki z obrotowym sitem

energooszczędne | dokładne | niezawodne

WITTMANN BATTENFELD POLSKA Sp. z o.o.

27 . Nr 6/2017 05-825Tworzywa Grodzisk Sztuczne Mazowiecki | Adamowizna | ul. Radziejowicka 108 | Tel.: +48 22 724 38 07 | info@wittmann-group.pl | www.wittmann-group.pl w Przemyśle


maszyny, urządzenia i narzędzia

ARTYKUŁ

PA RT N E R A

Rolbatch GmbH na targach PLASTIMAGEN w Meksyku

Wytłaczarki i układy plastyfikujące – optymalizacja procesu Magdalena Laabs, Marek Chrzanowski

J

uż na stałe Rolbatch wpisał się w grafik Międzynarodowych Targów Branży Tworzyw Sztucznych „PLASTIMAGEN” w Mexico City. Podczas targów prezentowane były kompleksowe rozwiązania z zakresu wytłaczania i recyklingu tworzyw sztucznych: l Wytłaczarki jedno- i dwuślimakowe oraz kompletne linie do wytłaczania rur, profili, płyt, granulatów, PE, PP, PS, PVC, PET, WPC, XPS. l Wytłaczarki i linie do wytłaczania i rozdmuchu foli. l Linie do sortowania, mycia, rozdrabniania tworzyw. l Sprzęt do badania właściwości tworzyw: MFI, gęstość, wilgotność. UKŁADY PLASTYFIKUJĄCE W przetwórstwie tworzyw sztucznych na produkt i jego jakość duży wpływ ma układ plastyfikujący (serce maszyny). Jeśli zostanie dobrze dobrany, nie mamy wówczas problemów z przetwórstwem, a to z kolei wpływa pozytywnie na jakość produktu finalnego. Dlatego też w produkowanych maszynach duży nacisk stawiamy na wprowadzanie najnowszych rozwiązań technologicznych, które przyczynią się do poprawy jakości produktu finalnego. Nad tym tematem pochyla się kadra inżyniersko-techniczna Rolbatch, która stale czuwa nad klientem, aby otrzymał produkt zgodny z jego oczekiwaniem. Najważniejszym celem jest dobranie układu plastyfikującego do danej aplikacji, dlatego każdy projekt rozpatrujemy indywidualnie. Układ plastyfikujący to zespół części maszyny do przetwórstwa tworzyw sztucznych, w skład którego wchodzą w przypadku wytłaczarek: ślimak bądź układ dwóch ślimaków, cylinder. Ślimaki mogą składać się z wielu segmentów. Wymiana segmentów pozwala na przystosowanie do przetwórstwa innych tworzyw. Przy przetwórstwie silnie ścierających surowców, jak na przykład włókna szklanego, kredy bądź bieli tytanowej, ślimaki muszą być dodatkowo wzmocnione, aby ich żywotność była wydłużona. OPTYMALIZACJA GEOMETRII Przez specjalne oprogramowanie do optymalizacji geometrii układów uplastyczniających i głowic wytłaczarskich jesteśmy w stanie, na podstawie uzyskanych wyników z obliczeń, zmodyfikować geometrię układów pod konkretne tworzywa. Program umożliwia przeprowadzenie analizy oraz dobór właściwego uzwojenia ślimaków w zależności od: • przetwarzanych materiałów, w tym również dodatków takich jak: włókna szklane, pigmenty, kreda, talk i inne, • panujących ciśnień w układzie plastyfikującym, • kształtów wytłaczanych profili, • problemów z przegrzewaniem tworzywa na etapie uplastyczniania w układzie, • prędkości liniowych i przepływów laminarnych. Dzięki dostosowywaniu geometrii uzyskujemy: l skrócenie czasu dozowania materiału, l zmniejszenie zużycia energii niezbędnej do uplastycznienia danej partii materiału, 28

minimalizację braków produkcyjnych przez eliminację wad jakościowych w produktach finalnych, zmianach typu lub koloru przetwarzanego tworzywa, l zwiększenie wydajności procesu plastyfikacji, l zwiększenie efektywności transportowania tworzywa. ENERGOOSZCZĘDNOŚĆ WYTŁACZAREK Warto wspomnieć również o energooszczędności wytłaczarek, co w obecnych czasach jest jednym z ważniejszych aspektów branych pod uwagę przy wyborze odpowiedniej wytłaczarki. W tym kierunku idzie branża, tj. w kierunku poprawy wydajności i energooszczędności. Zużycie energii elektrycznej koniecznej do podgrzania układu uplastyczniającego do temperatury roboczej oraz straty ciepła do otoczenia w trakcie produkcji są istotnym kosztem wpływającym na ekonomię w trakcie procesu wytłaczania. Nowoczesna konstrukcja wytłaczarek do przetwórstwa tworzyw sztucznych powinna charakteryzować się, między innymi, jak najmniejszym zużyciem energii na jednostkę wyprodukowanego wyrobu. Linie do wytłaczania marki Rolbatch pracują na silnikach asynchronicznych i mają zamontowane falowniki. Maszyna nie pracuje cały czas na pełnych obrotach i zużywa przez to zdecydowanie mniej prądu, w porównaniu do silników prądu stałego. Zamontowanie większej mocy silnika nie przekłada się na większe zużycie energii. Maszyna i tak pobiera tylko tyle energii, jakie jest w danym momencie jej obciążenie. Jednak dzięki zastosowanym większym silnikom pracującym na mniejszych obciążeniach żywotność maszyny się wydłuża. Dzięki zamontowanym nowoczesnym systemom grzania oraz innowacyjnym konstrukcjom układ plastyfikujący nagrzewa się do temperatury roboczej w bardzo krótkim czasie, a dzięki temu ograniczone są do minimum straty ciepła powstałe w trakcie nagrzewania się urządzeń. Same grzałki pracują tylko na początku, później układ raczej się chłodzi niż dogrzewa. Ciepło wytwarza się bowiem poprzez tarcie surowca przechodzącego przez układ plastyfikujący. Zyskujemy podwójnie, po pierwsze szybciej nagrzewa się wytłaczarka, czyli szybciej możemy rozpocząć produkcję, po drugie obniżamy koszty energii elektrycznej, gdyż ograniczamy straty ciepła do otoczenia. Niezwykle ważną sprawą są również wahania temperatury podczas procesu wytłaczania. Dzięki zastosowaniu innowacyjnego systemu sterowania opracowanego przez dział techniczny Rolbatch wahania temperatury są bardzo stabilne. Rolbatch skupił się na skróceniu czasu grzania wytłaczarki oraz poprawie stabilizacji temperatury w trakcie procesu przetwórczego. Przekłada się to na realne oszczędności. l

Dr Magdalena Laabs (prezes) inż. Marek Chrzanowski (dział techniczny) Rolbatch GmbH, Angermünderstrasse 101 16227 Eberswalde, Niemcy, tel. 0049 (3334) 49 668 49 info@rolbatch.com, www.rolbatch.de Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


HUZAP GmbH Marie-Curie Straße 1, 53773 HENNEF, Deutschland Telefon +49 2242 96 999 0, Telefax +49 2242 96 999 29 e-mail: huzap@huzap.com internet: www.huzap.com

Instalacje do magazynowania, transportu pneumatycznego i dozowania wszelkiego rodzaju granulatów

• Instalacje

dostarczania produktu do mieszalników • Silosy oraz zbiorniki • Instalacje transportu pneumatycznego i mechanicznego • Wagi wielokomponentowe • Wagi dla składników płynnych • Wagi typu netto oraz brutto • Automatyczne maszyny pakujace ´ do 1600 , o wydajnosci worków/godzine, • Urzadzenia do napełniania worków , Big - Bag, oktabin, kontenerów oraz beczek • Budowa maszyn i urzadzen ´ , specjalnych

Pełnych ciepła, spokoju i radości Świąt Bożego Narodzenia oraz pomyślności i sukcesów w Nowym 2018 Roku życzy

Obsługa Klienta i części zamienne Zakład produkcyjny Części zamienne i oprzyrządowanie Konserwacja urządzeń Zdalna konserwacja Eliminacja awarii Materiały eksploatacyjne Doradztwo techniczne HUZAP Sp. z o.o. ul. Konstytucji 61 41-905 Bytom (Polska) Telefon +48 (32) 388 03 00 Fax +48 (32) 282 97 52 Internet www.huzap.pl e-mail huzap@huzap.pl


maszyny, urządzenia i narzędzia

30

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


maszyny, urządzenia i narzędzia

Małe młynki – duże możliwości Firma KONGSKILDE jest dostawcą kompletnych rozwiązań systemowych, transportu pneumatycznego komponentów gotowych małogabarytowych i średniogabarytowych oraz odpadów produkcyjnych. KONGSKILDE jest również producentem kluczowych komponentów dla dostawy kompletnego systemu.

O

dciąg ścinków to ważna dziedzina w procesie produkcyjnym. KONGSKILDE posiada w swoim zakresie produkcji szereg młynków do rozdrabniania ścinków folii i papieru. Kilka rodzajów młynków daje możliwość idealnego dopasowania do oczekiwań produkcyjnych. l Bez znaczenia, jaka jest prędkość maszyny i jaki materiał jest w cyklu produkcyjnym, KONGSKILDE dopasuje odpowiedni młynek. l Bez znaczenia, jaka jest grubość materiału od kilku mikronów do kliku milimetrów, KONGSKILDE dopasuje właściwy młynek. Młynek z cięciem stykowym, gdzie nóż „ociera” o nóż lub młynek o dopasowaniu kilku mikronów. l Przy rozcinaniu na użytki na maszynach typu slitter, bobiniarka, nożyce, z wymogiem uzyskania takiego odpadu, aby łatwo go zbelować, KONGSKILDE może na jednym młynku uzyskać aż 6 różnych długości ścinki. l Przy bardzo cienkich materiałach również typu stretch KONGSKILDE zastosuje młynki MULTICUTTER, które bezbłędnie potną ten materiał, a przy materiałach grubej folii nawet do kilku milimetrów KONGSKILDE zastosuje bardzo mocne młynki MC, które bez problemu poradzą sobie z takim wyzwaniem. l Przy rozdmuchiwaniu folii z odcinaniem brzegów rękawa oraz przy produkcji folii typu „cast” KONGSKILDE zastosuje młynki

KG, które mają 6 rodzajów sit dla dopasowania najlepszego rozmiaru płatka, co bez dalszej obróbki pozwoli na wykorzystanie materiału ponownie w produkcji. l Przy produkcji materiałów szczególnie agresywnych, np. wełna mineralna, KONGSKILDE posiada młynki wyposażone w noże z węglików spiekanych, które gwarantują bardzo długą żywotność w ekstremalnych warunkach. l Przy produkcji materiałów z klejem KONGSKILDE zastosuje młynki wyposażone w system olejowania silikonowego, co wykluczy oklejanie się odpadu w dalszym transporcie. l Młynki KONGSKILDE mają bardzo małe wymiary w stosunku do innych produktów na rynku, co pozwala na zastosowanie ich w bezpośrednim otoczeniu maszyn produkcyjnych bez konieczności specjalnych uwarunkowań.

REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

31


technologie

INFORMACJA

P R A S O WA

10 technologicznych trendów na rok 2018 według Gartnera Instytut badawczy Gartnera opublikował listę 10 strategicznych trendów technologicznych, których wpływ odczuje większość organizacji. „Disruptive innovation” – w ten sposób określa się tworzące nowe rynki technologie, które mają szansę zmienić sposób funkcjonowania firm lub osób prywatnych, zaburzając zastały porządek ekonomiczny. Zdaniem analityków z amerykańskiego instytutu, w nadchodzącym roku zobaczymy m.in. rosnącą rolę sztucznej inteligencji, która wkracza w coraz więcej sfer, zmieniając je nie do poznania czy też będziemy świadkami przenikania się świata analogowego z wirtualnym.

T

echnologie, które znalazły się w zestawieniu, według jego autorów powinny rozwijać się dynamicznie na przestrzeni najbliższych 5 lat. – Gdy firma taka jak Gartner przedstawia prognozę trendów, nie można ich ignorować. Przedsiębiorstwa, które nie zastanowią się nad implementacją wymienionych w niej technologii mogą po prostu zostać w tyle – uważa Piotr Rojek z DSR, spółki dostarczającej zaawansowane rozwiązania IT dla produkcji. – Nie tak dawno temu w podobnych analizach mogliśmy przeczytać np. o Big Data czy Internecie Rzeczy. Wtedy te pojęcia dla wielu firm brzmiały enigmatycznie i często trafiały do jednego worka z fantazjami rodem z filmów science fiction. Dziś widzimy, że takie podejście było błędne, a wiele biznesów, które postawiło na te technologie odniosło ogromny sukces – dodaje Rojek. FUNDAMENTY SZTUCZNEJ INTELIGENCJI Firmy, które w ramach cyfrowej transformacji inwestycją w specjalistyczne systemy IT przywykły do sytuacji, w której człowiek decyduje o wszystkim, co dzieje się na poziomie oprogramowania, a komputery czekając na polecenia użytkownika, pozostają bierne. W najbliższej przyszłości ma to ulec zmianie, a sztuczna inteligencja stanie się nie tyle dodatkiem co fundamentem wielu systemów IT, pomagając użytkownikom w podejmowaniu dobrych decyzji lub przejmując na siebie wiele procesów decyzyjnych. – Człowiek nie jest w stanie analizować w czasie rzeczywistym ogromnych zbiorów danych, a komputery, dzięki sieciom neuronowym, radzą sobie z tym doskonale. Wielokrotnie byliśmy świadkami tego, jak nasza platforma DMP OnAudience.com dochodziła do wniosków, które dla nas były zdumiewające, ale zadziwiająco trafne. Kierując się nimi, osiągnęliśmy rewelacyjne wyniki. Intuicja w reklamie jest bardzo ważna, ale z data miningu korzystamy, by wejść na poziom nieosiągalny dla ludzkiego umysłu i dowiedzieć się zupełnie nowych rzeczy. Tak było chociażby w przypadku kampanii dla włoskich linii lotniczych. Media planner chciał skierować reklamę do ludzi biznesu i osób zainteresowanych podróżowaniem. Tak podpowiadała mu intuicja. Jednak dzięki analityce Big Data i uczeniu maszynowemu odkryliśmy, że w czasie trwania kampanii najlepiej konwertowały reklamy skierowane do osób, które interesują się wystrojem wnętrz

32

– wspomina Piotr Prajsnar z Cloud Technologies, spółki będącej polskim liderem Big Data marketingu, do której należy jedna z największych na świecie hurtowni danych. Wykorzystanie sztucznej inteligencji do wsparcia w podejmowaniu decyzji, transformacji ekosystemów, modeli biznesowych i zarządzania doświadczeniami klienta ma zdominować inwestycje w cyfrowe innowacje aż do 2025 r. INTELIGENTNE APLIKACJE I ANALITYKA Gartner już kilka tygodni temu informował, że do końca dekady elementy sztucznej inteligencji znajdą się w niemal każdej aplikacji biznesowej - niezależnie od tego, czy będzie ona oferowana jako gotowy produkt, czy jako usługa. Aplikacje oparte na SI są w stanie automatyzować procesy dotychczas powtarzalnie wykonywane przez personel danej firmy, wspierać pozyskiwanie nowych klientów i pracowników czy analizować przepływ finansów, sugerując najlepsze drogi optymalizacji kosztów. Już dziś można znaleźć rozwiązania dedykowane niemal wszystkim obszarom prowadzenia biznesu. Na przykład aplikacje dla działów HR potrafią na podstawie analizy treści dokumentów rekrutacyjnych generować rankingi kandydatów zgłaszających się do pracy na dane stanowisko, wyręczając w ten sposób specjalistów zarządzania kapitałem ludzkim. Obsługę klienta z kolei wspierają rozwiązania prowadzące klienta przez szereg kanałów kontaktu, tak by możliwie najbardziej skrócić drogę od zgłoszenia problemu do jego rozwiązania. Do 2020 roku już 85% interakcji pomiędzy konsumentami a obsługą klienta ma zachodzić przy wykorzystaniu sztucznej inteligencji. Nie brakuje także aplikacji adresowanych do księgowości i zarządzania firmowymi wydatkami. Finanse to obszar generujący ogromne ilości danych, które można wykorzystać do celów biznesowych po zapewnieniu właściwego środowiska analitycznego. – Aby nie narażać się na gwałtowny wzrost kosztów gromadzenia i przetwarzania coraz większej ilości cyfrowych informacji, z pomocą może przyjść chmura obliczeniowa, serwująca moc zależnie od rzeczywistych potrzeb. Dodatkowo mechanizmy sztucznej inteligencji mogą oceniać bieżące zapotrzebowanie na zasoby i samodzielnie decydować o wielkości wykorzystywanej mocy obliczeniowej. Dobry przykład stanowi tutaj sektor e-commerce, gdzie automatyczne zwiększanie mocy obliczeniowej w momencie stwierdzenia wzmożonego ruchu Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


INFORMACJA

P R A S O WA

technologie

w e-sklepie i natychmiastowe jej zmniejszanie, gdy aktywność internautów spada, może istotnie obniżyć koszty korzystania z chmury, a jednocześnie zagwarantować dostępność witryny dla użytkowników -– podkreśla Robert Mikołajski z Atmana, lidera polskiego rynku data center. Z kolei do efektywnego wykorzystywania zebranych danych służą narzędzia oparte na SI, szukające oszczędności, automatycznie składające zamówienia czy przewidujące prawdopodobieństwo rezygnacji danego klienta z dalszej współpracy. Należy więc dodać, że rosnąć będzie także rola samej analityki – na co wskazuje nie tylko Gartner. Według prognozy Forrestera do 2020 roku analitykę danych wykorzystywać będzie już 90% globalnych instytucji.

CYFROWE BLIŹNIAKI Coraz więcej wdrożeń Internetu Rzeczy w przedsiębiorstwach i rosnące inwestycje we wzajemnie połączone ekosystemy umożliwiają dziś tworzenie „napędzanych danymi” wirtualnych odpowiedników rzeczywistych maszyn, procesów i środowisk. Początków tego zjawiska należy szukać jeszcze w latach 70., przywołując słynną misję Apollo 13. Dzięki symulacjom zarządzania systemami statku kosmicznego za pośrednictwem wirtualnie wykreowanego odpowiednika panelu sterowania, pracownicy centrum kontroli misji mogli przekazywać astronautom w pełni sprawdzone instrukcje postępowania, uprzednio przeprowadzone na „cyfrowym bliźniaku”. Wykorzystanie tych możliwości, zdaniem wielu ekspertów, miało kluczowe znaczenie dla sukcesu sprowadzenia załogi na ziemię. Dzisiaj General Electric i Siemens stosują tę technologię do monitorowania stanu turbin wiatrowych w czasie rzeczywistym, analizując przy użyciu sensorów realny wpływ planowanych zmian konstrukcyjnych w wirtualnym środowisku. Pozwala to na rozpoczęcie modyfikacji dopiero w momencie, w którym inżynierowie będą dysponować sprawdzonymi informacjami. Niemieckie przedsiębiorstwo produkujące maszyny do pakowania produktów Optima stosuje z kolei symulacje cyfrowe do testowania, weryfikacji i odtworzenia całego cyklu życia swoich maszyn, zanim zapadnie decyzja o rozpoczęciu ich produkcji. Perspektywy związane z wirtualnym odpowiednikiem produktu czy dowolnego urządzenia są na tyle obiecujące, że powinniśmy spodziewać się szybkiej popularyzacji tej technologii. Świadczy o tym choćby fakt, że zdaniem analityków BI Intelligence do 2021 roku wartość globalnych inwestycji w Internet Rzeczy ma sięgnąć blisko 5 miliardów dolarów. Ale eksperci zwracają uwagę na istotny aspekt. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Fot: www.freepik.com

– Wraz z rozwojem i popularyzacją idei „cyfrowych bliźniaków”, będzie rosło znaczenie zabezpieczenia informacji i zagwarantowania ciągłości działania. Przedsiębiorstwa „napędzane danymi” będą coraz bardziej uzależnione od stałego dostępu do danych. Nawet krótka przerwa w dostępie do informacji może bowiem skutkować bardzo dużymi stratami – zwraca uwagę Robert Mikołajski z Atmana. EDGE COMPUTING Kolejnym trendem, który będzie szczególnie akcentowany w nadchodzącym roku, jest Edge Computing, a więc nowa metoda wymiany informacji w ramach infrastruktury IT, na którą coraz częściej składają się także wzajemnie komunikujące się urządzenia Internetu Rzeczy. To rodzaj topologii, która zakłada przetwarzanie, zbieranie i dostarczanie informacji jak najbliżej ich źródła. W przypadku IoT i geograficznie bardzo rozproszonych aplikacji infrastruktura składa się z urządzenia, serwera i krawędzi sieci (Edge). Istotne jest więc przetworzenie informacji możliwie najbliżej urządzenia, aby przyspieszyć procesy analityczne. Przesyłanie ich z powrotem do centralnego serwera wiąże się bowiem z opóźnieniami, a nie brakuje przykładów środowisk IoT, w których natychmiastowa reakcja jest kluczowa dla poprawnego i bezpiecznego funkcjonowania urządzenia. Wymiana danych pomiędzy urządzeniami IoT z pominięciem komunikacji z „centralą” znajduje swoje zastosowanie np. w przypadku zinformatyzowanych systemów zarządzania produkcją rolną, gdzie często nie są one podłączone do globalnej sieci, ale mogą bezproblemowo komunikować się pomiędzy sobą. PLATFORMY DO KOMUNIKACJI Eksperci Gartnera prognozują, że w najbliższych latach responsywne interfejsy umożliwiające interakcje użytkownika i oprogramowania staną się naczelnym celem projektowym aplikacji. Już obecnie na rynku widać rosnące zainteresowanie firm platformami do zarządzania komunikacją wykorzystującymi elementy sztucznej inteligencji. Warto jednak podkreślić, że to, co dzisiaj w ogólnym ujęciu nazywa się sztuczną inteligencją, najczęściej jest wyłącznie jednym z jej elementów, a właściwsze terminy dla wykorzystywanych przez firmy technologii, to uczenie maszynowe, rozpoznawanie mowy, obrazów, tekstu czy tłumaczenie języków. 33

t

INTELIGENTNE URZĄDZENIA W najbliższej przyszłości czeka nas wysyp elektronicznych przedmiotów, które wykraczają poza standardowe programowanie, by dzięki sztucznej inteligencji zachowywać się w sposób dużo bardziej zaawansowany i współdziałać z ludźmi i ich naturalnym otoczeniem. Do grona takich urządzeń możemy zaliczyć nie tylko autonomiczne samochody, roboty czy drony, lecz również również inne, podłączone do Internetu Rzeczy (IoT). Połączenie z Internetem umożliwia dostęp do chmury obliczeniowej, bez której wykorzystanie sztucznej inteligencji przez gros przedmiotów byłoby niemożliwe. Analitycy są zdania, że rola takich urządzeń będzie sukcesywnie rosła. Oznacza to, że otaczać nas będzie sieć komunikujących się ze sobą, świetnie poinformowanych maszyn, które będą się nieustannie uczyć, każdego dnia poszerzając swoją wiedzę o nowe dane i doświadczenia.


technologie – Dla przykładu zainteresowanie rozwiązaniami z kategorii UCaaS, czyli Unified Communication as a Service rośnie, ponieważ stają się one ważnym agregatorem informacji, co w erze Big Data ma szczególne znaczenie, a integracja systemów z aplikacjami do analityki przynosi szereg korzyści, jak np. informacje o preferencjach konsumentów, dzięki którym firmy są w stanie personalizować ofertę i obsługę klienta, a tym samym zwiększać swoje przychody – komentuje Paweł Pierścionek, Chief Technology Officer z firmy Cludo, dostarczającej zaawansowane platformy komunikacyjne w modelu SaaS dla call i contact center. Tego rodzaju narzędzia pozwalają również optymalizować koszty chociażby poprzez przeniesienie części zadań konsultantów do kanału samoobsługowego – dodaje ekspert. Według Gartnera komunikacja przyszłości będzie należała właśnie do inteligentnych platform, które dzięki analizie głosu i technologiom maszynowego uczenia będą w stanie udzielać odpowiedzi na podstawowe pytania, a z biegiem czasu coraz bardziej się specjalizować. – Technologie stosowane w wirtualnych centralach telefonicznych, na infoliniach i w szeroko pojętej obsłudze klienta w ostatnich latach rozwinęły się do tego stopnia, że klientom czasami trudno jest rozpoznać, czy rozmawiają z żywym człowiekiem, czy z automatem – wyjaśnia Paweł Pierścionek. Systemy operacyjne wykorzystywane obecnie w nowoczesnych centrach kontaktu są już wyposażone w narzędzia rozpoznające mowę, a nawet analizujące nastrój rozmówcy. – Bez wątpienia integracja człowieka z maszyną nigdy nie była tak głęboka i wielopoziomowa jak obecnie. Automatyzacja już zmieniła naszą rzeczywistość gospodarczą i społeczną oraz sposób, w jaki się komunikujemy, a prognozy wskazują, że w najbliższych latach będziemy świadkami pogłębiania tego trendu – dodaje ekspert. IMMERSIVE EXPERIENCE Podczas gdy konwersacyjne interfejsy zmieniają sposób, w jaki ludzie kontrolują świat cyfrowy, wirtualna, rozszerzona i mieszana rzeczywistość zmieniają sposób, w jaki ludzie postrzegają świat cyfrowy i wchodzą z nim w interakcje. Rynki VR i AR są jeszcze młode i mocno sfragmentaryzowane, jednak zainteresowanie obiema technologiami jest bardzo duże, co przekłada się na powstawanie licznych nowatorskich aplikacji, które nie mają realnej wartości biznesowej, a oferują przede wszystkich rozrywkę (gry wideo i filmy w 360 stopni). Aby zwiększyć rzeczywiste korzyści biznesowe, przedsiębiorstwa muszą zbadać konkretne scenariusze, w których można zastosować VR i AR, aby zwiększyć produktywność pracowników i dostarczyć nowych form wizualizacji, wzbogacając zarazem procesy projektowania i szkolenia – czytamy w informacji prasowej Gartnera. Mieszana rzeczywistość, rodzaj immersji łączący w sobie i poszerzający techniczne funkcje AR i VR, wyłania się jako rodzaj wciągającego doświadczenia opartego o atrakcyjną technologię, która optymalizuje interfejs, aby lepiej dopasować się do sposobu widzenia użytkownika i tego, w jaki sposób wchodzi on w interakcję ze światem. Istnieje całe spektrum mieszanej rzeczywistości, a technologia ta wykorzystuje wyświetlacz HMD dla rozszerzonej lub wirtualnej rzeczywistości, smartfon lub tablet oraz czujniki środowiskowe. Mieszana rzeczywistość czerpie pełnymi garściami z tego, w jaki sposób poruszamy się w cyfrowym świecie. – Choć technologia wirtualnej czy też rozszerzonej rzeczywistości wciąż jest rynkową nowością, to jej zastosowanie w obszarze produkcji jest bardzo obiecujące. Połączenie okularów z takimi 34

INFORMACJA

P R A S O WA

rozwiązaniami informatycznymi jak Shop Floor Control, pozwala pracownikowi uzyskać pełen obraz sytuacji na linii produkcyjnej - widzi on wszystkie niezbędne informacje bez konieczności sięgania po nie do systemu IT. To nie tylko ułatwia i przyśpiesza pracę, ale umożliwia identyfikację „wąskich gardeł” – zwraca uwagę Piotr Rojek z DSR. BLOCKCHAIN Blockchain to technologia, która wciąż kojarzy się przede wszystkim z kryptowalutami, jednak ma ona szansę przyczynić się do rewolucji w wielu sferach. Aplikacje oparte o zdecentralizowane bloki informacji znalazły już zastosowanie w branży finansowej, ochronie danych, IT, opiece zdrowotnej, transporcie czy energetyce. Jeszcze do niedawna na ich implementację decydowali się tzw. Early adopters, czyli podmioty, które przecierają szlaki i jako pierwsze testują nowoczesne technologie. Eksperci są zgodni, że większość projektów, wykorzystujących ten rozproszony model gromadzenia informacji, do niedawna była w fazie proof-of-concept. Ten okres dobiegł jednak końca, a co do możliwości, jakie dają łańcuchy bloków, nie trzeba nikogo przekonywać. To dlatego oglądamy rosnącą liczbę wykorzystujących je rozwiązań IT, dedykowanych przeróżnym branżom. Państwowe systemy IT oparte o tę technologię wprowadziła już m.in. Estonia, umożliwiając swoim obywatelom realizację wielu istotnych czynności online i zabezpieczając się przed atakami hakerów. – Trudno wypowiadać się o potencjalnych zastosowaniach technologii blockchain, bo jest ona tak dalece rewolucyjna, że możliwości stają się nieograniczone. Na pewno możemy spodziewać się tego, że stworzy ona nowe rynki, o których istnieniu dzisiaj nie mamy nawet pojęcia, czego przykładami mogą być rynki predykcyjne, tj. Augur czy Gnosis, dające wolnemu rynkowi narzędzia wręcz do sterowania losem świata. Najciekawsze i najbardziej rewolucyjne zastosowania Blockchain dopiero przed nami – uważa Szczepan Bentyn z Pracowni Nowych Technologii. ARCHITEKTURA ZORIENTOWANA NA ZDARZENIA Biznes kierowany zdarzeniami to idea, która zakłada, że firma nieustannie stara się wyczuć biznesowe momenty. Są to wszystkie wydarzenia, które da się cyfrowo odnotować, od zamówienia w sklepie internetowym po wylądowanie samolotu. Wykorzystując event brokerów, IoT, cloud computing, blockchain, in memory data managment i sztuczną inteligencję, zdarzenia biznesowe mogą być wykrywane szybciej i dokładniej analizowane. By w pełni korzystać z tej technologii konieczne jest wprowadzenie zmian w zarządzaniu organizacją. CARTA By zabezpieczyć firmę przed zaawansowanymi atakami hakerów i szpiegostwem korporacyjnym managerowie odpowiedzialni za zarządzanie ryzykiem i bezpieczeństwem muszą wdrożyć CARTA (Continuous Adaptive Risk and Trust Assessment). Jest to sposób działania, który zakłada nieustanną pracę nad strategią bezpieczeństwa i dopasowywanie jej do poszczególnych wydarzeń. Dostęp do poufnych danych przydzielany jest użytkownikowi za każdym razem, gdy próbuje się do nich dostać na podstawie historii wcześniejszego zachowania. Jest to możliwe dzięki zaawansowanej analityce danych w momencie, gdy zestaw ról i przywilejów w środowisku IT zostanie jasno określony.

www.plastech.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie

REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

35


technologie

Degradacja enzymatyczna elastomerów estrowych zawierających alkohole cukrowe Marta Piątek-Hnat, Ewelina Kaczmarek, Klaudia Aksman, Anna Lubocha, Magdalena Pieczykolan, Ewa Wiśniewska, Grzegorz Krala

Alkoholami cukrowymi nazywamy związki organiczne należące do grupy polioli i zawierające przy każdym atomie węgla jedną grupę hydroksylową. Głównymi przedstawicielami tej grupy są m.in. sorbitol, glicerol, ksylitol, maltitol, mannitol oraz erytrytol [1]. Większość polialkoholi występuje w przyrodzie jako składniki roślin, grzybów, owoców, czy też wodorostów, jednakże nieliczne z nich otrzymywane są w wyniku chemicznej redukcji cukrów. Zależnie od zastosowania, alkohole cukrowe produkowane są w postaci syropów bądź w formie krystalicznej, o różnym ich składzie oraz stężeniach [2]. Polialkohole wykorzystuje się w syntezie nowych materiałów, w tym elastomerów estrowych. Są to materiały, które charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, a ze względu na obecność w ich strukturze grup estrowych i hydroksylowych cechuje je również podatność na degradację zarówno hydrolityczną, jak i enzymatyczną. Celem pracy było otrzymanie poliestrowych elastomerów na bazie kwasu sebacynowego, 1,4-butanodiolu oraz różnych alkoholi cukrowych (glicerolu, ksylitolu, sorbitolu, mannitolu i erytrytolu) metodą estryfikacji, polikondensacji i procesu dopolimeryzacji. Elastomery otrzymywane są w analogiczny sposób jak opisano w pracach [3–5]. Otrzymane materiały poddano degradacji hydrolitycznej przy zastosowaniu płynu PBS (bufor fosforanowy) oraz degradacji enzymatycznej w specjalnie przygotowanym roztworze lipazy w PBS. Wszystkie uzyskane elastomery, zarówno przed jak i po każdym rodzaju degradacji przebadano pod kątem zmiany właściwości fizykochemicznych.

MATERIAŁ BADAWCZY Materiałem badawczym były poli(sebacyniany polioli-co-sebacyniany butylenu). Skład przedstawia tabela 1. Tabela 1. Otrzymane poli(sebacyniany polioli-co-sebacyniany butylenu) Lp.

Oznaczenie Zastosowany materiału poliol

Skład molowy [mol] Poliol Kwas 1,4(alkohol seba-butanocukrowy) cynowy diol

1

SEA1

Ksylitol

1

2

1

2

SEA2

Sorbitol

1

2

1

3

SEA3

Erytrytol

1

2

1

4

SEA4

Glicerol

1

2

1

5

SEA5

Mannitol

1

2

1

DEGRADACJA HYDROLITYCZNA Proces degradacji hydrolitycznej prowadzono przez 21 dni w roztworze fizjologicznym buforowanym fosforanem, który sporządzono według instrukcji producenta. Wycięte i zważone krążki, umieszczono w płytkach titracyjnych, a następnie wraz z całym niezbędnym wyposażeniem, tj. ze szkłem laboratoryjnym, pipetami, strzykawkami oraz medium degradacyjnym, poddano piętnastominutowej sterylizacji promieniowaniem UV w komorze laminarnej. Następnie, wszystkie krążki zalano płynem PBS (buforem fosforanowanym) i wstawiono do inkubatora z wytrząsaniem. Test degradacji hydrolitycznej przebiegał w temperaturze 37oC, a sól fizjologiczną wymieniano co 48 godzin. Po zakończeniu procesu, próbki kopolimerów suszono w suszarce próżniowej, w tej samej temperaturze, w której prowadzona była 36

degradacja, a następnie w celu obliczenia procentowego ubytku mas, ważono na wadze analitycznej. DEGRADACJA ENZYMATYCZNA Test degradacji enzymatycznej uzyskanych kopolimerów estrowych wykonano za pomocą roztworu lipazy z bakterii Pseudomonas cepacia w soli fizjologicznej, buforowanej fosforanem. Przed rozpoczęciem degradacji, krążki umieszczono w 24-dołkowych płytkach i poddano sterylizacji dokładnie w ten sam sposób, jak w przypadku przygotowania próbek do degradacji hydrolitycznej. Wysterylizowane próbki materiałów zalano roztworem enzymu i umieszczono w inkubatorze z wytrząsaniem na okres 3 tygodni. W celu uniknięcia utraty aktywności enzymu, medium degradacyjne wymieniano co 2 dni. Próbki do badań po wcześniejszym ich wysuszeniu w suszarce próżniowej, pobierano po 7, 14 i 21 dniach hydrolizy enzymatycznej. METODY BADAŃ Ubytek masy materiałów estrowych po 21 dniach degradacji hydrolitycznej oraz po 7, 14 i 21 dniach degradacji enzymatycznej został obliczony ze wzoru:

Medium degradacyjne

Temperatura degradacji [oC]

Czas trwania [dni]

Wymiana medium [dni]

Pobranie próbek do badań [dni]

Hydrolityczna

PBS

37

21

2

21

Enzymatyczna

Enzym lipoza rozpuszczony w PBS

37

21

2

7,14,21

Rodzaj degradacji

Rys 1. Parametry procesów degradacji elastomerów Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie U [%] =

m0 – m1 m0

. 100

gdzie: m0 – masa materiału przed degradacją [g]; m1 – masa materiału po degradacji [g]. Budowę chemiczną określono metodą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) przy użyciu aparatu ALPHA BRUKER. Widma transmitancji oceniono w zakresie częstości liczby falowej 4000–500 cm-1. OMÓWIENIE WYNIKÓW Na podstawie wykresu przedstawionego na rysunku 2 wynika, iż najbardziej podatnym materiałem na działanie soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (PBS) jest poli(sebacynian sorbitolu-co-sebacynian butylenu), którego ubytek masy określono na 5,03%. Można także zauważyć, że materiały oznaczone symbolami SEA 1 oraz SEA 5 uległy degradacji hydrolitycznej w bardzo podobnym stopniu, co kopolimer SEA 2. Z powyższego wykresu wynika również, że rodzaj zastosowanego alkoholu cukrowego ma znaczący wpływ na przebieg procesu degradacyjnego, gdyż materiałami, które wykazały najmniejszy ubytek masy, są kopolimery zawierające w swojej strukturze poliole o najmniejszej ilości grup hydroksylowych, tj. glicerol oraz erytrytol. Rysunek 3 przedstawia procentowe ubytki mas otrzymanych kopolimerów estrowych po każdym etapie degradacji enzymatycznej. Na ich podstawie można wywnioskować, iż wszystkie materiały eksperymentalne ulegają degradacji w sposób ciągły, a ich masy maleją wraz z czasem trwania procesu.

Rys. 2. Procentowy ubytek masy materiałów estrowych podczas degradacji hydrolitycznej

Materiałami, które wykazały najwyższą podatność na działanie lipazy, były SEA 3 (erytrytol) oraz SEA 4 (glicerol), których ubytek masy po 3 tygodniach wyniósł kolejno 15,47 oraz 18,98%. Kopolimer SEA 4, czyli zawierający glicerol, już po 7 dniach prowadzenia procesu degradacyjnego wykazał bardzo wysoki ubytek masy wynoszący ok. 9%, w porównaniu z pozostałymi materiałami, dla których po tym samym czasie wyznaczono ubytek na poziomie 6%. Rozpatrując krzywe dotyczące poliestrów SEA 2 (sorbitol) oraz SEA 5 (mannitol), czyli kopolimerów, w których skład wchodzą izomery – sorbitol i mannitol, można stwierdzić, że zmiana rozmieszczenia przestrzennego atomów najprawdopodobniej nie przyczynia się znacznie do zmian podatności na degradację. Opierając się na wynikach przedstawionych na rysunku 4-dotyczącym porównania ubytków mas wszystkich materiałów po tym samym czasie trwania degradacji hydrolitycznej oraz enzymatycznej, można zauważyć, że wszystkie kopolimery są zdecydowanie bardziej podatne na działanie roztworu enzymu, niżeli jonów pochodzących od PBS. Przebieg procesów degradacyjnych uzależniony jest również od rodzaju zastosowanego poliolu, a wraz ze wzrostem ilości grup hydroksylowych, wzrasta podatność na degradację hydrolityczną. W przypadku degradacji pod wpływem lipazy obserwuje się tendencję odwrotną. Na rysunkach 5 i 6 przedstawiono zestawienia widm dotyczące odpowiednio materiału SEA 4 (glicerol), czyli kopolimeru, który wykazał największą podatność na degradację enzymatyczną oraz materiału SEA 5 (Mannitol), charakteryzującego się najmniejszym ubytkiem masy pod wpływem działania enzymu. W przypadku zestawienia dla materiału SEA 4 (glicerol) zaobserwowano rozwarstwienie się piku przy liczbie falowej wynoszącej 1730 cm-1, co dowodzi o występowaniu grup karbonylowych, które wytworzyły się w wyniku rozpadu makrocząsteczki. Kolejne istotne zmiany, które można zaobserwować dla obydwu zestawień, pojawiają się w przedziale liczby falowej od 3231 do 3468 cm-1. Intensywniejsze pasmo dowodzi o rozerwaniu wiązań estrowych w wyniku przebiegu degradacji. WNIOSKI W pracy otrzymano elastomery estrowe – poli(sebacyniany polioli-co-sebacyniany butylenu), w których jednymi z surowców były występujące w środowisku naturalnym alkohole cukrowe. Elastomery poddano 21-dniowej degradacji hydrolitycznej w buforze fosforanowym oraz 21-dniowej degradacji enzymatycznej. W wyniku przeprowadzonych badań można stwierdzić, że wszystkie elastomery są podatne na degradację hydrolitycz-

degradacja hydrolityczna (PBS)

Rys. 3. Procentowy ubytek masy elastomerów estrowych podczas trwania degradacji enzymatycznej Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

degradacja enzymatyczna

Rys 4. Zestawienie ubytków masy materiałów po 21 dniach degradacji hydrolitycznej oraz enzymatycznej

t

37


technologie

Rys. 5. Widma FTIR dla materiału SEA 4 (glicerol) przed oraz po 7,14 i 21 dniach degradacji enzymatycznej

Rys. 6. Widma FTIR dla materiału SEA 5 (mannitol) przed oraz po 7,14 i 21 dniach degradacji enzymatycznej

ną, jednak proces ten zachodzi bardzo powoli. Znacznie szybciej zachodzi proces degradacji enzymatycznej, gdzie ubytki masy szacowały się na poziomie od 10 do nawet 20% w zależności od zastosowanego alkoholu cukrowego. Badania FTIR potwierdziły zachodzenie hydrolizy wiązań estrowych, na co wskazują, zarówno pojawiające się piki charakterystyczne dla grup hydroksylowych w zakresie długości fali ok. 3200–3300 cm-1, jak i zmiany intensywności pików charakterystycznych dla grup karbonylowych przy długości fali ok. 1680–1730 cm-1. Największe zmiany można zaobserwować dla materiału otrzymanego na bazie glicerolu, a najmniej podatny na proces degradacji był elastomer na bazie mannitolu. Część wyników zawartych w tym artykule została uzyskana w ramach pracy magisterskiej Eweliny Kaczmarek pt. „Zastosowanie alkoholu cukrowego w syntezie poliestrowych elastomerów”. LITERATURA [1] J. Grupińska, T. Grzelak, M. Walczak, M. Kramkowska, K. Czyżewska: Korzyści i zagrożenia związane z konsumpcją naturalnych zamienników sacharozy, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 48(1), 2015. [2] M. Hadżikinova, E. Sikora, D. Hadżikinov, M. Sikora, E.M. Kutyła, M. Krystyjan: Charakterystyka i możliwość zastosowania polioli do wytwarzania wyrobów o słodkim smaku, Żywność projektowana część II, Oddział Małopolski Polskiego Towarzystwa Technologów Żywności, Kraków 2011. [3] M. Piątek-Hnat, M. Terebelska, K. Cieślak, M. Algierska: Elastomer poliestrowy poli(sebacynian gliceryny) – wpływ czasu 38

estryfikacji na właściwości fizykochemiczne, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 5, 2014, str 57-58. [4] M Piątek-Hnat, J. Pilip, K. Gorący, M. Terebelska, E. Kaczmarek, A. Wojciechowska, M. Jędrzejczyk: Badanie podatności na degradację hydrolityczną poli(sebacynianu sorbitolu), Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 5/2015, 50-52. [5] M. Piątek-Hnat, J. Pilip, M. Terebelska, E. Kaczmarek, A. Wojciechowska, S. Kosiński: Zastosowanie alkoholi cukrowych w syntezie elastomerów estrowych, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 3/2016, 100–101.

dr inż. Marta Piątek-Hnat dr inż. Ewa Wiśniewska mgr inż. Ewelina Kaczmarek mgr inż. Grzegorz Krala Klaudia Aksman, Anna Lubocha, Magdalena Pieczykolan – studentki studiów inżynierskich Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Instytut Polimerów Zakład Biomateriałów i Technologii Mikrobiologicznych ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

39


technologie

Wpływ metody sterylizacji na właściwości fizykochemiczne elastomerów estrowych Marta Piątek-Hnat, Agnieszka Wojciechowska, Klaudia Aksman, Anna Lubocha, Magdalena Pieczykolan, Ewa Wiśniewska, Grzegorz Krala

Obecnie w medycynie na coraz większą skalę stosowane są implanty polimerowe, które zastępują lub wspomagają regenerację uszkodzonych tkanek bądź całych narządów. Do ich produkcji najczęściej wykorzystuje się materiały polimerowe ze względu na ich zróżnicowane właściwości fizykochemiczne, łatwość obróbki oraz stosunkowo niski koszt produkcji. Materiały o takim zastosowaniu powinny charakteryzować się biokompatybilnością, nietoksycznością, bioaktywnością oraz wykazywać odpowiednie właściwości mechaniczne. Implanty cechują się różnymi właściwościami w zależności od funkcji, jaką będą spełniać w ciele człowieka. Materiały, które zastępują koronkę stomatologiczną, cechują się dużą odpornością na ścieranie oraz wysoką twardością. Z kolei endoproteza stawu biodrowego musi być odporna na zginanie oraz charakteryzować się dużą wytrzymałością zmęczeniową oraz ciągliwością [1].

B

ardzo ważnym terminem z punktu widzenia implantów oraz urządzeń medycznych jest sterylizacja, czyli proces polegający na niszczeniu wszystkich form mikroorganizmów, zarówno wegetatywnych, jak i przetrwalnikowych. Dlatego też wszystkie materiały stosowane w medycynie muszą być podatne na ten proces, co oznacza, że nie mogą zmieniać swoich właściwości fizykochemicznych po sterylizacji. Czynniki sterylizacyjne mogą powodować koagulację, denaturację czy utlenianie substancji białkowych. Przemiany te są nieodwracalne i powodują niszczenie komórek. W wyniku sterylizacji otrzymuje się materiały wolne od drobnoustrojów. Pierwsze metody sterylizacji opierały się na wykorzystaniu pary wodnej oraz na procesie gotowania. Obecnie znanych jest bardzo dużo metod zabijania drobnoustrojów m.in.: l wyżarzanie, l spalanie, l sterylizacja suchym, gorącym powietrzem, l sterylizacja parą wodną pod ciśnieniem, l sączenie, l sterylizacja promieniami, l sterylizacja gazami, l sterylizacja roztworami środków chemicznych, l sterylizacja plazmowa [2]. Sterylizacja czy inaczej wyjaławianie zalicza się do procesów technologicznych, których celem jest zniszczenie wszystkich form wegetatywnych, przetrwalnikowych i zarodnikowych mikroorganizmów. Sterylizacja może odbywać się mechanicznie, fizycznie, a także chemicznie. Materiał po sterylizacji jest jałowy, czyli nie zawiera żadnych drobnoustrojów (także wirusów). Cechy idealnej metody sterylizacyjnej, to między innymi wydajność, prostota, niski koszt oraz szybki czas jej przeprowadzenia, a także szeroki zakres stosowalności [3]. Według normy EN 556-1:2001 materiał jest sterylny, gdy prawdopodobieństwo wystąpienia żywych mikroorganizmów jest 40

Rys.1. Metody prowadzenia sterylizacji

mniejsze lub równe 10-6. Na rysunku 1 przedstawiono metody prowadzenia sterylizacji. Dobór metody sterylizacji jest niezwykle istotny ze względu na fakt, że materiał poddany sterylizacji nie może cechować się znacznym pogorszeniem właściwości fizykochemicznych po tym procesie. Dlatego niezwykle ważne jest, aby zastosowana metoda sterylizacji była nie tylko prosta w przeprowadzeniu, ale również nie powodowała pogorszenia się właściwości użytkowych materiałów polimerowych. Wraz z rozwojem technologii materiałów polimerowych do zastosowań medycznych dobór metody ich sterylizacji staje się niezwykle istotny. Celem pracy było otrzymanie elastomerów estrowych z zastosowaniem surowców pochodzenia roślinnego oraz ocena wpływu metod sterylizacji na ich właściwości fizykochemiczne. MATERIAŁ BADAWCZY Materiał badawczy został otrzymany w procesie trzyetapowej syntezy obejmującej estryfikację, polikondensacje i dopolimeryzowanie. Metoda syntezy jest opisana w pracach [4–6]. W poniższej tabeli zostały przedstawione wszystkie otrzymane materiały elastomerowe. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie Tabela 1. Otrzymane poli(sebacyniany polioli- co- sebacyniany butylenu Lp. 1 2 3 4 5

Symbol materiału SEA1 SEA2 SEA3 SEA4 SEA5

Zastosowany poliol ksylitol sorbitol erytrytol glicerol mannitol

KS/BD/AL [mol] 2/1/1 2/1/1 2/1/1 2/1/1 2/1/1

poli(sebacynian poli(sebacynian poli(sebacynian poli(sebacynian poli(sebacynian

Otrzymany materiał ksylitolu-co-sebacynian butylenu) sorbitolu-co-sebacynian butylenu) erytrytolu-co-sebacynian butylenu) glicerolu-co-sebacynian butylenu) mannitolu-co-sebacynian butylenu)

gdzie: KS – kwas sebacynowy, BD – 1,4 – butanodiol, AL. – alkohol cukrowy (poliol)

STERYLIZACJA TLENKIEM ETYLENU Sterylizacja tlenkiem etylenu została przeprowadzona w Centrali Sterylizacyjnej znajdującej się na terenie Samodzielnego Publicznego Szpitala Klinicznego nr 2 PUM w Szczecinie. Proces ten został przeprowadzony w standardowych warunkach, czyli stężenie gazu nie przekroczyło 1200 mg/ l. Temperatura procesu mieściła się w granicach 40–60oC, a czas trwania procesu wynosił około 6 h. METODY BADAŃ Budowę chemiczną określono metodą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) przy użyciu aparatu ALPHA BRUKER. Widma transmitancji oceniono w zakresie częstości liczby falowej 4000–500cm-1. Pomiary metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) wykonano przy użyciu urządzenia TA Instruments (Q-100) przy prędkości ogrzewania 10oC/min w zakresie temperatury od –90oC do 100oC. Badanie kąta zwilżania powierzchni materiałów wykonano wodą dejonizowaną przy użyciu aparatu SEO CONTACT ANGLE ANALYZER firmy HAAS na modelu Phoenix Mini. Do oznaczania właściwości mechanicznych przy rozciąganiu wykorzystywano maszynę wytrzymałościową Intron 4206–006. Pomiary naprężenia i wydłużenia przy rozciąganiu prowadzono przy prędkości rozciągania próbki 500 mm/min wg normy PN-EN-ISO 527/1:1996. OMÓWIENIE WYNIKÓW Na rys. 3 zostały przedstawione widma w podczerwieni FTIR poli(sebacynianiu ksylitolu-co-sebacynianu butylenu przed oraz po sterylizacji radiacyjnej i sterylizacji tlenkiem etylenu. Na podstawie obserwacji otrzymanych widm można stwierdzić, że proces sterylizacji wpływa w nieznacznym stopniu na budowę otrzymanego kopolimeru estrowego. Zmianę zaobserwowano przy piku o długości falowej ok. 3428 cm-1, która odpowiada drganiom rozciągającym pochodzących od alkoholi. Na widmach po sterylizacji radiacyjnej zaobserwowano nieznaczny wzrost intensywności piku, natomiast po sterylizacji tlenkiem etylenu zauważono zmniejszenie się intensywności pasma pochodzącego od grup -OH. Przy długości falowej ok. 2926 cm-1 zaobserwowano piki związane z występowaniem grup metylenowych (-CH-). Zarówno przed jak i po obu sterylizacjach zaobserwowano występowanie pasm o takich samych intensywnościach. Następny charakterystyczny pik występuje przy długości falowej ok. 1725 cm-1 i pochodzi on od wiązania estrowego (-C=O). Materiał po Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Tabela 2. Parametry sterylizacji radiacyjnej dawka sterylizacyjna transporter prąd zadany energia współczynnik kalibracji próbkowanie

25 kGy 0,368 m/min 360 mA 10 MeV 9,2 0,3 s

obu sterylizacjach wykazuje taką samą intensywność w obrębie pasma pochodzącego od wiązania estrowego jak materiał przed sterylizacją. Elastomery otrzymane przy zastosowaniu sorbitolu, gliceryny i mannitolu analogicznie jak opisane powyżej materiały na bazie ksylitolu nie wykazują znaczących zmian w intensywnościach pasm zarówno po sterylizacji tlenkiem etylenu, jak i po sterylizacji radiacyjnej. Inaczej jest w przypadku poli(sebacynianu erytrytolu-co-sebacynianu butylenu), gdzie na rys. 3 można zaobserwować zmiany w intensywnościach pików po obu sterylizacjach. Znaczące zmiany zaobserwowano w obrębie liczby falowej ok. 3235 cm-1, gdzie zauważono po obu sterylizacjach zanik inten-

Rys. 2. Widma FTIR poli(sebacynianu ksylitolu-co-sebacynianu butylenu) (PXBS) przed i po sterylizacji radiacyjnej i po sterylizacji tlenkiem etylenu

Rys. 3. Widma FTIR poli(sebacynianu erytrytolu-co-sebacynianu butylenu) (PEBS) przed i po sterylizacji radiacyjnej i po sterylizacji tlenkiem etylenu

t

STERYLIZACJA RADIACYJNA Proces sterylizacji radiacyjnej został przeprowadzony w Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. W celu sterylizacji otrzymanych kopolimerów estrowych wysokoenergetycznymi elektronami został użyty akcelerator Elektronika o energii 10 MeV oraz średniej mocy 10 kW. Proces został przeprowadzony zgodnie z normą PN ISO 11137:2007. W tabeli 2 zostały przedstawione parametry przeprowadzonej sterylizacji.

41


technologie sywności piku w stosunku do widma przed sterylizacjami. Różnice również zaobserwowano w obszarze liczby falowej ok. 1051 cm-1 oraz 877 cm-1. Zmiany te mogą być związane z faktem, że materiał pod wpływem przeprowadzonych sterylizacji ulegał dodatkowym procesom dosieciowania. Zestawienie na rys. 4. przedstawia termogramy I ogrzewania poli(sebacynianu mannitolu-co-sebacynianu butylenu) przed sterylizacją oraz po dwóch rodzajach tego procesu. Materiał wyjściowy ma pojemność cieplną równą 0,56 J/g*oC. Natomiast po obu sterylizacjach zaobserwowano nieznaczne zmiany w fazie amorficznej. W odróżnieniu od pozostałych materiałów ten zawierający mannitol charakteryzuje się występowaniem tylko jednego piku w obrębie fazy krystalicznej. Entalpia dla materiału wyjściowego wynosi 0,62 J/g. Materiał charakteryzuje się wysokim stopniem usieciowania. Natomiast po obu sterylizacjach wartość ta znacząco wzrasta. W przypadku sterylizacji radiacyjnej wzrost jest większy – do wartości 6,12 J/g, a dla sterylizacji tlenkiem etylenu zauważono mniejszą zmianę i entalpia topnienia w tym przypadku wynosi 3,68 J/g. Najprawdopodobniej doszło do degradacji materiału pod wpływem obu sterylizacji. Mniejszy wpływ na procesy degradacyjne miała sterylizacja tlenkiem etylenu. Na rysunku 5 przedstawiono zestawienie wyników badania kąta zwilżania przed oraz po sterylizacji radiacyjnej oraz po sterylizacji tlenkiem etylenu. Materiały wyjściowe zawierające ksylitol, sorbitol oraz erytrytol charakteryzowały się hydrofilowym charakterem powierzchni. Natomiast materiały zawierające glicerol oraz mannitol miały hydrofobową powierzchnię. Po przeprowadzeniu sterylizacji radiacyjnej wartość kąta zwilżania zmniejszyła się, dając powierzchnie

hydrofilowe. Wyjątek stanowią materiały, które zawierały ksylitol oraz glicerol. W ich przypadku wartość kąta zwilżania zwiększyła się. Dla poli(sebacynianu ksylitolu-co-sebacynianu butylenu) kąt zwilżania wyniósł 75, a dla poli(sebacynianu glicerolu-co-sebacynianu butylenu) była to wartość 98. W przypadku sterylizacji tlenkiem etylenu we wszystkich przypadkach doszło do spadku wartości kąta zwilżania. Najbardziej hydrofilowy charakter miała powierzchnia poli(sebacynianu sorbitolu-co-sebacynianu butylenu). Natomiast po sterylizacji tlenkiem etylenu największą wartość kąta czyli 71 miała powierzchnia poli(sebacynianu glicerolu-co-sebacynianu butylenu). Większy wpływ na powierzchnię danego materiału miała sterylizacja tlenkiem etylenu. W przypadku materiału z udziałem mannitolu powierzchnia zmieniła się z hydrofobowej na hydrofilową. Na rys 6. przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych statycznego rozciągania dla elastomerów estrowych różniących się zastosowanym alkoholem cukrowym. Można stwierdzić, że zarówno sterylizacja tlenkiem etylenu, jak i radiacyjna nie pogorszyła właściwości mechanicznych, a obserwowany wzrost tych właściwości związany jest prawdopodobnie ze stabilizacją ich struktury. Można to zaobserwować dla materiałów zawierających ksylitol, sorbitol oraz erytrytol. Nieznaczne pogorszenie właściwości miało miejsce tylko w przypadku sterylizacji radiacyjnej dla materiałów na bazie glicerolu oraz mannitolu, co mogło być spowodowane użyciem zbyt dużej dawki sterylizacyjnej. Analogiczny wpływ można zaobserwować przy odkształceniu do zerwania, gdzie wartości wzrosły, za wyjątkiem materiałów w których zastosowano glicerol oraz mannitol. WNIOSKI W pracy oceniono wpływ zastosowanej metody sterylizacji na właściwości fizykochemiczne elastomerów estrowych otrzymanych na bazie różnych alkoholi cukrowych. Analiza widm FTIR wykazała nieznaczne zmiany w intensywnościach pasm w przypadku zastosowania większości alkoholi cukrowych. Wyjątek stanowi elastomer na bazie erytrytolu, który charakteryzował się zanikiem grup pochodzących od alkoholi, co prawdopodobnie jest związane z dosieciowaniem tego materia-

Rys.4. Termogramy I ogrzewania poli(sebacynianu mannitolu-co-sebacynianu butylenu)

Rys. 5. Wykres przedstawiający wyniki badania kąta zwilżania elastomerów estrowych 42

Rys. 6. Właściwości mechaniczne elastomerów estrowych Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie łu podczas przeprowadzonych sterylizacji. Dlatego w przypadku tego materiału należałoby wybrać metodę sterylizacji radiacyjnej o niższej od 25 kGy dawce promieniowania. Po przeprowadzeniu badań termicznych stwierdzono, że obie sterylizacje wpływają na stabilizację struktury otrzymanych materiałów. Dodatkowo w przypadku materiału zawierającego mannitol dochodzi prawdopodobnie do częściowej degradacji materiału, o czym świadczy pojawienie się piku endotermicznego podczas ogrzewania. Po przeprowadzeniu zarówno sterylizacji radiacyjnej jak i sterylizacji tlenkiem etylenu nie zaobserwowano pogorszenia właściwości mechanicznych. Wyjątkiem były materiały, do których syntezy został zastosowany glicerol oraz mannitol. Prawdopodobnie jest to spowodowane użyciem zbyt wysokiej dawki promieniowania podczas sterylizacji radiacyjnej. Elastomery estrowe zawierające alkohole cukrowe mogą być sterylizowane zarówno metodą radiacyjną, jak i przy użyciu tlenku etylenu. Należy jednak pamiętać, że w przypadku materiałów na bazie glicerolu i mannitolu, konieczne jest zastosowanie niższej dawki sterylizacyjnej niż 25 kGy, ze względu na spadek ich właściwości mechanicznych. Wyniki zawarte w tym artykule zostały uzyskane w ramach pracy magisterskiej Agnieszki Wojciechowskiej pt. „Wpływ metody sterylizacji na właściwości poli(sebacynianów polioli)”. LITERATURA [1] J. Nowacki, L.A. Dobrzański, F. Gustavo: Implanty śródszpikowe w osteosyntezie kości długich, Rozdział 3: Biomateriały w konstrukcji implantów, Open Access Library Volume 11 (17) 2012. INFORMACJA

[2] S. Janicki, A. Fiebig, M. Sznitowska, T. Achmatowicz: Farmacja stosowana: podręcznik dla studentów farmacji, Warszawa, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2003. [3] P. Singleton: Bakterie w biologii, biotechnologii i medycynie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000. [4] M. Piątek-Hnat, M. Terebelska, K. Cieślak, M. Algierska: Elastomer poliestrowy poli(sebacynian gliceryny) – wpływ czasu estryfikacji na właściwości fizykochemiczne, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 5, 2014, str 57-58. [5] M Piątek-Hnat, J. Pilip, K. Gorący, M. Terebelska, E. Kaczmarek, A. Wojciechowska, M. Jędrzejczyk: Badanie podatności na degradację hydrolityczną poli(sebacynianu sorbitolu), Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 5/2015, 50-52. [6] M. Piątek-Hnat, J. Pilip, M. Terebelska, E. Kaczmarek, A. Wojciechowska, S. Kosiński: Zastosowanie alkoholi cukrowych w syntezie elastomerów estrowych, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, nr 3/2016, 100-101.

dr inż. Marta Piątek-Hnat dr inż. Ewa Wiśniewska mgr inż. Agnieszka Wojciechowska mgr inż. Grzegorz Krala Klaudia Aksman, Anna Lubocha, Magdalena Pieczykolan – studentki studiów inżynierskich Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Instytut Polimerów Zakład Biomateriałów i Technologii Mikrobiologicznych ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin

P R A S O WA

Biodegradowalne tworzywa do jednorazowych kapsułek kawowych

A

pplicazioni Plastiche Industriali (www.apiplastic.com), producent elastomerów termoplastycznych, wprowadza na rynek nowe gatunki biodegradowalnych i kompostowalnych biotworzyw. Firma rozszerza ofertę biotworzyw „Apinat” na jednoskładnikowe kapsułki kawowe, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie konsumentów na kompostowalne kapsułki kawowe. Nowe gatunki Apinat, które obejmują termoplastyczne elastomery TPE-E i TPC, mają zawartość surowców z odnawialnych źródeł od 60% do ponad 90%. Biotworzywa są zgodne z przepisami Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) oraz unijnymi przepisami dotyczącymi kontaktu z żywnością i nadają się zarówno do formowania wtryskowego, jak i prasowania. Biotworzywa Apinat oferują wyjątkowe właściwości mechaniczne i cieplne podczas procesu wrzenia i mogą z łatwością zastąpić konwencjonalne tworzywa sztuczne. Produkty z serii Apinat są zgodne ze standardami biodegradacji stowarzyszenia European Bioplastics i uznanymi naukowo normami, EU 13432/ EN 14995 i US ASTM D6400 w zakresie biodegradowalności i kompostowalności produktów z tworzyw sztucznych. – Konsumenci coraz częściej szukają ekologicznych rozwiązań dla swoich ekspresów do kawy – powiedział kierownik działu biznesowego Aldo Zanetti i dodał: – Ta innowacja w zakresie biotworzyw Apinat wzmacnia zaangażowanie API w zrównowaTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

żony rozwój i odpowiedzialność za środowisko, oferując kawę w kompostowalnych kapsułkach do kawy. W 2016 r. przemysł wyprodukował ponad 35 miliardów nieodtwarzalnych kapsułek z kawy z tworzyw sztucznych na całym świecie. Eksperci spodziewają się wzrostu kapsułek z tworzyw sztucznych o 17 miliardów przed końcem 2020 roku, poinformowała firma API. Oprócz biotworzyw, API produkuje również TPE, TPU, EVA i PCW oraz masterbatche dla wielu zastosowań przemysłowych i konsumenckich.

Źródło: PlastEurope 43


technologie

Radioliza naturalnych i syntetycznych polimerów a ochrona dziedzictwa kulturowego Wojciech Głuszewski, Khoi Tran, Laurent Cortella

W

przeddzień obchodzonej w tym roku 150. rocznicy urodzin Marii Skłodowskiej-Curie Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (IAEA) w Wiedniu opublikowała długo oczekiwaną monografię poświęconą zastosowaniu technik nuklearnych do konserwacji obiektów o znaczeniu historycznym. Redaktorem tej zbiorowej pracy zatytułowanej „Uses of Ionizing Radiation for Tangible Cultural Heritage Conservation” jest zmarły w 2016 roku Jhon Havermans [1]. Artykuł zwraca uwagę na kilka tematów związanych z radiolizą polimerów opisanych w książce. Warto na wstępie przypomnieć pracę zatytułowaną „Sur l’etude des courbes de probabilite relatives a l’action des rayons X sur les bacilles”, którą Skłodowska-Curie opublikowała w roku 1929 w biuletynie Francuskiej Akademii Nauk. Autorka przedstawiła wówczas po raz pierwszy krzywe tzw. radiacyjnej inaktywacji, czyli zależności między przeżywalnością bakterii, a wielkością pochłoniętej dawki promieniowania. Publikacja ta z dzisiejszego punktu widzenia po raz pierwszy opisała idę radiacyjnej sterylizacji. Do pracy Skłodowskiej-Curie wrócono 45 lat po jej opublikowaniu. Zaczęto wówczas na skalę przemysłową sterylizować z użyciem promieniowania gamma (γ) i wiązki elektronów (oznaczanej EB od angielskiego electron beam) wyroby wykonane z tworzyw sztucznych. Paradoksalnie najpóźniej ze względu na relatywnie najwyższą cenę powstały instalacje wykorzystujące wyłącznie promieniowanie hamowania (X). Tak więc, nieco przez przypadek wspomniana praca Marii Skłodowskiej-Curie stała się aktualna na początku XXI wieku. Powszechny dostęp do dużych źródeł promieniowania umożliwił zastosowanie technik radiacyjnych w innych dziedzinach, między innymi w konserwacji dzieł sztuki a ściślej mówiąc obiektów mających znaczenie dla dziedzictwa kulturowego. Większość tych obiektów wykonana jest z naturalnych polimerów. Coraz częściej jednak współcześni artyści korzystają z polimerów syntetycznych. Wiedza na temat odporności

Drewniane rzeźby poddawane radiacyjnej dekonaminacji 44

Grzebień (eksponat Muzeum Katyńskiego) poddany radiacyjnej sterylizacji

radiacyjnej tworzyw sztucznych może okazać się pożyteczna również dla konserwatorów dzieł sztuki [2]. KONSOLIDACJA RADIACYJNA Konsolidacja porowatych artefaktów daje możliwość ratowania obiektów będących w wydawałoby się beznadziejnym stanie. Technologia polepszenia właściwości drewna i betonu została opracowana już w latach 60. ubiegłego wieku. Nasączano wówczas obiekt płynną żywicą, która wypełniała mikropory, a następnie zestalano ją poprzez indukowaną promieniowaniem jonizującym polimeryzację. Najczęściej stosowano w tym celu promieniowanie gamma. Radiacyjna metoda różni się od tradycyjnych sposobów chemicznych, w których żywica nasączana jest z użyciem rozpuszczalnika. Po odparowaniu lotnego związku otrzymuje się kompozyt np. drewno/polimer. Unikatowość metody radiacyjnej polega na tym, że dodatkowo tworzywo wzmacniane jest wiązaniami poprzecznymi. Mechaniczne właściwości artefaktów są w tym przypadku o wiele lepsze niż po konwencjonalnej formie konsolidacji. Wygląd obiektu pozostaje najczęściej niezmieniony, a ewentualne odstępstwa od oryginału nie są większe od obserwowanych przy innych sposobach impregnowania. Należy sobie jednak zdawać sprawę, że materiał i jego właściwości fizykochemiczne (zwiększona gęstość i wytrzymałość mechaniczna) są nieodwracalne. Dlatego metoda konsolidacji jest celowo ograniczana do przypadków, w których właściwości mechaniczne muszą zostać znacznie wzmocnione. Sięga się po nią zwykle, gdy inne metody zawiodą. Najczęściej technika ta jest stosowana do ratowania tzw. mokrego drewna, czyli obiektów wydobytych z wody. Wzmacnia się również elementy budowlane i parkiet podłogowy. PARKIET PODŁOGOWY Konsolidację radiacyjną stosuje się nie tylko do konserwacji parkietów historycznych, ale również produkcji wykładzin podłogowych. Pierwszy program badawczy został zapoczątkowany w roku 1956 w Stanach Zjednoczonych. W założeniu miano poprawić jakość drewna (twardość, odporność na ściskanie, stabilność wymiarową, odporność na ścieranie, wytrzymałość, odporność na działanie wody, atrakcyjność wyglądu). Pierwszy raz podłogę otrzymaną w ten sposób pokazano na New York World Fair w 1965 roku. Parkiet został wykonany z żółtej sosny Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie Tabela 1. Tworzywa polimerowe Nazwa tworzywa Trioctan celulozy Nitroceluloza Formaldehyd Poliamid 11 Poliamid 12/12 Poliamid 6/12

PF PA 11 PA 12/12 PA 6/12

Poliamid 6/6

PA 6/6

Durethan Poliwęglan Polietylen Politereftalan Poliimid

PC PE PET PI

Polimetakrylan metylu

PMMA

Polioksymetylen Poliparafenylen tereftalamid Polipropylen Polistyren

POM

Politetrafluoroetylen

PTFE

Poliuretan Polichlorek winylu

PUR PCV

Regenerowana celuloza

RC

Lyocell, Tencel Formaldehyd

Symbol CTA

Nazwa handlowa Celuloid Bakelit Rilsan Nylon 6/12 Nylon, Technyl, Ultramid, Amilan Akulon, Technyl, Zytel Lexan, Makrolon Tyvek Estar, Dacron, Terylene Kapton Lucite, Perspex, Plexiglas, Altuglas, Akrylit Delrin, Celcon Kevlar, Twaron

PP PS

Hostalen Teflon, Gore-Tex, Fluon, Halon, Hostaflon

Wiskoza, Rayon, Celofan,

UF

(Pinus rigida) impregnowanej monomerem metakrylanu metylu (MMA). We Francji pracowano nad ulepszeniem metody i rozszerzeniem zastosowania jej do drewna niskiej wartości handlowej takiego jak: buku (Fagus), grab (Carpinus), gatunki brzozy (Betula), topoli (Populus) i jesionu (Fraxinus). W ten sposób zaczęto produkować wyroby wysokiej jakości, które mogą konkurować z podłogami wykonami z dębu i drzew tropikalnych. Wykładziny podłogowe tego typu są szczególnie przydatne w miejscach o dużym ruchu. Niektóre francuskie muzea oraz lotnisko w Seulu zostały wyłożone parkietem wykonanym w CEA Hot Paruset Company jeszcze w latach 90. SZTUKA WSPÓŁCZESNA Postęp w dziedzinie chemii i technologii polimerów doprowadził do ich zastosowania tworzyw sztucznych również przez artystów tworzących materialne dzieła sztuki. Tak na marginesie można zauważyć, że nasze „tworzywa sztuczne” są dosyć niefortunnym tłumaczeniem niemieckiego „Kunststoffe”. „Kunst” w Danii, Holandii, Estonii, Niemczech i Norwegii oznacza sztukę. Natomiast sztuczność w naszym rozumieniu to raczej substytut „lepszej” naturalności, w więc w pewnym sensie przeciwieństwo sztuki. Techniki radiacyjne mogą w praktyce znaleźć zastawanie do konserwacji obiektów w całości lub częściowo wykonanych z polimerów. Przykładem jest dezynfekcja zbiorów Narodowego Archiwum Sztuki Filmowej w Rumunii. Źle przechowywane rolki filmów zostały zaatakowane przez pleśnie. Podano je dekontaminacji za pomocą promieniowania gamma. W praktyce zastawano dosyć duże dawki w granicach od 25 do 50 kGy. Wcześniejsze badania wykazały, że klisza filmowa jest nie tylko odporna radiacyjnie, ale poprawia parametry mechaniczne w wyniku indukowanego promieniowaniem jonizującym sieciowania. Nie zaobserwowano również zmian właściwości emulsji fotograficznej. Opisano pod tym kątem także farby akrylowe, pigmenty, kleje, naturalne i sztuczne włókna. W tabeli 1 podano tworzywa Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Tabela 2. Rekomendacja dla technik radiacyjnych w konserwacji różnych rodzajów obiektów

Obiekt Obrazy sztalugowe (na płótnie), drewniane panele, kamień, metal Papier, rysunki, manuskrypty, druki, książki Pergamin, wyroby skórzane Płótno, tkaniny, gobeliny Wyroby z wikliny Meble Przedmioty dekoracyjne (kompozyty) Instrumenty muzyczne Drewniane elementy konstrukcji (budynki, statki, łodzie itp.) Nasiąknięte wodą archeologiczne drewniane artefakty Drewniane (suche) posągi Drewniane (suche) posągi z polichromią lub złoceniami Kości, rogi, kość słoniowa, szkielety, bursztyn Porowate kamienne posągi Kamień porowaty (lub cegła) elementy konstrukcji Tynk, sztukaterie Kolekcje etnograficzne Historia naturalna Mumie Fotografie i filmy

Rekomendacja BZ P P BZ N Z P P Z Z Z P N P P P P BZ BZ P

polimerowe, które pojawiają się na świecie w nowoczesnych współczesnych dziełach sztuki. Porównanie odporności na promieniowanie jonizujące popularnych polimerów można znaleźć w Tworzywach Sztucznych w Przemyśle z roku 2009 [3]. PODSUMOWANIE W tabeli 2 podano rekomendację dla technik radiacyjnych w konserwacji różnych rodzajów obiektów historycznych. Przyjęto następujące kryteria i oznaczenia: l Zalecana (Z) – dobrze przyjęta i oznacza, że aplikacja jest przeprowadzana często i z powodzeniem. l Badania (B) – wciąż są prowadzone prace eksperymentalne. l Potencjał (P) – oznacza, że aplikacja nadaje się do materiału, ale niektóre kwestie wymagają wyjaśnienia. l Niezalecane (N) – oznacza, że aplikacja nie jest odpowiednia dla materiału. l Brak zainteresowania (BZ) – oznacza, że chociaż można skutecznie zastosować metodę radiacyjną, to nie ma aktualnie takiej potrzeby. LITERATURA [1] J. Havermans i in.: IAEA Radiation Technology Series No. 6, Uses of Ionizing Radiation for Tangible Cultural Heritage Conservation, IAEA, 2017, 246. [2] W. Głuszewski: Identyfikacja i konserwacja dzieł sztuki a ochrona radiologiczna, Bezpieczeństwo Jądrowe i Ochrona Radiologiczna, Biuletyn Informacyjny Państwowej Agencji Atomistyki, 2017, 108, 2, 32-39. [3] W. Głuszewski, Z. Zagórski: Radiacyjna odporność polimerów na przykładzie polipropylenu, Tworzywa Sztuczne w Przemyśle, 2009, 3, 24-27. dr inż. Wojciech Głuszewski Instytut Chemii i Techniki Jądrowej ul. Dorodna 16, 03-195 Warszawa dr Khoi Tran dr Laurent Cortella ARC-Nucléart, 17, rue des Martyrs 38054 Grenoble cedex 9 45


technologie

Asfalty modyfikowane gumą Piotr Radziszewski, Michał Sarnowski

W

ystępujące w Polsce warunki klimatyczne należą do niekorzystnych ze względu na ponad stukrotne przejścia temperatury przez zero w okresie zimowym. Z tego względu stosowane lepiszcza, ale również mieszanki mineralno-asfaltowe, powinny charakteryzować się szerokim temperaturowym zakresem lepkosprężystości. W celu zapewnienia trwałości nawierzchni, odpornych na odkształcenia trwałe w okresie letnim i spękania niskotemperaturowe w okresie zimowym, konieczne jest stosowanie wysokiej jakości lepiszczy. Jednym z najbardziej perspektywicznych modyfikatorów stosowanych do asfaltów drogowych jest rozdrobniona guma pochodząca z przerobu zużytych opon samochodowych. Tego rodzaju modyfikator może być bardzo efektywnym dodatkiem rozszerzającym zakres lepkosprężystości lepiszczy i mieszanek mineralno-asfaltowych, opóźniającym procesy starzenia w nawierzchniach drogowych, obniżającym hałas toczenia kół oraz poprawiającym odporność na zmęczenie i spękania niskotemperaturowe nawierzchni. W artykule przedstawiono technologię lepiszczy gumowo-asfaltowych stosowaną w drogownictwie do budowy trwałych i przyjaznych dla środowiska konstrukcji nawierzchni. SPOSÓB MODYFIKACJI ASFALTU ROZDROBNIONĄ GUMĄ Modyfikacja asfaltów rozdrobnioną gumą jest stosowana od ponad 60 lat. W 1960 roku Charles Mac Donald w USA opracował przemysłową technologię produkcji lepiszcza gumowo-asfaltowego, która następnie była udoskonalana i wdrażana [1–5]. Do produkcji lepiszczy gumowo-asfaltowych do nawierzchni drogowych stosuje się zużyte opony samochodowe, które były i są utylizowane najczęściej przez spalanie, głównie w cementowniach. Proces spalania powinien być eliminowany, a kauczuki wchodzące w skład gumy powinny być stosowane w systemach hydroizolacyjnych i w nawierzchniach drogowych, gdzie w pełni wykorzystuje się cenne właściwości elastyczne gumy. Według normy ASTM D-8 [6] lepiszcze gumowo-asfaltowe definiuje się jako mieszaninę lepiszcza asfaltowego, gumy ze zużytych opon samochodowych oraz dodatków obniżających lepkość, w której składniki gumowe stanowią co najmniej 15% m/m lepiszcza, i wchodzą one w reakcję z gorącym asfaltem, zwiększając znacznie swoją objętość. Cząstki gumowe stosowane do modyfikacji asfaltów uzyskuje się w wyniku rozdrobnienia gumy ze zużytych opon samochodowych metodą rozdrabniania kriogenicznego lub metodą rozdrabniania mechanicznego w temperaturze otoczenia. Właściwości

46

i przydatność rozdrobnionej gumy zależą od wielu czynników, między innymi od rodzaju gumy (opony samochodów ciężarowych, osobowych), metody rozdrobnienia, rozmiarów i kształtu cząstek, wielkości powierzchni właściwej. Rozdrobnioną gumę w zależności od wielkości cząstek można podzielić na następujące rodzaje [2]: l pył gumowy: o wielkości do 0,2 mm; l miał gumowy: o wielkości do 2,0 mm; l granulat gumowy: o wielkości 2,0–10,0 mm; l grys gumowy: o wielkości ponad 10,0 mm; l strzępy gumowe: o wielkości 40,0–300,0 mm. Rozdrobniona guma może być stosowana do modyfikacji asfaltu w procesie mokrym „wet process” lub może być użyta jako część wypełniacza w mieszance mineralnej, w procesie suchym „dry process”. W technologii „wet process” wykorzystuje się w większym stopniu cenne właściwości rozdrobnionej gumy, która dodana do asfaltu w temperaturze około 180oC ulega częściowemu rozpuszczeniu, spęcznieniu oraz dewulkanizacji. Do modyfikacji asfaltów drogowych najbardziej nadają się pył i miał gumowy otrzymywane metodą mechanicznego rozdrabniania opon, ponieważ cząstki gumowe produkowane według tej technologii charakteryzują się korzystną, mocno rozwiniętą powierzchnią. Zależnie od sposobu wytwarzania lepiszcza gumowo-asfaltowego może być ono produkowane jako nieskładowalne i powinno być użyte natychmiast po wytworzeniu, ze względu na niestabilność lepiszcza lub może być ono produkowane jako składowalne, które w czasie nie ulega rozsegregowaniu [3]. Najczęściej stosowana jest technologia produkcji lepiszcza gumowo-asfaltowego nieskładowalnego, która składa się z następujących etapów: l miał gumowy podawany jest do specjalnego dozownika; l z dozownika, w określonej ilości (15–20% m/m w stosunku do masy asfaltu) miał gumowy dodawany jest do mieszalnika, w którym znajduje się odpowiednio przygotowany asfalt (asfalt fluksowany); l mieszanie składników w mieszalniku odbywa się w czasie około jednej godziny; l dojrzewanie lepiszcza gumowo-asfaltowego odbywa się w cysternach do transportu. Lepiszcza gumowo-asfaltowe mogą być produkowane w specjalnych mobilnych zespołach, współpracujących z wytwórnią mieszanek mineralno-asfaltowych (rys. 1 i 2). W pierwszym etapie produkcji rozdrobniona guma jest mieszana z gorącym asfaltem przy użyciu szybkoobrotowej głowicy ścinającej (rys. 1), a naTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

t

Nawierzchnie drogowe powinny być trwałe, bezpieczne i przyjazne dla środowiska. Nawierzchnie asfaltowe w Polsce stanowią około 95% ogólnej długości dróg o nawierzchni twardej. Konstrukcja nawierzchni asfaltowej w warstwie ścieralnej, wiążącej i podbudowie, obok kruszywa mineralnego, zawiera 4–8% m/m lepiszcza asfaltowego. Pomimo tak małej zawartości lepiszcza w mieszance mineralno-asfaltowej odgrywa ono decydującą rolę w kształtowaniu właściwości nawierzchni drogowych. Z tego względu powinno się ono charakteryzować dobrymi właściwościami w trudnych warunkach klimatycznych Polski. Takie cechy posiadają asfalty modyfikowane gumą.


technologie

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

47


technologie

Rys. 1. Przewoźny mikser do produkcji lepiszcza gumowo-asfaltowego [7, 8]

Rys. 2. Zbiornik dojrzewania gotowego lepiszcza gumowo-asfaltowego [7, 8]

stępnie lepiszcze gumowo-asfaltowe dojrzewa w podgrzewanym zbiorniku z cyrkulacją przez około 1–2 h, gdzie zachodzi dalsze pęcznienie i dewulkanizacja gumy (rys. 2). W ramach Programu Operacyjnego „Innowacyjna Gospodarka” w Politechnice Warszawskiej i Laboratorium TPA koncernu Strabag opracowano i wdrożono nową technologię wytwarzania lepiszcza gumowo-asfaltowego nieskładowalnego, która obecnie jest szeroko stosowana w Polsce. Wytwarzanie lepiszcza gumowo-asfaltowego składowalnego przeprowadza się w specjalnych mieszalnikach i młynkach koloidalnych w temperaturze 175–185oC. Mieszanie składników lepiszcza odbywa się w czasie 2 godzin. Po zakończeniu procesu mieszania temperaturę lepiszcza obniża się o 15–20oC, a następnie lepiszcze to przechowuje się w hermetycznie zamkniętych zbiornikach w temperaturze 160oC bez mieszania. Lepiszcze gumowo-asfaltowe może być przechowywane bez znaczącej zmiany właściwości przez okres do 2 tygodni. W ostatnim okresie firma Lotos Asfalt wraz z Politechniką Warszawską opracowała i wdrożyła technologię produkcji asfaltów modyfikowanych dodatkiem gumy i elastomeru SBS bezpośrednio w rafinerii. Technologia produkcji polega na połączeniu rozdrobnionej gumy z lepiszczem asfaltowym i tradycyjnym modyfikatorem polimerowym. Opracowane nowe lepiszcza Modbit PMB 25/55-60 CR i Modbit PMB 45/80-55 CR charakteryzują się rozszerzonym zakresem lepkosprężystym i podwyższoną odpornością na starzenie. WŁAŚCIWOŚCI LEPISZCZY GUMOWO-ASFALTOWYCH Lepiszcze gumowo-asfaltowe charakteryzuje się polepszonymi właściwościami technicznymi w porównaniu do typowych asfaltów stosowanych w budownictwie. Lepiszcze gumowo-asfaltowe wykazuje: l podwyższoną temperaturę mięknienia (zwiększona odporność na odkształcenia trwałe); 48

zmniejszoną wrażliwość temperaturową; znaczny wzrost lepkości; l rozszerzony temperaturowy zakres lepkosprężystości; l zwiększoną sprężystość w dodatnich temperaturach (poprawiony nawrót sprężysty); l polepszone właściwości lepiszcza w niskich temperaturach; l zmniejszoną podatność lepiszcza na starzenie. Temperatura mięknienia, charakteryzująca konsystencję w wysokich temperaturach eksploatacyjnych, w przypadku lepiszcza gumowo-asfaltowego ulega korzystnemu podwyższeniu i wynosi ona od 40 do 80oC. Temperatura ta zależy od rodzaju asfaltu, zawartości dodatku gumowego i zastosowanego sposobu modyfikacji. Wrażliwość temperaturowa jest miarą termicznej stabilności lepiszcza. Korzystne jest, gdy lepiszcze wykazuje małe zmiany twardości w funkcji zmiany temperatury. Miarą tego jest indeks penetracji, który dla lepiszcza gumowo-asfaltowego wynosi powyżej +1 (zalecany zakres od 0 do +2). Lepkość lepiszcza gumowo-asfaltowego ulega korzystnemu podwyższeniu w wysokich temperaturach eksploatacyjnych nawierzchni drogowych (60–80oC), natomiast w temperaturach technologicznych (120–200oC) – podwyższeniu, gdyż wymaga dodatkowego podgrzewania lepiszcza. Lepiszcze asfaltowe powinno charakteryzować się szerokim temperaturowym zakresem lepkosprężystości. Wartość kąta przesunięcia fazowego między naprężeniem i odkształceniem w badaniu modułu zespolonego pod obciążeniem cyklicznym daje pogląd o przewadze sprężystości lub lepkości w zachowaniu się materiału. W niskich temperaturach tgδ powinien być większy od 0, a w wysokich temperaturach eksploatacyjnych tgδ powinien mieć wartości rzeczywiste i nie osiągać nieskończoności. Lepiszcze gumowo-asfaltowe wykazuje w porównaniu do asfaltów niemodyfikowanych rozszerzony zakres lepkosprężystol l

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie

ZASTOSOWANIE LEPISZCZY GUMOWO-ASFALTOWYCH W BUDOWNICTWIE Lepiszcza gumowo-asfaltowe zaleca się stosować w następujących rozwiązaniach technologicznych: l pokrowce nawierzchniowe SAM (Stress Absorbent Membrane) oraz membrany międzywarstwowe SAMI (Stress Absorbent Membrane Interlayer); l masy zalewowe do wypełniania szczelin dylatacyjnych i innych, l mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowe do budowy warstw konstrukcyjnych nawierzchni drogowych. Lepiszcza gumowo-asfaltowe mogą być stosowane w technologii powierzchniowego utrwalenia w tzw. warstwach SAM (rys. 3) do prowadzenia zabiegów utrzymaniowych (25% dodatku rozdrobnionej gumy w stosunku do masy asfaltu). Mogą być one stosowane jako nawierzchniowe pokrowce uszczelniające lub powłoki wodoszczelne. Wykazują one wysoką odporność na odkształcenia i spękania. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Rys. 3. Warstwa przeciwspękaniowa SAM w formie pokrowca uszczelniającego z lepiszcza gumowo-asfaltowego [2]

Rys. 4. Warstwa przeciwspękaniowa SAMI w formie powłoki międzywarstwowej z lepiszcza gumowo-asfaltowego [2]

Innym rodzajem zastosowania lepiszcza gumowo-asfaltowego jest użycie go do warstwy SAMI jako warstwy zmniejszającej naprężenia (rys. 4). Są to cienkie powłoki gumowo-asfaltowe układane na zniszczone spękane nawierzchnie pod nowe warstwy asfaltowe o grubości mniejszej niż 10 cm. Lepiszcze gumowo-asfaltowe, ze względu na swoje właściwości lepkosprężyste, stosuje się do wykonywania mas zalewowych. Stosuje się je do wypełniania szczelin dylatacyjnych w budownictwie ogólnym, szczelin dylatacyjnych w nawierzchniach z betonu cementowego, itp. Zalewy z lepiszczami gumowo-asfaltowymi charakteryzują się doskonałą przyczepnością do czołowych powierzchni sąsiadujących płyt, odpornością na obciążenia od ruchu pojazdów, wpływy atmosferyczne i chemiczne. Przez stosowanie do mieszanek mineralno-asfaltowych lepiszczy gumowo-asfaltowych otrzymuje się mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowe o poprawionych właściwościach w stosunku do mieszanek tradycyjnych. Wiele cech dodatnich, w tym szczególnie dotyczących trwałości mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych, jest wynikiem stosowania większej zawartości lepiszcza. Zwiększona lepkość lepiszcza gumowo-asfaltowego umożliwia znaczne zwiększenie grubości błonki lepiszcza otaczającego ziarna kruszywa mineralnego do 19–36 µm, w porównaniu z 5–9 µm w przypadku stosowania lepiszczy niemodyfikowanych [10]. W mieszankach mineralno-asfaltowych o niskiej zawartości wolnych przestrzeni zawartość lepiszcza jest korzystnie większa o około 20%, w mieszankach o nieciągłym uziarnieniu – o około 40–50%, natomiast w mieszankach porowatych o około 50– 49

t

ści, który wynosi około 90oC [9]. Oznacza to, że lepiszcze gumowo-asfaltowe w niskich temperaturach (-30oC) nie będzie ulegało spękaniom kruchym (tgδ > 0), a w wysokich temperaturach (+60oC) lepiszcze takie nie będzie płynąć jak ciecz newtonowska (tgδ nie osiąga nieskończoności). Właściwości sprężyste lepiszczy modyfikowanych określa się na podstawie badania nawrotu sprężystego. Ocena sprężystości asfaltu polega na oznaczeniu procentowego nawrotu sprężystego próbki lepiszcza modyfikowanego, poddanej rozciąganiu w duktylometrze. Wyniki badań wykazały, że dodatek rozdrobnionej gumy do asfaltu powoduje korzystny wzrost nawrotu sprężystego o 40–50% w stosunku do nawrotu sprężystego asfaltu wyjściowego. Ocenę zachowania się lepiszczy w niskich temperaturach można przeprowadzić na podstawie różnych procedur badawczych: badania twardości (penetracji), ciągliwości w funkcji zmiany temperatury oraz badania temperatury łamliwości (wg Fraassa) i sztywności pełzania w reometrze BBR. Stwierdzono, że lepiszcze gumowo-asfaltowe w niskich temperaturach badania wykazuje mniejsze utwardzenie niż asfalt niemodyfikowany oraz wyższą ciągliwość (większa siła rozciągania i energia odkształcenia) [2]. Temperatura łamliwości lepiszcza gumowo-asfaltowego określona metodą Fraassa jest o około 70% niższa od temperatury łamliwości asfaltu wyjściowego. W wyniku zmian starzeniowych lepiszcze asfaltowe traci stopniowo swoje właściwości lepkosprężyste, staje się materiałem coraz bardziej twardym i kruchym. Zmiany starzeniowe w lepiszczu asfaltowym powodowane są utratą lotnych składników i odparowaniem frakcji olejowych pod wpływem podwyższonej temperatury oraz utlenianiem pod wpływem podwyższonej temperatury i tlenu z powietrza. Dodatek gumy do asfaltu opóźnia starzenie przez ograniczenie utleniania, dzięki obecności w gumie inhibitorów utleniania. Korzystny wpływ modyfikacji asfaltu gumą na poprawę odporności lepiszcza na starzenie najbardziej uwidacznia się w badaniu ciągliwości z równoczesnym pomiarem siły rozciągającej, w duktylometrze. Na podstawie wyników badań ciągliwości w funkcji temperatury asfaltów modyfikowanych różnego rodzaju dodatkami takimi jak: elastomer SBS, plastomer EVA oraz asfaltów niemodyfikowanych o różnej twardości, poddanych procesowi laboratoryjnego starzenia wg metod RTFOT i PAV, stwierdzono w pracy [9], że lepiszcze gumowo-asfaltowe wykazuje najmniejsze, korzystne zmiany ciągliwości, maksymalnej siły rozciągającej oraz energii odkształcenia.


technologie 60% więcej lepiszcza w porównaniu do mieszanek tradycyjnych z lepiszczami niemodyfikowanymi. Nawierzchnie drogowe wykonane z mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych charakteryzują się wieloma zaletami w porównaniu do standardowych nawierzchni, takimi jak: l polepszone właściwości przeciwpoślizgowe; l zwiększona odporność warstw nawierzchni na starzenie, l zwiększona trwałość (odporność na działanie czynników klimatycznych); l zwiększona odporność na spękania odbite i niskotemperaturowe; l polepszona odporność na koleinowanie; l zwiększona trwałość zmęczeniowa; l zwiększona zdolność tłumienia hałaśliwości ruchu drogowego (ciche nawierzchnie); l zmniejszone koszty eksploatacji nawierzchni drogowej. Dodatek rozdrobnionej gumy do mieszanki mineralno-asfaltowej powoduje wzrost odporności mieszanki na działanie mrozu oraz podwyższenie współczynnika tarcia między kołami pojazdów i nawierzchnią. Zmniejsza się niebezpieczeństwo powstawania gołoledzi. W tym przypadku możliwe jest skrócenie drogi hamowania o 25%. Mieszanki mineralno-asfaltowe poddane są procesowi starzenia podczas produkcji, układania i zagęszczania oraz podczas eksploatacji nawierzchni drogowej. Zwiększona grubość błonki lepiszcza gumowo-asfaltowego na ziarnach kruszywa przyczynia się do znacznego zwiększenia odporności nawierzchni na starzenie [11]. Lepkosprężysty charakter lepiszczy gumowo-asfaltowych powoduje, że nawierzchnie drogowe z tym lepiszczem są bardziej odporne na spękania w niskiej temperaturze oraz na powstawanie kolein w wysokiej temperaturze [12]. Grubsza błonka lepiszcza gumowo-asfaltowego na kruszywie przyczynia się do zwiększania odporności warstw nawierzchni asfaltowych na powstawanie i propagację w tych warstwach spękań odbitych od sztywnych dolnych warstw nawierzchni. Z doświadczeń z eksploatacji nawierzchni drogowych wynika, że warstwy konstrukcji z lepiszczami gumowo-asfaltowymi wykazują ponad dwukrotnie wyższą trwałość zmęczeniową w stosunku do warstw nawierzchni z lepiszczem niemodyfikowanym. Zastosowanie lepiszczy gumowo-asfaltowych w konstrukcji nawierzchni pozwala na zmniejszenie hałasu spowodowanego ruchem samochodowym o 2 do 4 decybele w stosunku do nawierzchni tradycyjnych. Obniżenie natężenia dźwięku o około 4-5 dB powoduje odczuwalne dwukrotne zmniejszenie hałasu [13]. Znaczne zmniejszenie hałasu o więcej niż 6 decybeli występuje w nawierzchni drogowej, do wykonania której zastosowano asfalt porowaty z lepiszczem gumowo-asfaltowym. Mając to na uwadze zaleca się stosowanie mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych szczególnie do budowy nawierzchni ulic w miastach. Nawierzchnie drogowe, w których został zastosowany dodatek rozdrobnionej gumy, ogólnie charakteryzują się wydłużoną trwałością, a co za tym idzie nie wymagają częstych zabiegów utrzymaniowych. Wpływa to, w stosunku do nawierzchni tradycyjnych, na zmniejszenie kosztów eksploatacji. Mniejsza ilość utrudnień dla użytkowników dróg wynikająca ze zmniejszonej ilości remontów stanowi ważny aspekt społeczny. PODSUMOWANIE Lepiszcza gumowo-asfaltowe stosowane do budowy nawierzchni drogowych przyczyniają się do polepszenia właściwości tych nawierzchni w odniesieniu do nawierzchni z lepiszczami tradycyjnymi w sposób następujący: 50

zwiększają odporność na spękania niskotemperaturowe; poprawiają odporność na odkształcenia trwałe (koleiny); l poprawiają szorstkość nawierzchni; l poprawiają odporność na starzenie; l zwiększają trwałość (odporność na działanie czynników klimatycznych); l poprawiają trwałość zmęczeniową; l umożliwiają budowę nawierzchni absorbujących hałas drogowy; l obniżają koszty eksploatacji nawierzchni. Należy podkreślić, że stosowanie rozdrobnionej gumy ze zużytych opon samochodowych do modyfikacji asfaltów, spełnia wymagania ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju. Technologię modyfikacji asfaltów dodatkiem rozdrobnionej gumy można uznać za technologię innowacyjną i rozwojową. l l

LITERATURA [1] J. Piłat, P. Radziszewski: Nawierzchnie asfaltowe. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2010. [2] P. Radziszewski, M. Sarnowski, J. Król, K.J. Kowalski, I. Ruttmar, A. Zborowski: Właściwości asfaltów modyfikowanych gumą i mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych. WKŁ Warszawa 2017. [3] R. Horodecka, M. Kalabińska, J. Piłat, P. Radziszewski, D. Sybilski: Wykorzystanie zużytych opon samochodowych w budownictwie drogowym. Studia i Materiały IBDiM, Zeszyt 54, Warszawa 2002. [4] G.B. Way, K. Kaloush, K.P. Biliigiri: Asphalt – Rubber Standard Practice Guide – An Overview. Prceedings Asphalt Rubber 2012 Conference, Munich, Germany, October 2012. [5] B.G. Way, K.E. Kaloush, K.P Biligiri: Asphalt-Rubber Standard Practice Guide (2 ed.). Rubber Pavements Association, Phoenix (USA) 2012. [6] ASTM D8 - Standard Terminology Relating to Materials for Roads and Pavements. [7] Materiały informacyjne firmy CEI Enterprises, 2012. [8] P. Radziszewski, J. Piłat, M. Sarnowski, J. Król: Lepiszcza gumowo-asfaltowe stosowane do nawierzchni drogowych o poprawionych właściwościach niskotemperaturowych. Monografia „Organizacja Przedsięwzięć Budownictwa Drogowego”. Bydgoszcz 2013, str. 51-64. [9] I. Gaweł, J. Piłat, P. Radziszewski, K. Kowalski, J. Król: „Rubber modified bitumen” – chapter 4, Polymer modified Bitumen, Properties and characterization, Woodhead Publishing Limited, 2011. [10] P.S. Kandhal, S. Chakraborty: Effect of asphalt film thickness on short and long term aging of asphalt paving mixtures. TRR Journal, 1535, 1996, s. 83–90. [11] P. Radziszewski, J. Piłat: Lepiszcza gumowo-asfaltowe – lepiszcza o zwiększonej odporności na starzenie. Autostrady 10/2012, str. 70-76. [12] J. Król, P. Radziszewski, M. SarnowskI, P. Czajkowski, A. Kędzierska, A. Chromiec: Mieszanki mineralno-asfaltowe z lepiszczem polimerowo-gumowym do warstw ścieralnych. Magazyn Autostrady 5/2013. Str. 82-87. [13] K.J. Kowalski, A. Brzeziński, J. Król, P. Radziszewski, Ł. Szymański: Traffic Analysis and Pavement Technology as a Tool For Urban Noise Control. Archives of Civil Engineering, 4/2015, str. 107-125. dr inż. Michał Sarnowski prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski Wydział Inżynierii Lądowej Politechnika Warszawska Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


technologie

Tworzywa Sztuczne w PrzemyĹ&#x203A;le . Nr 6/2017

51


technologie

Moduły SmartWire-DT otwierają nowe możliwości

F

irma Eaton rozszerza swoją ofertę inteligentnego systemu okablowania i komunikacji SmartWire-DT o dodatkowe bloki kompaktowych modułów I/O (wejść/wyjść) IP67. Dzięki tym modułom firma zarządzająca energią zapewnia producentom maszyn i systemów możliwość szybkiego i łatwego zintegrowania większej liczby czujników i siłowników do linii SmartWire-DT. W ten sposób konsekwentnie rozszerzane są korzyści wynikające z filozofii SmartWire-DT, takie jak znacznie łatwiejsze planowanie, projektowanie, okablowanie, wstępna obsługa i konserwacja. Korzyści te dostępne są obecnie poza szafą sterowniczą dzięki nowym produktom IP67. Dwie wielkości modułów umożliwiają podłączenie maksymalnie osiem (4 złącza M12) lub maksymalnie szesnaście (8 złączy M12) czujników lub elementów wykonawczych. Portfolio produktów zawiera liczne warianty w różnych wersjach. Obok prostych modułów wejść i wyjść dostępne są hybrydowe moduły oraz dowolnie konfigurowane moduły wejść/wyjść. Wykonania z dodatkowym zewnętrznym zasilaniem zaspakajają potrzeby w zastosowaniach wymagających większych nakładów energii. Oprócz wyjść 24 V DC o obciążalności 0,5 A, dostępne są również urządzenia z prądem wyjściowym 2 A. Umożliwiają one na przykład bezpośrednie uruchamianie zaworów. Jeśli zewnętrzne zasilanie elektryczne ulegnie awarii, połączenie komunikacyjne i funkcja odczytu wejść zostaną zachowane, ponieważ zasilanie gwarantuje linia SmartWire-DT. Układy wykrywają zaburzenia spowodowane przeciążeniem i zwarciem, sygnalizują stan zasilania, przeciążenie w zasilaczu INFORMACJA

czujnika. Wykrywany jest także stan awaryjny polegający na braku czujnika istotnego dla systemu nadrzędnego sterowania. Bogate portfolio urządzeń, które można już teraz podłączyć do SmartWire-DT w obrębie szafy sterowniczej składa się m.in. z urządzeń kontrolnych i sygnalizacyjnych, styczników, wyłączników silnikowych, softstarterów, rozruszników, przetwornic częstotliwości i rozłączników bezpiecznikowych, a także wyłączników mocy. Poza szafą sterowniczą dostępne są moduły I/O (wejść/wyjść) IP67 (złącza typu T) do podłączenia poszczególnych cyfrowych i analogowych sygnałów procesowych. Znane możliwości SmartWire-DT dotyczą również bloku nowych modułów: komunikacja z różnymi protokołami magistral komunikacyjnych pozwala konstruktorom maszyn łatwo łączyć swoje systemy z różnymi systemami nadrzędnymi. Obecnie jest to możliwe za pośrednictwem modułów gateway dla sieci Profibus-DP, CANopen, Modbus-TCP, Ethernet/IP, Profinet, Powerlink, Ethercat i Sercos III. Za pomocą SmartWire-DT użytkownicy mogą połączyć aż do 99 urządzeń, począwszy od prostych czujników po zaawansowane przemienniki częstotliwości, rozprowadzonych w odległości do 600 m od modułu gateway. Firma Eaton zapewnia sprawdzone wsparcie przy planowaniu i konfiguracji sieci SmartWire-DT za pomocą oprogramowania SWD-Assist.

Eaton Electric Sp. z o.o.

P R A S O WA

Omron aktualizuje swoje środowisko do projektowania maszyn

F

irma Omron wprowadza oprogramowanie Sysmac Studio Team Edition, istotną aktualizację swojego środowiska do projektowania maszyn, które oferuje teraz konstruktorom maszyn w pełni zintegrowany system kontroli wersji Open Source. Oprogramowanie Sysmac Studio łączy zadania konfiguracji, programowania, symulacji i monitorowania w prostym interfejsie, który pozwala inżynierom zarządzać obrazem, ruchem, sterowaniem, bezpieczeństwem i robotyką w jednym systemie. Udostępniony razem z Sysmac Studio dodatek Team Edition, w ramach bogatego interfejsu platformy, zawiera rozproszony system kontroli wersji. Pozwala to wielu konstruktorom pracować wspólnie nad jednym projektem dzięki łatwości porównywania projektu i efektywnej obsłudze wersji maszyny. Omron wybrał system Git, najbardziej popularny rozproszony system kontroli wersji Open Source, aby zapewnić zespołom projektowym swobodę wyboru dowolnego dostępnego w sieci repozytorium opartego na systemie Git. System kontroli wersji pozwala inżynierom pracować na lokalnej wersji projektu z jednoczesną pełną kontrolą kodu źródłowego projektu. Ulepszenia i modyfikacje wprowadzone w kodzie wersji lokalnej mogą zostać scalone z wersją na zdalnym serwerze, dzięki czemu inne zespoły mają do niego dostęp. Dzięki tej technice możliwe jest pełne śledzenie projektów. Zmiany w kodzie są szybko i łatwo rozpoznawane oraz stosowane. Zmniejsza to czas oraz koszty projektowania, ponieważ

52

inżynierowie nie tracą czasu na rozwiązywanie tego samego problemu kilka razy. System Git Git to darmowy, rozproszony system kontroli wersji typu Open Source, zaprojektowany w celu szybkiej i efektywnej obsługi zarówno małych, jak i ogromnych projektów. Został stworzony przez Linusa Torvaldsa w 2005 r. i od tego czasu jest zarządzany przez Junio Hamano. System Git, pierwotnie używany do zarządzania kodem źródłowym podczas rozwoju oprogramowania, może być również wykorzystany do śledzenia zmian w dowolnym zestawie plików. Rozproszony system kontroli wersji ukierunkowany jest na szybkość, integralność danych oraz obsługę rozproszonych, nieliniowych procesów. Łatwy do opanowania, niewielki i zawrotnie szybki system Git deklasuje podobne narzędzia takimi funkcjami jak tanie lokalne rozgałęzienia, wygodne obszary przemieszczania czy obsługa wielu systemów przepływu pracy. Tak jak większość innych rozproszonych systemów kontroli wersji, oraz w przeciwieństwie do większości systemów klientserwer, każdy katalog systemu Git na każdym komputerze stanowi pełnoprawne repozytorium z kompletną historią i możliwościami śledzenia w pełnej wersji niezależne od dostępu do sieci czy serwera centralnego. Źródło: Omron Europe B.V. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


REKLAMA

Tworzywa Sztuczne w PrzemyÅ&#x203A;le . Nr 6/2017

REKLAMA

technologie

53


recykling i techniki odzysku

Biodegradowalne kompozyty polimerowe z surowców odnawialnych Anna Masek, Magdalena Lipińska, Marian Zaborski

Celem naszych badañ jest otrzymanie biodegradowalnych kompozytów z surowców odnawialnych. Zastosowanie epoksydowanego kauczuku naturalnego w kompozycji z polilaktydem usieciowanym przy zastosowaniu naturalnych substancji takich jak aminokwasy jest niew¹tpliwie elementem nowości naukowej. W roli nape³niaczy stosujemy celulozê oraz jej modyfikowane formy.Wa¿nym elementem naszych badañ jest uzyskanie kompozytów ENR/PLA o w³aściwościach determinuj¹cych ich kontrolowan¹ degradowalnośæ.

PROEKOLOGICZNE SUBSTANCJE SIECIUJĄCE DLA EPOKSYDOWANEGO KAUCZUKU NATURALNEGO Tworzywa polimerowe s¹ nieod³¹cznym elementem ¿ycia w dzisiejszych czasach. Natomiast ich du¿a konsumpcja wi¹¿ê siê równie¿ z du¿ym problem dotycz¹cym ich zagospodarowania po skoñczonym czasie eksploatacji. Najlepszym sposobem zapobiegania zaleganiu odpadów polimerowych na wysypiskach jest uzyskiwanie takich tworzyw, które bêd¹ degradowalne w naturalnym środowisku. Proces degradacji polega na rozpadzie tworzywa w środowisku naturalnym, po określonym czasie od zakoñczenia jego u¿ytkowania, pod wp³ywem dzia³ania ró¿norodnych czynników takich jak: mikroorganizmy, w warunkach, które sprzyjaj¹ ich rozwojowi, czyli w obecności tlenu, wilgoci, od¿ywek mineralnych, w odpowiedniej temperaturze i pH; temperatura i promieniowanie s³oneczne [1–10]. Coraz wiêcej jest produktów polimerowych wytwarzanych zgodnie z zasadami zielonej chemii. Ten dzia³ nauki dotyczy przede wszystkim syntezy nowych zielonych polimerów z surowców odnawialnych. Otrzymywane s¹ g³ównie materia³y opakowaniowe, takie jak torby na odpady, folie, tacki, kubki, butelki, elementy wyposa¿enia wnêtrz. Drugim obszarem szerokiego zastosowania tego typu tworzyw jest medycyna i in¿ynieria tkankowa (w tym: nośniki leków, implanty, bioresorbowalne nici chirurgiczne, opatrunki, pieluchy, chusteczki higieniczne). Biodegradowalne polimery nazywane s¹ czasem materia³ami XXI wieku. Prowadzonych jest wiele badañ nad mo¿liwości¹ ich zastosowania w nowych dziedzinach ¿ycia, w szczególności dotyczy to nowych kompozytów konstrukcyjnych o profilu ekologicznym. Czas rozk³adu klasycznych tworzyw otrzymywanych z surowców petrochemicznych wynosi 500–1000 lat. Jednak istniej¹ polimery pochodzenia petrochemicznego, których synteza i zastosowanie w mniejszym stopniu szkodzi środowisku, a czas ich rozk³adu jest zdecydowanie krótszy. Do tej grupy mo¿emy zaliczyæ takie biopolimery jak: poli(e-kaprolakton) (PCL), poli(adypinian 1,4-butylenu-co-tereftalan 1,4-butylenu) (PBAT), kopolimer blokowy BAK otrzymywany z e-kaprolaktamu, kwasu adypinowego i 1,4-butanodionu, poli(kwas asparaginowy) (PKA) oraz polialkohol winylowy (PVOH). Takie polimery wytwarzane s¹ z wykorzystaniem surowców syntetycznych i za pomoc¹ tradycyjnych technologii polimeryzacji, 54

jednocześnie ³¹cz¹ w sobie cechy polimerów proekologicznych ze wzglêdu na ich kontrolowan¹ degradację. Polimery produkowane jedynie na bazie surowców odnawialnych, w przeciwieñstwie do petropolimerów otrzymywanych z wêgla pochodz¹cego z ropy naftowej, wêgla kamiennego czy gazu ziemnego, powstają z surowców odnawialnych jak cukier, skrobia, oleje roślinne, czy celuloza modyfikowana chemicznie. Zmniejszaj¹ce siê zasoby ropy naftowej, wêgla kamiennego i gazu ziemnego oraz wzrost cen tych surowców i coraz wiêksza świadomośæ ekologiczna sprawiaj¹, ¿e ogromnego znaczenia nabieraj¹ polimery wytwarzane z surowców odnawialnych. Najbardziej znanym i najszerzej opisywanym biodegradowalnym polimerem jest polilaktyd (PLA). Szacuje siê, ¿e stanowi ok. 50% wszystkich, otrzymywanych z surowców naturalnych, tworzyw biodegradowalnych. Charakteryzuje siê on dobrymi w³aściwościami mechanicznymi, 100% biodegradowalności¹ oraz biokompatybilności¹ z cia³em ludzkim. Polilaktyd jest termoplastycznym, alifatycznym poliestrem liniowym, otrzymywanym z kwasu mlekowego (2-hydroksypropanowego). Kwas mlekowy wystêpuje w postaci enancjomerów (jest chiralny). Otrzymany polilaktyd mo¿e przyjmowaæ trzy stereoizomeryczne formy D-laktydu, L-laktydu i mezo-laktydu. Drug¹ grup¹ biopolimerów s¹ poliestry alifatyczne, s¹ to produkty „autoestryfikacji” β-hydroksykwasów. Wykazuj¹ one w³aściwości od termoplastycznych, przez wysokoelastyczne, a¿ do bardzo miêkkich. Polihydroksylakaniany otrzymywane s¹ przede wszystkim w wyniku procesu bakteryjnej fermentacji, a wiêc syntezowane s¹ bezpośrednio przez mikroorganizmy, s¹ w nich magazynowane i s³u¿¹ im jako energetyczny materia³ zapasowy. Syntezowany w ten sposób polimer jest wyodrêbniany oraz granulowany i w takiej postaci jest obecny w przemyśle. Przez odpowiedni dobór szczepu bakterii, substratu do namna¿ania biomasy i warunków prowadzenia procesu biotechnologicznego mo¿na regulowaæ sk³ad oraz ciê¿ar cz¹steczkowy polihydroksylakaninów. Prowadzone s¹ równie¿ badania nad metodami produkcji PHA w roślinach transgenicznych w procesie fotosyntezy. Od wielu lat prowadzone s¹ badania równie¿ nad wykorzystaniem olejów roślinnych do syntezy i modyfikacji polimerów, poniewa¿ s¹ one surowcami odnawialnymi i mog¹ byæ w sposób chemiczny lub enzymatyczny przetwarzane do pó³produktów. Mo¿na je stosowaæ Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


recykling i techniki odzysku

OBIEKT BADAÑ Obiektem badañ by³ epoksydowany kauczuk ENR o stopniu epoksydacji 50% (Epoxyprene 50) – Kumpulan Guthrie Berhad, Malezja. W roli nape³niacza zastosowano nanocelulozê Arbocel UFC100 (Rettenmaier Polska Sp. z o.o.). Jako substancje sieciuj¹ce zastosowano: kreatyninê 97%, producent Sigma-Aldrich; jako katalizator sieciowania: imidazol 98%, Sigma Aldrich. Sk³ad mieszanek zosta³ podany tabeli 1. W celu otrzymania próbek do badañ na wstêpie sporz¹dzono przedmieszki, w sk³ad których wchodzi³ kauczuk ENR i polilaktyd PLA oraz nanoceluloza. Przedmieszki te sporz¹dzono za pomoc¹ mikromieszarki laboratoryjnej Brabender, parametry procesu mieszania by³y nastêpuj¹ce: prêdkośæ 70 obr./min, temperatura 160oC, czas 30 min. Ze sporz¹dzonych mieszanek wyci¹gano p³yty o grubości oko³o 6–8 mm, a nastêpnie wulkanizowano w formach stalowych, umieszczonych miêdzy ogrzewanymi elektrycznie pó³kami prasy hydraulicznej, w temperaturze T = 160oC, czas t = 30 min. METODYKA BADAÑ Gêstośæ usieciowania kompozytów, definiowan¹ jako liczbê moli wêz³ów sieci na objêtośæ kauczuku, obliczono na podstawie pêcznienia równowagowego w heksanie, zgodnie z norm¹ PN-74/C-04236. W³aściwości mechaniczne kompozytów by³y oznaczane za pomoc¹ uniwersalnej maszyny wytrzyma³ościowej firmy Zwick, model 1435, po³¹czonej z odpowiednio oprogramowanym komputerem, przy zastosowaniu próbek wiose³kowych w-3, zgodnie z norm¹ PN-ISO 1817:2001. Zbadano wp³yw starzenia klimatycznego UV na w³aściwości kompozytów ENR/PLA. Starzenie pogodowe przeprowadzono w aparacie „Atlas Weather Ometer Ci 4000”, w czasie 60 godzin, powtarzaj¹c na przemian segmenty o nastêpuj¹cych parametrach: panel dzienny – 240 minut, natê¿enie promieniowania 0,7 W/m2, wilgotnooeæ 60%, panel nocny – 120 minut, wilgotnośæ 50%, brak promieniowania. Badanie starzenia pod wp³ywem UV wykonano w aparaturze UV 2000, firmy Atlas. W tym celu badane próbki wulkanizatów poddano przyspieszonemu starzeniu w czasie 60 i 120 godzin, stosuj¹c dwa powtarzaj¹ce siê na przemian segmenty o nastêpuj¹cych parametrach: segment dzienny – czas trwania 8 lub 16 godzin, natê¿enie promieniowania 0,7 W/m2, temperatura 60oC, segment nocny – czas trwania 4 lub 8 godzin, temperatura 50oC, brak promieniowania UV. Degradowalnośæ kompozytów ENR/PLA oceniono na podstawie wspó³czynnika starzenia, zdefiniowanego na podstawie zmiany energii deformacji na skutek starzenia i obliczonego wed³ug wzoru: wspó³cz. starzenia = (TS*Eb)po starzeniu / (TS*Eb)przed starzeniem gdzie: TS – wytrzyma³ośæ na rozci¹ganie, Eb – wyd³u¿enie wzglêdne przy zerwaniu. WYNIKI BADAÑ Dodatek celulozy wp³ywa na zwiêkszenie gêstości usieciowania kompozytów na bazie epoksydowanego kauczuku naturalnego z polilaktydem. Na rysunku 1 obserwujemy wzrost stê¿enia Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

Tabela 1. Skład kompozytów M1 ENR (50) PLA (polilaktyd) kreatynina imidazol nanoceluloza

60 40 1,5 0,25 –

M2 M3 cz. wag. 60 60 40 40 1,5 1,5 0,25 0,25 6 10

M4 60 40 1,5 0,25 15

wêz³ów sieci wprost proporcjonalny do wzrostu zawartości nanocelulozy w kompozycie. Przy zawartości 15 cz.wag. nanocelulozy w kompozycie ENR/PCL obserwujemy maksymalne ve = 9,96·10-5 mol/cm3. Dodatek nanocelulozy do 6 cz.wag. nie wp³ywa na w³aściwości mechaniczne. Wytrzyma³ośæ na rozci¹ganie próbki wzorcowej ENR/PLA jest porównywalna (TS=6,77 MPa) z TS dla próbki ENR/PCL nape³nionej 6 cz.wag. celulozy (TS= 7,26 MPa). Natomiast powy¿ej zawartości 10 cz.wag. w kompozycie zauwa¿yliśmy wzrost wytrzyma³ości na rozci¹ganie (TS = 8,98 MPa) wraz ze wzrostem zawartości w³ókien celulozowych. Natomiast niew¹tpliwie dodatek celulozy powoduje usztywnienie kompozytów, co objawia siê zmniejszeniem wyd³u¿enia przy zerwaniu. EB dla próbki wzorcowej ENR/PLA wynosi 420%, a dla próbki ENR/PLA nape³nionej 6 cz.wag. celulozy EB równa siê 370%. Przeprowadzone testy symulowanego starzenia za pomoc¹ promieniowania UV w zakresie 340 nm oraz starzenia klimatycznego pozwoli³y na ocenê degradowalności kompozytów epoksydowanego kauczuku naturalnego z polilaktydem. Niew¹tpliwie na podstawie wyliczonych wspó³czynników starzenia (K) mo¿emy stwierdziæ, ¿e badane kompozyty s¹ odporne na degraduj¹ce dzia³anie promieniowania UV. Natomiast wykazuj¹ kontrolowan¹ degradowalnośæ w funkcji dzia³ania czynników klimatycznych. Wspó³czynniki K kompozytów ENR/PLA przyjmuj¹ bardzo niskie wartości poni¿ej jedności, co świadczy o du¿ym pogorszeniu w³aściwości mechanicznych pod wp³ywem synergicznego dzia³ania takich czynników jak: promieniowanie s³oneczne, wilgotnośæ, opady deszczu czy podwy¿szona temperatura.

Rys. 1. Wpływ nanocelulozy na gęstość usieciowania kompozytów ENR/PLA

Rys. 2. Wpływ nanocelulozy na wytrzymałość na rozciąganie kompozytów ENR/PLA

t

jako zamienniki surowców pochodzenia petrochemicznego [11– 19]. Wydaje siê, ¿e polimery otrzymywane z surowców naturalnych wpisuj¹ siê doskonale w dziedziny zwi¹zane z rozwojem nowych materia³ów kompozytowych o profilu proekologicznym. Dlatego wszelkie badania nad modyfikacj¹ w³aściwości takich kompozytów s¹ przedmiotem wielu badañ na ca³ym świecie.

55


recykling i techniki odzysku

Rys. 3. Wpływ nanocelulozy na wydłużenie przy zerwaniu kompozytów ENR/PLA. TS – wytrzymałość wulkanizatów na rozciąganie, EB – wydłużenie przy zerwaniu, ve – gęstość usieciowania wulkanizatów wyznaczona na podstawie pęcznienia w toluenie

Rys. 4. Współczynniki starzenia UV i klimatycznego kompozytów ENR/PLA zawierających nanocelulozę

PODSUMOWANIE Z badañ podstawowych wynika, ¿e zaproponowane kompozyty polimerowe oparte na surowcach odnawialnych charakteryzuj¹ siê kontrolowan¹ degradowalności¹. Niew¹tpliwie dziêki temu maj¹ one znamiona materia³ów przyjaznych dla środowiska. Z literatury wynika, i¿ polimery takie jak PLA czy ENR s¹ biokompatybilne z cia³em ludzkim, co sprzyja szerokiej p³aszczyŸnie zastosowañ od medycyny po komercyjne materia³y opakowaniowe do ¿ywności. Dodatek nanocelulozy przyczyni³ siê do polepszenia w³aściwości kompozytów na bazie polilaktydu oraz epoksydowanego kauczuku naturalnego, jednocześnie zwiêkszy³ ich degradowalnośæ w określonych warunkach klimatycznych. Wykonane zosta³y równie¿ badania biodegradacji kompozytów ENR/PLA, wskazuj¹ce na du¿¹ podatnośæ tych materia³ów do rozk³adu przez grzyby pleśniowe, wiêksz¹ ni¿ pojedyncze polimery PLA i ENR. LITERATURA [1] J. Kohn, W. J. Welsh, D. Knight (2007) Biomaterials 28, 417. [2] U. Conrad (2005) Trends Plant Sci. 10, 511. [3] M.E. Furth, A. Atala, M.E. Van Dyke: (2007) Biomaterials 28, 5068. [4] M.M.J.M. Karp, R. Langer: (2007) Curr. Opin. Biotech. 18, 454. [5] A.K. Mohanty, M. Misra, G. Hinrichsen: (2000) Macromol. Mater. Eng. 276/277, 1. [6] MM. Kirchoff: (2003) Environ. Sci. Technol. 37, 53-49. [7] A. Krzan: (2012) Biodegradowalne polimery i tworzywa, 50. [8] H. Kaczmarek, K. Bajer: (2006) Polimery, 51, nr 10. [9] Z. Foltynowicz, P. Jakubiak: (2002) Polimery, 47, 769. [10] H. Koroniak, J. Barciszewski: Na pograniczu chemii i biologii (2009) A. Masek, M. Zaborski: Pochodne flawonoidów jako substancje przeciwstarzeniowe w elastomerach, Poznañ 21, 69-77. [11] W. Parasiewicz: (2007) Polski przemys³ gumowy w Unii Europejskiej – dodatek: Kauczuki naturalne i syntetyczne, Tworzywa Sztuczne i Chemia, 3. [12] G. Wypych: (2003) Handbook of Material Weathering (3rd Edition), ChemTec Publishing, Toronto, 635-638. [13] A. B³êdzki, Z. Tartakowski: Recykling i odzysk materia³ów polimerowych (2008), H. ¯akowska, Wybrane zagadnienia organizacyjno-prawne odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych z materia³ów polimerowych, Wydawnictwo Politechniki Szczeciñskiej, Szczecin, 205-209. [14] F. Gugumus: (2002) Polym. Degrad. Stab. 75, 295-308. [15] K. E. Heim, A. R. Tagliaferro, D. J. Bobilya (2002) J. Nutrit. Biochem. 13, 572–584. [16] V.A. Kostyuk, A.I. Potapovich, E.N. Strigunova, T.V. Kostyuk, I.B. Afanas’ev: (2004) Archiv.of Biochem. Biophys. 428, 204–208. [17] M. Akiba, A.S. Hashim: (1997) Prog. Poly. Sci. 22,475-521. [18] D. Derouet, J.C. Brosse, A. Challioui: (2001) Eu. Polym. J. 37, 1327-1337. Praca wykonana w ramach projektu badawczego IP 2011034171, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego. Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Przetwórstwo Tworzyw”, 2013, (R.) 19, nr 5 (155), s. 516–520.

Rys. 5. Zdjęcia SEM przełomów kompozytów ENR/PLA zawierających nanocelulozę (a) 7 cz.wag. nanocelulozy; b) 15 cz.wag. nanocelulozy) 56

dr inż. Anna Masek dr inż. Magdalena Lipińska prof. dr hab. inż. Marian Zaborski Instytut Technologii Polimerów i Barwników Wydzia³ Chemiczny Politechniki £ódzkiej ul. Stefanowskiego 12/16, 90-924 £ódŸ Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


REKLAMA


targi i konferencje

Rekordowa edycja Konferencji PLASTINVENT Zamek Biskupi w Janowie Podlaskim był miejscem XI edycji Konferencji Plastinvent, która odbyła się w dn. 26/27.X.2017 r. Mecenasem wydarzenia tradycyjnie była Grupa Azoty, wspierająca organizatorów wydarzenia: Portal WWW.TWORZYWA.PL, markę PLASTIGO oraz firmę Synventive Molding Solutions. Grono Partnerów wydarzenia stanowiły następujące firmy: ALBIS Polska, CAMdivision, EXPERTEAM, Fundacja PlasticsEurope Polska, GENPLAST, GRANULAT, MASTERCOLORS, OERLIKON Balzers Coating Poland, POLIMARKY oraz TER Plastics Polymer Group.

Z

godnie z wcześniejszymi zapowiedziami była to rekordowa edycja, w której udział wzięło 237 osób reprezentujących 110 firm, w tym przedstawiciele firm zagranicznych (Czechy, Indie, Niemcy, Słowacja, Szwajcaria, Węgry). Pośród uczestników największą jak zwykle grupę, stanowili przedstawiciele sektora przetwórczego, a pośród nich m.in.: BILPLAST, BSH SGD, BURY, CURVER Poland, DECORA, ERG System, GE Power Controls, INDESIT Company Polska, LAMELA, MAGNETTI Marelli METCHEM, MINDA, PHILIPS Lighting Poland, PHOENIX Contact Wielkopolska, PLAST-BOX, RAMP, SIEROSŁAWSKI Group, SIROPOL, TEKNIA, TYCO Electronics oraz WIRTHWEIN. Nie zabrakło także europejskiej czołówki producentów i dystrybutorów tworzyw sztucznych (A.SCHULMAN, ALBIS, DuPONT Poland, GRANULAT, Grupa AZOTY, INNOCOMP, LANXESS, PLASTPOLAN. POLIMARKY, POLYONE, RESINEX, SABIC Innovative Plastics, SIRMAX, TER PLASTICS Polymer Group,TEREZ Performance Polymers) oraz dodatków i środków pomocniczych (m.in.: GRAFE, FINKE, PERMEDIA). Sesję otwierającą wydarzenia rozpoczęli przedstawiciele firmy SYNVENTIVE Molding Solution (Robert REDZISZ, Adrian NOWAK) prezentujący najnowsze rozwiązania z obszaru systemów gorącokanałowych. Jej zwieńczeniem było jak zawsze żywiołowe i entuzjastycznie przyjęte wystąpienie Szymona ZIĘBY dotyczące wpływu procesu przetwórczego na degradację TS. Ogółem zostały przedstawione 23 prezentacje i wystąpienia, skupione wokół nurtu przewodniego Konferencji „INNOWACJA – INWENCJA – INSPIRACJA” i dotyczące w pierwszej kolejności nowoczesnych rozwiązań technologicznych i aplikacji materiałowych w obszarze przetwórstwa tworzyw sztucznych i ich zastosowań, a mające swoje miejsce z tytułu nowych i zaawansowanych tworzyw konstrukcyjnych. W tym bloku swoje miejsce mieli przedstawiciele firm partnerujących wydarzeniu (ALBIS, TER Plastics, POLIMARKY) oraz SABIC Innovative Plastics (Rafał SPERCZYŃSKI). Wystąpienia dotyczące zagadnień inżynierii materiałów polimerowych zostały poprzedzone blokiem prezentacji, w którym miejsce miały wystąpienia gości zagranicznych (Milan AGGARWAL, Renate BEVER i Friedbert OBERGFELL) oraz Wacława KOCEMBY reprezentującego firmę OERLIKON Balzers Coating Poland. Tradycją ostatnich lat, i tak było tym razem, jest blok zatytułowany PLASTIGO Academy realizowany przez częstochowską firmę we współpracy z przedstawicielami Politechniki Częstochowskiej (Przemysław POSTAWA i Tomasz STACHOWIAK) poświęcony w tym roku zagadnieniom dotyczącym technologii wtryskiwania. 58

Nowym pomysłem na wzbogacenie i jednocześnie wzmocnienie technicznego nurtu PLASTINVENT-u był cykl warsztatów zatytułowany „10 Zasad Konstrukcji Wyrobów z Tworzyw Sztucznych” prowadzony przez Mariusza MAKOWSKIEGO, reprezentującego firmę DuPONT Poland. Kolejną z „warsztatowych” prezentacji był blok Partnera Konferencji CAMdivision prowadzony przez Marcina ANTOSIEWICZA poświęcony nowoczesnym metodom kosztorysowania narzędzi (PCM) oraz ich wytwarzania z wykorzystaniem druku 3D (Additive Manufacturing). Blok wystąpień pierwszego dnia zakończyła prezentacja Grupy AZOTY przedstawiona przez dyrektor Segmentu Biznesowego Tworzywa – Małgorzatę MALEC, a dotycząca nowej roli firmy na europejskim rynku tworzyw konstrukcyjnych w kontekście uruchomienia nowej instalacji PA6 w Tarnowie. W trakcie drugiego dnia konferencji miał miejsce także blok specjalny zatytułowany „Recykling jako ważna część branży tworzyw sztucznych” prowadzony przez Fundację PlasticsEurope Polska i jej dyrektora zarządzającego – Kazimierza BORKOWSKIEGO. – Jestem przekonany, że wszystkim uczestnikom Konferencji mogliśmy zaproponować odpowiednio skomponowane połączenie wysokiego poziomu merytorycznego prezentacji z interaktywną możliwością komunikacji z zaproszonymi prelegentami – mówił Jacek Szczerba reprezentujący organizatorów. Od wielu lat jednym z naszych głównych celów jest integracja całego środowiska i branży tworzyw sztucznych poprzez stworzenie platformy do wymiany myśli oraz prezentacji najnowszych rozwiązań. Mam nadzieję, że i tym razem się nam to udało zrobić w sposób satysfakcjonujący rekordowe grono uczestników – dodał. Konferencję podsumował słowami: – Rozpoczynając drugą dekadę Plastinvent-u pragnę wyrazić swoje przekonanie, że sceneria historycznych wnętrz Zamku Biskupiego w Janowie Podlaskim w połączeniu z technicznym nurtem naszej Konferencji, głęboko zakorzenionej już swoją tradycją pośród branży przetwórców TS, stanowiła unikalną i zapadającą w pamięć kompozycję owocnych spotkań i rozmów, wymiany doświadczeń, pozytywnych wrażeń oraz mnóstwa dobrych emocji i wspomnień. To tak naprawdę ogromna motywacja i jednocześnie wyzwanie, by sprostać nieustannie rosnącym oczekiwaniom, co do formy i charakteru naszych wspólnych spotkań. Do zobaczenia za rok!

www.tworzywa.pl Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


INFORMACJA

targi i konferencje

P R A S O WA

Druga odsłona The OXO Conference zorientowana na rynek Grupa Azoty ZAK S.A. po raz drugi zaprosiła partnerów biznesowych, przedstawicieli przemysłu tworzywowego i przetwórstwa chemicznego do udziału w The OXO Conference. Wydarzenie związane z działalnością kędzierzyńskiego Segmentu OXO odbyło się 16 listopada w Sopocie i przebiegało pod hasłem „Illuminating the future of OXO and the derivatives”.

W

programie konferencji przewidziano trzy sesje tematyczne. Pierwsza z nich pod nazwą „Rynkowe fundamenty OXO” prezentowała globalne podejście do europejskich rynków chemicznych i petrochemicznych oraz uwarunkowania rynku alkoholi OXO. Wydarzenie otworzyła Hardeep Parmar, dyrektor ds. Chemii Specjalistycznej w brytyjskiej firmie konsultingowej Kline. W swojej prelekcji opisała dwie dekady przemian europejskich producentów chemicznych ze szczególnym uwzględnieniem zmiany charakterystyki produkcji z chemii masowej na chemię specjalistyczną, charakteryzującą się większym popytem i atrakcyjniejszymi marżami. Z kolei Mike Beal, dyrektor ds. Consultingu Chemicznego w IHS Markit, wypowiadając się na temat stanu i perspektyw rozwoju globalnych rynków chemicznych, zwrócił szczególną uwagę na wzrastające zapotrzebowanie na produkty chemiczne. Szczególnie istotnym w tym względzie jest rynek chiński oraz zwiększenie jego mocy produkcyjnych, a także perspektywy rozwoju amerykańskich aktywów produkcyjnych zlokalizowanych w obszarze Zatoki Meksykańskiej. Sesję zamknął Jeremy Pafford, redaktor naczelny ICIS Americas, który podkreślał, że to dobry czas dla firm działających w branży chemicznej, ponieważ każdy jej gracz, niezależnie od lokalizacji, ma szansę być konkurencyjny. Kolejny blok pod nazwą „Produkty OXO i ich dalsze przetwórstwo” skoncentrowany był na zastosowaniu produktów OXO w branży farb i lakierów, paliw oraz plastyfikatorów. Sesję otworzył Ying Ho Lee, kierownik ds. Marketingu w niemieckim przedsiębiorstwie Synthomer. Pozytywne trendy przywołała kolejna prelegentka - Joanna Imiołczyk z firmy Nitroerg S.A. – Widzimy wyraźną światową tendencję w zakresie podwyższania standardów dla paliw przeznaczonych do napędów silników. Nie tylko w aspekcie efektywności, ale również ekologii – komentowała po wystąpieniu pn. „Dodatki paliwowe na bazie OXO”. Ostatni temat sesji – rozwój rynku plastyfikatorów – był podejmowany przez przedstawiciela, gospodarza konferencji – Grupy Azoty ZAK S.A. Maciej Budner, kierownik Działu Marketingu Strategicznego, w swoim wystąpieniu koncentrował się na obecnych i przyszłych makrotrendach w rozbiciu na kluczowe rynki: azjatycki, amerykański i europejski. Ostatnia sesja konferencji poświęcona była wydłużeniu łańcucha wartości w segmencie plastyfikatorów. Wśród prelegentów znaleźli się prof. dr hab. Kazimierz Piszczek, przedstawiciel Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy oraz Piotr Sułkowski, dyrektor zaopatrzenia w Grupie ERGIS, specjaTworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017

lizującej się w przetwórstwie tworzyw sztucznych i produkcji wyrobów z PVC, PET i PE. W wystąpieniu pn. „Folie PVC i trendy rynkowe w przetwórstwie tworzyw”, przedstawiciel Grupy ERGIS opisał aktualne wyzwania rynkowe związane z plastyfikatorami oraz szeroko pojętą gospodarką obiegu zamkniętego, czyli recyklingiem. Prelegent przybliżył działania firmy zmierzające do tego, by produkowane polimery miały „drugie życie”. Podczas tegorocznej konferencji nie zabrakło akcentu artystycznego. Goście mieli okazję podziwiać obrazy znanej impresjonistki Marii Wollenberg-Kluza, podczas dedykowanego wernisażu. – Pomyślałam, że przy tak poważnej konferencji nie zaszkodzi przerywnik muzyczny. Wprawdzie nie słyszymy tu muzyki, jednak można ją wyrazić i zaobserwować w kolorach – komentowała malarka. Tegoroczną, drugą edycję The OXO Conference podsumował w imieniu gospodarza konferencji – Grupy Azoty ZAK S.A. – prezes Zarządu Paweł Mortas. – The OXO Conference to inicjatywa, która pozwala nam wypromować w branży działania kędzierzyńskiego Segmentu OXO oraz wspólne osiągnięcia, wypracowane z partnerami biznesowymi. Podczas gdy pierwsza edycja konferencji skupiała się na technologii OXO, tegoroczna przybliżała w większym stopniu zastosowania produktów OXO, poruszała głównie aspekt rynkowy. Cieszy nas doskonała frekwencja oraz fakt, że swoją wiedzą dzielili się znakomici prelegenci, posiadający globalną perspektywę. Konferencja wzbudza zainteresowanie wśród przedstawicieli wielu segmentów biznesowych oraz firm konsultingowych, co stanowi wartość dodaną. Już teraz zapraszam na kolejną edycję, podczas której kolejni eksperci podzielą się wiedzą – mówił Paweł Mortas. Konferencja The OXO Conference została zainspirowana jubileuszem 30-lecia instalacji OXO w Grupie Azoty ZAK S.A. Jej pierwsza edycja odbyła się w listopadzie 2016 roku we Wrocławiu. Wydarzenie po raz kolejny zgromadziło przedstawicieli segmentów biznesowych związanych z produkcją alkoholi OXO i plastyfikatorów. Druga edycja the OXO Conference była podsumowaniem działań Grupy Azoty ZAK S.A. na rynku OXO oraz próbą uwypuklenia ogromnego wpływu, jaki firma oraz jej partnerzy wywierają na kształt tego rynku.

Grupa Azoty ZAK S.A. 59


targi i konferencje

TOOLEX 2017 – jubileuszowy sukces 10. edycja Międzynarodowych Targów Obrabiarek, Narzędzi i Technologii Obróbki TOOLEX, jak przystało na jubilata, wypadła okazale. Doceniane przez specjalistów i wysoko oceniane pod względem efektywności i merytoryki targi były imponujące: blisko 500 wystawców z 14 krajów, reprezentujących prawie 600 światowych marek, zaprezentowało nowości z branży na imponującej powierzchni 15 tys. m kw. Targom towarzyszył bogaty program seminariów i prelekcji. Wydarzenie odwiedziło blisko 10 tysięcy zwiedzających. Organizatorzy dołożyli wszelkich starań, aby podkreślić wyjątkowość 10. edycji, m.in. poprzez wręczenie specjalnych statuetek 10-lecia dla wystawców, którzy od początku wspierali rozwój wydarzenia.

W

ystawcy targów potwierdzają, że TOOLEX to doskonałe narzędzie biznesowego sukcesu – to tutaj zawierają liczne transakcje, nawiązują nowe relacje biznesowe i kontynuują dotychczasowe interakcje ze stałymi kontrahentami. Targi TOOLEX nieustannie wyznaczają trendy - towarzyszyły im bowiem liczne prezentacje nowości i premiery na polskim rynku. O mocnej pozycji TOOLEX na targowym rynku świadczy także liczne grono prestiżowych patronów – instytucji branżowych, uczelni wyższych oraz mediów, którzy stale wspierają ich rozwój oraz dbają o aspekt merytoryczny. Rangę TOOLEX potwierdza Patronat Honorowy Ministerstwa Rozwoju. Tegoroczne prezentacje wystawców, podobnie jak w poprzednich latach, uzupełnił bogaty program wydarzeń. Na szczególną uwagę zasługuje seminarium dotyczące „Zasadniczych i minimalnych wymagań dla maszyn nowych, modernizowanych oraz już użytkowanych przez pracowników podczas pracy wg dyrektyw europejskich 2006/42/WE i 2009/104/WE” prowadzone przez przedstawicieli Zakładów Badań i Atestacji „ZETOM” im. Prof.

F. Stauba w Katowicach Sp. z o.o. Zainteresowaniem cieszyły się również wykłady, takie jak: „Ekonomiczne przetwarzanie emulsji smarno – chłodzących i wód płuczących i ponowne wprowadzanie destylatu do obiegu produkcyjnego”, „Narzędzia Baryłkowe – realna optymalizacja czasu obróbki” – organizator: CAM Technology Sp. z o.o. czy „Technologia mycia w przemyśle obróbczym” - organizator: GT85 Polska. Niezwykle interesującym wydarzeniem, towarzyszącym Targom TOOLEX, było „Starcie Szlifierzy”, czyli pierwsze w Polsce zawody w szlifowaniu, które powstały z myślą o grupie zawodowej szlifierzy. Starcie stało się również miejscem wymiany doświadczeń, nawiązania nowych kontaktów w branży oraz świetną okazją do przetestowania materiałów ściernych. Jubileuszowej edycji Targów TOOLEX towarzyszyła uroczysta Gala, podczas której wręczono medale i wyróżnienia przyznane w konkursie na najlepsze produkty prezentowane przez wystawców tegorocznych Targów. I tak, medal za „serię urządzeń myjących TARRA COMPACT z modelami 100, 200 i 400 w różnych konfiguracjach” otrzymała firma GT85 Sp. z o. o. Natomiast Instytutowi Zaawansowanych Technologii Wytwarzania Komisja Konkursowa przyznała medal Expo Silesia za „sposób wygładzania powierzchni elementów funkcjonalnych wykonywanych metodami przyrostowymi”. Przyznano również 4 wyróżnienia dla produktów zgłoszonych do konkursu, które powędrowały do: VOLLMER POLSKA Sp. z o.o., OSG POLAND Sp. z o.o., MMT Sp. z o.o. oraz SUMITOMO ELECTRIC Hartmetall GmbH. Natomiast medal Expo Silesia za najciekawszy sposób prezentacji podczas TOOLEX-u otrzymała firma TBI TECHNOLOGY Sp. z o.o. Organizatorzy wręczyli również pamiątkowe statuetki wystawcom obchodzącym w tym roku swoje okrągłe jubileusze działalności oraz wspomniane już wcześniej – statuetki 10-lecia TOOLEX-u. Na zakończenie Gali Zarząd Expo Silesia zaprosił wszystkich uczestników uroczystości na jubileuszowy tort. Targi EXPO Silesia

60

Tworzywa Sztuczne w Przemyśle . Nr 6/2017


dodatek nr 2

listopad/grudzień

AUTOMATYKA, ROBOTYKA I OPROGRAMOWANIA PRZEMYSŁOWE

Zastosowanie systemów CAD/CAM w przygotowaniu produkcji Automatyka i oprogramowania – przegląd rozwiązań firm

Foto: www.freepik.com

Nowoczesne systemy wspomagające pracę inżyniera


Spis treści Dopak wybuduje centrum badawczo-rozwojowe

str. III

Zastosowanie systemów CAD/CAM w przygotowaniu produkcji

str. IV

Automatyka i oprogramowania – przegląd rozwiązań firm

str. VIII

TOOL COSTING – szybka i precyzyjna wycena form wtryskowych i tłoczników

str. X

Optymalne wykorzystanie form wtryskowych; Mold-ID – przejrzyste zarządzanie narzędziami

Dodatek specjalny nr 2 dwumiesięcznika „Tworzywa Sztuczne w Przemyśle”

Redaktor wydania: Katarzyna Kajstura tel./fax 32 733 18 01 e-mail: katarzyna.kajstura@tworzywasztuczne.biz

Skład i layout: Lucyna Franczyk Korekta: Barbara Sput str. XII

Koncepcja przemysł 4.0; Ocena możliwości wdrożenia na przykładzie wybranego przedsiębiorstwa str. XIII

Nowoczesne systemy wspomagające pracę inżyniera str. XX

Skriware prezentuje nową, intuicyjną drukarkę 3D

str. XXII

Kierunki rozwoju robotyki; Kierunki rozwoju robotyki w aspekcie projektowania współczesnych systemów produkcyjnych

str. XXIII

W następnym numerze:

Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń i nie zwraca materiałów niezamówionych. Zastrzegamy sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. Przedrukowywanie materiałów lub ich części tylko za zgodą pisemną redakcji.

www.tworzywasztuczne.biz

W każdym wydaniu dwumiesięcznika dodatek tematyczny!

ZAPRASZAMY


INFORMACJA

P R A S O WA

Dopak wybuduje centrum badawczo-rozwojowe Firma Dopak wyłoniła zwycięzcę przetargu na budowę Centrum Badawczo-Rozwojowego w zakresie przetwórstwa tworzyw sztucznych. Została nim poznańska firma Pekabex Bet SA., która przedstawiła ofertę o wartości 14,5 mln zł. Przedmiotem zmówienia jest kompleksowa budowa centrum badawczo-rozwojowego z budynkiem biurowym i halą produkcyjną oraz zagospodarowaniem terenu i niezbędną infrastrukturą techniczną.

C

entrum badawczo-rozwojowe powstanie na wrocławskim Oporowie przy ulicy Kwiatkowskiego na działce o powierzchni około 18 500 m2 na terenie Dolnośląskiego Parku Technologicznego (DPT), którą firma Dopak zakupiła w 2015 roku. Inwestycja została dofinansowana ze środków unijnych w kwocie ok. 5,5 miliona złotych i powstanie zgodnie z celami zawartymi w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój dla działania 2.1. „Wsparcie w infrastrukturę B+R przedsiębiorstw”. Za projekt architektoniczny inwestycji odpowiada Dawid Wirth z wrocławskiego studia architektonicznego Ozone. W ramach działalności centrum badawczo-rozwojowego firmy Dopak świadczona będzie innowacyjna zindywidualizowana usługa dla klienta w zakresie projektowania, optymalizacji oraz automatyzacji procesów produkcyjnych w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych. Jak podkreślają przedstawiciele firmy Dopak, obecnie na rynku nie istnieje usługa polegająca na opracowaniu projektu ciągu technologicznego, wraz z automatyzacją i optymalizacją z możliwością produkcji testowej oraz zbadania właściwości produkowanych wyrobów. Pracownicy centrum badawczo-rozwojowego będą również prowadzili badania oraz prace rozwojowe, których efekty będą wykorzystywane do świadczonych usług.

Cała inwestycja ma zostać zrealizowana do 30 kwietnia 2019 roku. Grupa Pekabex jest producentem konstrukcji prefabrykowanych. Wytwarza elementy zbrojone tradycyjnie oraz nowoczesne elementy strunobetonowe wykorzystywane w budownictwie wielkokubaturowym (np. hale produkcyjne, magazyny, biura), inżynieryjnym (np. mosty, tunele), a także na potrzeby projektów nietypowych. www.plastech.pl

REKLAMA

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

III


Zastosowanie systemów CAD/CAM w przygotowaniu produkcji Katarzyna Czech-Dudek

W artykule przedstawiono przykład wykorzystania systemów CAD/CAM w przygotowaniu produkcji formy do produkcji kostki brukowej.

Z

astosowanie na szeroką skalę systemów wspomagających prace inżynierskie spowodował znaczny wzrost pracochłonności technicznego przygotowania produkcji w stosunku do pracochłonności wytwarzania. Przyczyniło się to do komputeryzacji prac projektowych nie tylko w fazie projektowania konstrukcji i technologii, ale także w fazie sterowania procesami wytwarzania. Główną przesłanką do stosowania komputerowego wspomagania wytwarzania CAM jest więc wzrost wydajności produkcji. Ponadto ważne jest skrócenie czasu na uruchomienie bądź przestawienie produkcji, a także poprawienie jakości produkowanych wyrobów. Zakres wykorzystania technik CAD/CAM na etapie technicznego przygotowania produkcji przedstawia rys. 1. CAD (Computer Aided Design – komputerowe wspomaganie projektowania) to zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym. Znamienne dla CAD jest cyfrowe modelowanie geometryczne mające na celu określenie postaci konstrukcyjnej wyrobu (jednego obiektu lub układu obiektów). Definiowaną postać konstrukcyjną tworzą cechy: geometryczne, dynamiczne oraz technologiczne (w tym materiałowe). Oprogramowanie CAD jest przeznaczone do wspomagania czynności inżyniera zwłaszcza w pierwszych

Rys. 1. Zakres zastosowania systemów CAD CAM [1, 2, 3] IV

fazach rozwoju produktu. Programy CAD służą przede wszystkim do projektowania bardzo wielu działań inżynierskich, ale także do rysowania oraz modyfikowania dokumentacji konstrukcyjnej i technologicznej (karty i formularze operacji technologicznych wraz ze szkicami). Systemy CAD znajdują również zastosowanie w zakresie tworzenia wirtualnych prototypów i prezentacji ofertowych dzięki animacjom, symulacjom i fotorealistycznym wizualizacjom [1, 2, 3]. Systemy CAM (Computer Aided Manufacturing – komputerowe wspomaganie wytwarzania) służą do sterowania procesem wytwarzania za pomocą komputera, a więc do sterowania obrabiarek, linii montażowych, robotów, centrów obróbkowych itp. Systemy te obejmują wszelkie etapy potrzebne do zrealizowania procesu wytwarzania, takie jak: tworzenie bieżących harmonogramów prac, obróbka, montaż, kontrola jakości, organizacja transportu międzyoperacyjnego. Programy CAM pozwalają na przenoszenie informacji z systemów CAD do systemów CAM. Jest to znaczące ułatwienie, jeśli chodzi o przygotowanie programu pracy na maszynę technologiczną sterowaną numerycznie [1, 2, 3]. Obecnie w programach typu CAM łączone są różnego rodzaju obróbki, co daje budowę modułową (np. moduł tokarski połączony jest z modułem frezarskim). Posiadają biblioteki narzędzi, ułatwiają dobór parametrów obróbki, pozwalają na symulację, wizualizację procesu obróbki, czyli wspomagają pracę technologa w całym obszarze projektowania procesów technologicznych. Na podstawie wprowadzonych danych dotyczących cech obrabianego detalu, znajomości zasad projektowania procesów technologicznych i procesów obróbkowych oraz dostępnych środków i warunków produkcji, technolog, wykorzystując program CAM, może wygenerować dokumentację technologiczną oraz kody NC, sterujące procesem obróbki [1, 2, 3]. ETAPY TECHNICZNEGO PRZYGOTOWANIA PRODUKCJI FORMY Opracowanie konstrukcji formy Opracowanie założeń konstrukcyjnych to określenie wymagań techniczno-eksploatacyjnych wyrobu, w zasadzie wyrobu – kostki brukowej i narzędzia – formy do produkcji kostki brukowej. Kostka brukowa jest prefabrykowanym elementem budowlanym wykonywanym z betonu niezbrojonego, przeznaczonym do budowy nawierzchni drogowych, placów, parkingów, podjazdów Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Rys. 3. Przykłady form do produkcji elementów wibroprasowanych: 1 – rama formy z gniazdami, (2) – stempel dociskowy [4]

Rys. 2. Przykład kształtów i kolorów kostki brukowej [4, 5]

itp. To bardzo atrakcyjny, funkcjonalny materiał dla budownictwa ze względu na różnorodność kształtów (rys. 2), kolorów, dużą trwałość, możliwość ponownego wbudowania po rozbiórce oraz znacznie mniejszy koszt w porównaniu z naturalnym kamieniem [4, 5]. Nowoczesna, seryjna produkcja kostki brukowej opiera się w większości przypadków na zagęszczaniu betonu metodą wibroprasowania, która odznacza się dużą wydajnością procesu takich samych właściwości. Właściwie zaprojektowana i eksploatowana forma ma istotny wpływ na jakość, wygląd i efektywność ekonomiczną produkcji kostki. Zasadnicze części formy to (rys. 3): l część dolna – rama formy, w której umieszczony jest wkład z gniazdami w kształcie formowanych elementów; l część górna – sztywna płyta, do której mocowane są stopki stempli oraz pionowe wsporniki. Stopki stempli w kształcie formowanych elementów wchodzą w gniazda dolnej części formy. Wysokość dolnej części formy uzależniona jest od rodzaju wibroprasy. Warunki pracy wibroformy są bardzo trudne, ponieważ jest ona poddawana intensywnym oddziaływaniom sił statycznych i dynamicznych. Formy do betonu wibroprasowanego powinny spełniać szereg wymagań, mających wpływ na czas eksploatacji formy i jakość wyrobów. Należą do nich: l twardość, sztywność i wytrzymałość powinny zapewniać niezmienność wymiarów formy w czasie procesu technologicznego i długotrwałego użytkowania;

Rys. 4. Model kostki wraz z rysunkiem konstrukcyjnym [6]

lekkość i łatwość w montażu i demontażu; odpowiednio ukształtowane skosy technologiczne we wszystkich częściach; l brak wad powierzchniowych na powierzchniach formy stykających się z betonem [4]. Formy do produkcji kostki brukowej to narzędzia projektowane na indywidualne zamówienie firm betoniarskich z uwzględnieniem wymagań dotyczących kształtu i wymiarów wyrobu – kostki brukowej, gabarytów całej formy, materiału płytki stempli oraz wkładu formującego, ilości gniazd formujących w matrycy formy uzależnionych od siły zgniotu wibroprasy, rodzaju uchwytów mocujących do wibroprasy oraz rodzaju prowadnic dla systemu zasypowego [4]. l l

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

t

Rys. 5. Forma do kostki brukowej w widoku rozstrzelonym: 1 - kostka mocująca, 2 - płyta wzmacniająca poprzeczna, 3 - płyta wzmacniająca wzdłużna, 4 - płyta mocująca stemple, 5 - wspornik stempla (ISO 4019), 6 - płyta ścierająca, 7 - prowadnica systemu zasypowego, 8 - płyta mocująca matrycę, 9 - wspornik płyty mocującej, 10 - śruba z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym (ISO 4752), 11 - płyta stabilizująca matrycę, 12 - wkład formujący, 13 - płytka stempla, 14 - płytka oporowa stempla, 15 - śruba z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym (ISO 4762), 16 - zderzak, 17 - płyta wzmacniająca środkowa, 18 - płyta wzmacniająca poprzeczna pozioma [6] V


Rys. 6. Przykład tworzenia rysunku wykonawczego [6]

Opracowanie konstrukcji formy do produkcji kostki brukowej z wykorzystaniem programu Autodesk Inventor Professional 2012 obejmowało: l Przygotowanie projektu 3D kostki brukowej i wygenerowanie rysunku konstrukcyjnego (rys. 4). Model kostki brukowej może być przygotowany w oparciu o dokumentację dostarczoną przez klienta, na podstawie zaimportowanego pliku 3D lub zamodelowany od podstaw według wskazówek i wymagań klienta. W przypadku projektowania „od podstaw” modelowanie rozpoczyna się od wykonania szkicu na płaszczyźnie, następnie poprzez operacje wyciągnięcia uzyskuje się bryłę 3D i nadaje się odpowiednie cechy, takie jak: zaokrąglenia, sfazowania, pochylenia itp. Z modelem 3D sporządzenie odpowiedniego rysunku konstrukcyjnego nie stanowi większego problemu. l Opracowanie konstrukcji elementów formy. Forma do produkcji prefabrykatów betonowych składa się z kilkudziesięciu części (rys. 5). Dwa najważniejsze elementy formy to: – stempel, który nadaje ustalony kształt górnej części kostki brukowej, zapewnia uzyskanie odpowiedniej gładkości powierzchni użytkowej, a także przenosi nacisk z wibroprasy na betonowy prefabrykat, dzięki czemu uzyskuje się dużą wytrzymałość gotowego wyrobu; – wkład formujący, gruba płyta stalowa z wykonanymi otworami przelotowymi o wymiarach zgodnych z wymiarami kostki brukowej, dla której forma jest projektowana; l dobór elementów znormalizowanych – elementy znormalizowane to jedynie różnego rodzaju śruby, nakrętki, podkładki itp.; l opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej. Po zamodelowaniu wszystkich części formy opracowano dokumentację konstrukcyjną dla części nieznormalizowanych. Sposób postępowania przedstawiono na rys. 6. Opracowanie technologii wykonania Pierwszym etapem opracowania procesu technologicznego jest ustalenie kolejności wykonywanych operacji, tak aby proces technologiczny przebiegał jak najbardziej efektywnie i pozwolił spełnić wszelkie wymagania określone w dokumentacji konstrukcyjnej. Na etapie opracowania technologii wykonania elementów formy do produkcji kostki brukowej wykorzystano program DP Technology Esprit 2009 SolidMill Traditional (rys. 7), który umożVI

Rys. 7. Okno główne programu Esprit 2009 SolidMill Traditional

liwia programowanie w 2½ D, posiada również wszystkie cykle maszynowe umożliwiające wykonanie obróbki zgrubnej i wykańczającej. Oprócz tego pakiet zawiera funkcje takie jak: automatyczne generowania toru narzędzia, symulacja i kontrola ścieżki przejścia narzędzia, export, import danych. Algorytm pracy w systemie Esprit 2009 SolidMill Traditional przedstawiono za pomocą schematu (rys. 8). Rozpoczynając obróbkę skrawaniem na obrabiarkach CNC, pierwszym etapem jest ustawienie punktu zerowego przedmiotu. Można to wykonać ręcznie w taki sam sposób jak na obrabiarce konwencjonalnej lub w sposób automatyczny dzięki sondzie pomiarowej (rys. 9). Wszystkie etapy obróbki zweryfikowano najpierw na symulatorze, a następnie przeprowadzono obróbkę przenosząc wygenerowany kod na obrabiarkę CNC. Na rysunku 10 przedstawiono obrazy symulacji oraz zdjęcia rzeczywistej obróbki dla wybranych zabiegów. PODSUMOWANIE W dzisiejszych czasach wszystkie dziedziny życia dążą do komputeryzacji. Tak też się dzieje od wielu lat w procesach projektowania elementów maszyn i urządzeń. Dzięki komputerom Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Rys. 9. Ustawienie punktu zerowego przedmiotu [6]

Rys. 10. Obrazy symulacji oraz zdjęcia rzeczywistej obróbki dla wybranych zabiegów [6]

inżynierów stają się we współczesnych czasach niezbędnym i powszechnym narzędziem pracy, stąd ich rozwój i zakres zastosowania stale się poszerza.

Rys. 8. Algorytm pracy w systemie Esprit 2009 SolidMill Traditional: 1 - tworzenie bryły 3D lub import z programu typu CAD, 2 - utworzenie przygotówki, 3 - tworzenie struktur – elementów charakterystycznych np. krawędzi kieszeni, 4 - dobór narzędzi z biblioteki lub stworzenie nowego narzędzia, 5 - dobór parametrów, strategii obróbki, 6 - generowanie ścieżki narzędzia, 7 - symulacja obróbki, 8 - wybór postprocesora, 9 - generowanie kodu NC [6]

wzrasta jakość pracy projektowej oraz komfort pracy inżyniera. Jednak dopiero połączenie odpowiedniej wiedzy i praktyki inżynierskiej z wykorzystaniem systemów CAD/CAM daje zwiększenie efektywności przygotowywania produkcji. Zalet systemów komputerowych CAD/CAM jest niewątpliwie wiele, tym bardziej, że ich stosowanie daje wymierne korzyści w postaci oszczędności czasu, poprawy dokładności i powtarzalności, eliminacji błędów, co przekłada się na zyski firmy. Mając to na uwadze, można stwierdzić, że aplikacje komputerowe dla Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

LITERATURA [1] M. Miecielica, W. Wiśniewski: Komputerowe wspomaganie projektowania procesów technologicznych, Wydawnictwo PWN Warszawa 2005. [2] W. Tarnowski: Wspomaganie Komputerowe CAD CAM: Podstawy projektowania technicznego, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997. [3] A. Kawecka-Endler: Organizacja technicznego przygotowania produkcji – prac rozwojowych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2004. [4] www.techmatik.pl [5] www.benbruk.pl [6] P. Ceglarek: Opracowanie technologii obróbki przy zastosowaniu systemów CAD/CAM – praca inżynierska, promotor: K. Czech-Dudek, Częstochowa, 2012. Artykuł był publikowany w czasopiśmie „Mechanik” nr 7/2015, s. 149–158.

dr inż. Katarzyna Czech-Dudek Instytut Technologii Mechanicznych Politechnika Częstochowska VII


Automatyka i oprogramowania – przegląd rozwiązań firm

Archimedes Sp. z o.o. ul. Polna 133 87-100 Toruń tel. 56 657 73 00 fax 56 653 94 55 info@archimedes.pl

Balluff Sp. z o.o. ul. Graniczna 21 A 54-516 Wrocław balluff@balluff.pl tel. 71 382 09 00 fax 71 338 49 30

CAMdivision Sp. z o.o. Park Przemysłowy ul. Sosnowa 10 55-330 Źródła-Błonie k/Wrocławia tel. 71 780 30 20 info@camdivision.pl www.camdivision.pl VIII

Dystrybucja i produkcja komponentów do budowy maszyn – dostarczamy produkty z kilku kategorii asortymentowych, w tym: napędy maszyn i urządzeń wraz z elementami przeniesienia napędu, kompleksowy system budowy przenośników, elementy zawieszenia i napędy maszyn wibracyjnych, komponenty techniki liniowej, system profili aluminiowych do budowy urządzeń przemysłowych. Współpracujemy z dostawcami z całego świata. Posiadamy dwa bardzo dobrze zaopatrzone magazyny w Toruniu oraz Dąbrowie Górniczej, dzięki czemu zapewniamy szybkie terminy dostaw. Klienci oczekują łatwej komunikacji i szybkiej realizacji zamówień, dlatego skrupulatnie dopasowujemy strukturę organizacyjną oraz narzędzia wspomagające obsługę klienta. W każdej kategorii asortymentowej szkolimy konsultantów technicznych, którzy służą poradą w doborze optymalnych rozwiązań. Stworzyliśmy własne centra produkcyjne i montażowe, które wykonują detale zgodnie z dokumentacją powierzoną przez klienta lub opracowaną przez nasze biuro konstrukcyjne.

Kompetencje Balluff w zakresie rozwiązań automatyki są naprawdę szerokie. Nie ma chyba aplikacji ani branży, dla której Balluff nie skonstruowałby już i nie wyprodukował skutecznego rozwiązania. Niezależnie od tego, czy chodzi o małą serię, dostosowaną do specjalnych potrzeb, czy o partnerstwo w zakresie dostaw trwające stabilnie od 30 lat. Dostarczamy produkty i systemy do wszystkich dziedzin automatyki, oferując m.in.: l Czujniki elektroniczne i mechaniczne. l Obrotowe i liniowe przetworniki położenia. l Systemy identyfikacyjne RFID. l Systemy bezpieczeństwa „Safety over IO-Link”. W naszej ofercie znajdują się także rozwiązania z obszaru technologii sieci i połączeń, ze szczególnym naciskiem kładzionym na rozwój i wykorzystanie interfejsu IO-Link. Firma Balluff ma w swojej ofercie innowacyjne rozwiązania dla prawie wszystkich gałęzi przemysłu, m.in. przemysłu motoryzacyjnego, branży stalowej, przemysłu spożywczego czy tworzyw sztucznych.

CAMdivision Sp. z o.o. zajmuje się wdrożeniami oprogramowania CAx/PLM w oparciu o pakiety NX, Solid Edge, Tecnomatix i Temacenter. Specjalizuje się w zaawansowanych rozwiązaniach CAx, m.in. do wspomagania konstrukcji części, form wtryskowych i tłoczników oraz programowania obrabiarek CNC. NX posiada specjalistyczne pakiety do modelowania elementów z tworzyw sztucznych oraz wspomagania projektowania form wtryskowych i elektrod - NX Mold Wizard, umożliwiające: l przeprowadzenie analizy technologiczności wypraski l tworzenie parametrycznego modelu 3D formy l symulację kinematyczną pracy formy l przygotowanie dokumentacji 2D l generowanie elektrod. Program zachowuje pełną asocjatywność na każdym etapie projektowania narzędzia. Zmiany wprowadzone na modelu 3D wypraski odwzorowywane są na powierzchniach formujących wszystkich elementów gniazda formującego formy (łącznie z mechanizmami uwalniania wypraski) i w dokumentacji wykonawczej.

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


igus® Sp z o.o. ul. Działkowa 121C 02-234 Warszawa tel. 22 863 57 70 fax 22 863 61 69 info@igus.pl

Neuron PPHU Neuron – Wojciech Mazurek 83-200 Starogard Gdański tal. Wojska Polskiego 9/10 tel. 608 260 530 neuron@hot.pl

POLON-IZOT Sp. z o.o. ul. Michała Spisaka 31 02-495 Warszawa tel. 22 724 74 64 fax 22 724 94 31 biuro@polonizot.pl

VISI Polska ul. Wyspiańskiego 27a 35-111 Rzeszów tel. 17 853 00 62 fax 17 856 40 59 biuro@visicadcam.pl

Firma igus® istnieje w Polsce od 1997 roku. Zajmujemy się sprzedażą produktów z tworzyw sztucznych. igus® to czołowy producent prowadników kabli, przewodów do aplikacji ruchomych, polimerowych łożysk ślizgowych, liniowych systemów prowadzenia oraz przegubowych łożysk polimerowych. Produkty igus® ciągle udowadniają, że jakościowo i cenowo są najlepsze. Poprzez swoje wieloletnie doświadczenie w produkcji elementów z tworzyw sztucznych, innowacyjność i rozwój firmy, igus® dostarcza najlepsze i najbardziej zaawansowane rozwiązania praktyczne i ekonomiczne dla niemal wszystkich gałęzi przemysłu. W ofercie firmy znajduje się ponad 130 000 produktów. Ponadto igus® oferuje bezpłatne obliczenia żywotności, zużycia oraz ogólnej kontroli funkcyjnej produktów w związku z ich planowanym zastosowaniem.

Firma Neuron funkcjonuje od 1994 roku, choć jej korzenie sięgają lat 80. ubiegłego wieku. Na początku produkowaliśmy sterowniki mikroprocesorowe dla maszyn, głównie maszyn pakujących. Do niedawna naszą główną domeną była automatyka przemysłowa, konstruowanie sterowań maszyn, remonty maszyn, produkcja urządzeń elektronicznych. W 2001 roku dostaliśmy zlecenie na remont piły stolarskiej CNC z całkowicie zdewastowanym sterowaniem. Ponieważ w tamtych czasach sterowniki CNC były strasznie drogie, zapadła decyzja, aby sterowanie oprzeć na komputerze PC z kartami I/O. Tak powstał pierwszy, profesjonalny program sterujący, pracujący pod kontrolą systemu DOS. Potem były sterowania oparte o tandemy: sterownik PLC – komputer PC. Dzisiaj nasza działalność to w większości tworzenie oprogramowania, głównie dla służb utrzymania ruchu i szeroko rozumianej produkcji, zwłaszcza do jej monitorowania i kontroli.

Zakład POLON IZOT Sp. z.o.o. jest kontynuatorem działalności firmy POLON Zjednoczone Zakłady Urządzeń Jądrowych, założonej w 1956 roku i funkcjonującej jako Biuro Urządzeń Techniki Jądrowej. Możemy się zatem poszczycić ponad 50-letnim dorobkiem technicznym. Firma nasza posiada wieloletnie doświadczenie w zakresie konstrukcji i produkcji urządzeń pomiarowych, układów sterujących procesami technologicznymi, metrologią (pomiary laboratoryjne, on-off, offline) oraz aparaturą dla potrzeb ochrony środowiska.

VISI uważany jest za jednego z wiodących na świecie dostawców rozwiązań oprogramowania CAD/CAM dla przemysłu zajmującego się produkcją form wtryskowych i wytłaczaniem. Oferuje unikalne połączenie aplikacji, w pełni zintegrowane modelowanie krawędziowe, powierzchniowe i bryłowe, kompleksową obróbkę 2D, 3D i w 5 osiach z dedykowanymi procedurami HSM. Konkretne aplikacje dla wtrysku tworzyw, projektowania narzędzi, łącznie z analizą przepływu materiału i stopniowego krok po kroku projektowania narzędzi postępowych, zapewniają niezrównaną wydajność pracy. VISI oferuje następujące rozwiązania: modelowanie, analiza, Mould, Flow, Elektroda, Progress, Multi-Slides, obróbka 2D, obróbka 3D, obróbka 5-osiowa, PEPS-Wire, Blank, Reverse.

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

■ IX


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

TOOL COSTING – szybka i precyzyjna wycena form wtryskowych i tłoczników Tool Costing to przełomowa, niezależna aplikacja, która jest idealnym rozwiązaniem do szybkiego i precyzyjnego kosztorysowania oprzyrządowania na podstawie modelu 3D wypraski (dla form wtryskowych), modelu odlewu (dla form odlewniczych) lub modelu części blaszanej dla tłoczników.

W

ycena oprzyrządowania jest wykonywana w ciągu 15–30 minut w zależności od stopnia skomplikowania analizowanego modelu. Dzięki precyzyjnym analizom opartym o model 3D, aplikacja Tool Costing pozwala oszacować z dużą dokładnością koszty oprzyrządowania. Globalne rynki i rosnąca presja na redukcję kosztów wymagają profesjonalnego zarządzania kosztami w zakresie form i oprzyrządowania. Z pomocą przychodzi aplikacja Tool Costing – część środowiska PCM. PCM (Product Cost Management) jest narzędziem służącym do kosztorysowania produktu. Umożliwia szybkie ustalenie ceny przyszłego produktu, zyskowności, wielkości produkcji itp. W skład kosztów produkcyjnych produktu wchodzą zarówno materiały niezbędne do produkcji (np. granulat), jak i narzędzia

X

produkcyjne. Do narzędzi produkcyjnych można zaliczyć formy wtryskowe, tłoczniki wielotaktowe itp. Dzięki precyzyjnym analizom, PCM pozwala, na podstawie gotowej części, oszacować z dużą dokładnością koszty narzędzi produkcyjnych. Przy wycenie np. form wtryskowych PCM analizuje detal i automatycznie wykrywa gabaryt części, grubość ścianek, liczbę i wielkość żeber, miejsca pod suwak, wkładki itd. Po wykonaniu analizy dane są przenoszone do środowiska kosztorysowania. W tym środowisku można ustalić między innymi region produkcyjny, walutę, krotności formy, typ kanałów wtryskowych itd. Oczywiście można także określić procentowy udział kosztów obsługi narzędzia (serwisowanie). Na podstawie powyższych informacji PCM oblicza i generuje listę materiałową, która określa czas wykonania poszczególnych operacji

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

(czas drążenia, czas frezowania, czas poświęcony na przygotowanie poszczególnych części itp.). KORZYŚCI OFEROWANE PRZEZ ZINTEGROWANĄ PLATFORMĘ OBLICZANIA KOSZTÓW Rozwój szczegółowej wiedzy na temat kosztów i maksymalna przejrzystość są konieczne do osiągnięcia przejrzystości zarządzania kosztami oprzyrządowania. Aplikacja Tool Costing zapewnia: l redukcję czasu i wysiłku potrzebnego do przygotowania zestawień kosztowych; l utrzymanie wiedzy na temat kosztów wewnątrz firmy, dzięki obliczeniom opartym o bazę danych; l mocniejszą pozycję w negocjacjach cenowych z dostawcami; l lepszą stopę zwrotu z inwestycji, dzięki obliczaniu wariantów wykonywanego oprzyrządowania i zmian; l zrozumienie czynników kosztotwórczych i ich wpływu na koszt całego oprzyrządowania; l lepsze zarządzanie wiedzą dla wszystkich zleceniodawców i analityków cen; l wsparcie w negocjacjach struktury kosztów oraz spotkaniach (warsztatach) z udziałem producentów i dostawców oprzyrządowania; l zmniejszone wydatki na oprzyrządowanie i lepszą efektywność wycen; l osiąganie kosztów docelowych poprzez szczegółową i weryfikowalną analizę kosztu oprzyrządowania. Wycena oprzyrządowania na bazie projektu 3D Oprogramowanie Tool Costing umożliwia parametryczne obliczenie kosztów oprzyrządowania wykonywanego różnymi technologiami, takimi jak: formowanie wtryskowe, odlewanie wysokociśnieniowe, tłoczenie wielotaktowe, cięcie laserowe i inne na bazie modelu 3D. Aby przystąpić do wykonywania obliczeń, należy po prostu wybrać technologię oprzyrządowania i opisać geometrię części. Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

Możliwe jest wykonywanie bezpośredniej analizy i importu modeli 3D bezpośrednio z NX, CATIA, Pro/ENGINEER, MATERIALISE lub z neutralnych formatów wymiany, takich jak PARASOLID, IGES, STEP, STL lub format JT. DANE REFERENCYJNE DO ANALIZY KOSZTÓW Software do wyceny oprzyrządowania (Tool Costing) oferuje dostęp do szerokiego zbioru danych źródłowych. Dobór profili i lokalizacji z tej bazy danych pozwala na wykorzystanie wstępnie skonfigurowanych danych, takich jak specyfikacje, techniki produkcji i stawki godzinowe. Informacje te mogą zostać także skonfigurowane w sposób spełniający wymagania klientów. W efekcie otrzymujemy wycenę oprzyrządowania o wysokim poziomie szczegółowości, która pozwala użytkownikowi na elastyczność w tworzeniu zestawień kosztów. PCM dostarcza użytkownikowi kilkadziesiąt diagramów obrazujących udział procentowy poszczególnych operacji. Dzięki temu w bardzo szybki sposób można określić, czy lepiej części zamawiać, czy wykonywać we własnym zakresie. PCM w końcowej fazie generuje zestawienie kosztów, które są bardzo przydatne w pertraktacjach z klientem. Mając dokładny obraz kosztów, bardzo szybko można je zoptymalizować. Dzięki możliwości zmiany dowolnego parametru z wyceny, np. kraju, w którym będzie wykonywane narzędzie, w bardzo klarowny sposób można przygotować konkurencyjną ofertę.

CAMdivision Sp. z o.o. Park Przemysłowy Źródła-Błonie k/Wrocławia Błonie, ul. Sosnowa 10, 55-330 Miękinia www.camdivision.pl XI


ARTYKUŁ

S P O N S O R O WA N Y

Mold-ID – przejrzyste zarządzanie narzędziami

Optymalne wykorzystanie form wtryskowych Formy są elementami podlegającymi zużyciu i w związku z tym muszą przechodzić regularne przeglądy i regeneracje. Kontrola narzędzi bardzo często zależy od doświadczenia poszczególnych pracowników, ręcznych notatek lub planowanych liczb z systemu ERP, które nie są dostępne dla wszystkich lub nie są dokładnie monitorowane. W wielu przypadkach przeglądy przeprowadzane są tylko wówczas, gdy produkowane elementy nie spełniają już wymaganych standardów jakości lub gdy dana forma nie jest już w stanie pracować. Powoduje to nieplanowane przestoje maszyn, które generują ogromne straty finansowe, w efekcie czego nie są akceptowalne.

S

ystem Mold-ID umożliwia śledzenie użycia form wtryskowych, zapewniając optymalny stopień ich wykorzystania. Aby zapewnić pełną identyfikowalność form, każda z nich wyposażona jest w nośnik danych RFID. Wszystkie istotne dane, takie jak numer formy, ostatni przegląd lub czas eksploatacji są na niej zapisane i można je w dowolnym momencie odczytać. Pod pojęciem Mold-ID kryje się autonomiczny system, który może zostać zaimplementowany do dowolnej maszyny, nieza-

Rys. 5. Wizualizacja za pomocą kolumny sygnalizacyjnej SmartLight

Rys. 1. System Mold-ID

leżnie od jej producenta. System na bieżąco zlicza ilość cykli pracy formy zainstalowanej na maszynie. Aby zapewnić pewną informację na temat ilości cykli, system wykorzystuje wybrane rozwiązanie z obszaru sensoryki, np. czujnik indukcyjny, który rejestruje każdy ruch formy. Informacje z czujnika są na bieżąco zapisywane na nośniku RFID, który znajduje się na formie. Zapis następuje za pośrednictwem dedykowanej głowicy RFID. Kompleksowy monitoring pracy formy wydłuża trwałość narzędzi i zapewnia ich niezawodną pracę. W każdej chwili użytkownik ma dostęp do systemu z poziomu przeglądarki internetowej lub urządzenia mobilnego, np. smartfona wyposażonego w technologię NFC, zapewniając tym samym możliwość weryfikacji aktualnego statusu formy. Dodatkowo wszystkie dane z systemu mogą być przesyłane do systemów

Rys. 2. Aplikacja zdalna XII

Rys. 4. Ręczny terminal do odczytu nośników RFID

Rys. 3. Aplikacja mobilna

nadrzędnych klasy ERP lub MES za pośrednictwem zestandaryzowanych usług sieciowych. Standardowym elementem systemu jest również kolumna sygnalizacyjna SmartLight, która pozwala na wizualizację procesu. Dzięki niej w prosty i czytelny sposób operator zostaje poinformowany o aktualnym stanie formy. Informacja jest wizualizowana za pomocą predefiniowanych kolorów, wskazując stopień aktualnego zużycia formy w odniesieniu do planowanej ilości cykli, które forma może wypracować do momentu następnego przeglądu. Eliminuje to sytuacje, w których przekraczane są dopuszczalne ilości cykli dla danych narzędzi, a tym samym jakość finalnego produktu pozostaje na niezmienionym poziomie. Mold-ID to także gwarancja wykorzystania właściwej formy oraz zwiększenie produktywności urządzeń. Problem z wykorzystaniem identycznych narzędzi zostaje całkowicie rozwiązany dzięki jednoznacznej identyfikacji form. Dzięki funkcji automatycznego dokumentowania ilości cykli prasy oraz informacji dotyczących terminowej konserwacji narzędzi, system Mold-ID przyczynia się do zwiększenia efektywności wtryskarek i narzędzi. Wpływa to pozytywnie na kluczowe wskaźniki wydajności, do których należy m.in. całkowita efektywność sprzętu (OEE).

Balluff Sp. z o.o. ul. Graniczna 21 A, 54-516 Wrocław tel. 71 382 09 00, fax 71 338 49 30 Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Ocena możliwości wdrożenia na przykładzie wybranego przedsiębiorstwa

Koncepcja przemysł 4.0 Dorota Stadnicka, Władysław Zielecki, Jarosław Sęp

Przemysł 4.0 jest nowoczesną koncepcją wprowadzającą przedsiębiorstwa w nową erę informatyzacji i robotyzacji. Koncepcja dotyczy różnych obszarów funkcjonowania organizacji, które wspomagane są inteligentnymi systemami ułatwiającymi podejmowanie decyzji i automatyzacją poprawiającą wydajność oraz jakość pracy. Idea Przemysł 4.0 jest koncepcją wyłaniającą się i istnieje wiele obaw dotyczących tego, czy stanowi ona szansę dla przedsiębiorstw, czy może jest raczej zagrożeniem. W niniejszej pracy przedstawiono założenia koncepcji Przemysł 4.0 oraz opracowano metodykę badania przygotowania przedsiębiorstwa do wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0. Zaproponowaną metodykę zastosowano w wybranym przedsiębiorstwie. Wyniki badania omówiono.

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

i Włochami (Eurostat, dane za 2014). Należy się więc spodziewać znaczącego wpływu wdrażania koncepcji Przemysł 4.0 na funkcjonowanie polskiej gospodarki, ale i przy okazji na system szkolnictwa wyższego, ponieważ nowy przemysł będzie wymagał innych kompetencji niż dotychczasowy [6, 7]. Analiza stopnia przygotowania polskiego przemysłu do wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0, zawarta w raporcie ASTOR [18], wskazuje, że tylko 15% fabryk w Polsce jest w pełni zautomatyzowanych, a 76% częściowo zautomatyzowanych. Jedynie 6% polskich przedsiębiorstw wprowadza Przemysł 4.0. O poziomie przygotowania polskich przedsiębiorstw do wdrożenia Przemysłu 4.0 świadczyć może również sposób gromadzenia informacji z produkcji. Tylko 36% badanych przedsiębiorstw zadeklarowało automatyczne pozyskiwanie danych z układów sterowania maszyn, pozostała część ręcznie wprowadza dane do systemów komputerowych lub zapisuje na papierze. Przeprowadzona analiza wskazuje, że polski przemysł nie jest przygotowany do wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0. Niezbędne są duże nakłady inwestycyjne w celu podniesienia poziomu automatyzacji systemów produkcyjnych oraz wyposażenia ich w odpowiednie systemy informatyczne. Celem niniejszej pracy jest opracowanie zestawu pytań umożliwiających ocenę poziomu przygotowania przedsiębiorstwa do wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0, którą można byłoby wykorzystać w badaniach oceniających przygotowanie organizacji do wdrożenia czwartej rewolucji przemysłowej w wybranym regionie lub branży. PREZENTACJA KONCEPCJI PRZEMYSŁ 4.0 Koncepcja określana jako Przemysł 4.0 wzięła swą nazwę od utożsamiania jej z czwartym etapem rewolucji przemysłowej [14]. Pierwsza rewolucja miała miejsce pod koniec XVIII wieku i wiązała się z wykorzystaniem energii wody, wynalezieniem silnika parowego i mechanizacją pracy. Druga rewolucja nastąpiła na początku XX wieku. Jej przejawem było wykorzystanie energii elektrycznej i wprowadzenie technik masowej produkcji. Trzecia rewolucja rozpoczęła się w latach 70. XX wieku i była efektem wprowadzenia systemów i technologii informatycznych, które umożliwiały automatyzację procesów produkcyjnych. Aktualnie wiele zbieżnych opinii wskazuje, że mamy do czynienia z czwartą rewolucją przemysłową (rys. 1). XIII

t

E

wolucja społeczno-gospodarcza ludzkości przebiega w trzech etapach określonych przez Alvina Tofflera [30] falami rozwoju cywilizacyjnego. Pierwsza fala to rewolucja agrarna związana z nabyciem umiejętności uprawy roli oraz upowszechnieniem osiadłego trybu życia. Druga fala to rewolucja przemysłowa zapoczątkowana wynalezieniem maszyny parowej, elektryczności, nowych środków transportu i masowej komunikacji oraz tworzeniem produkcji masowej. Wynalezienie komputera zainicjowało trzecią falę – rewolucję postindustrialną – związaną ze stosowaniem zautomatyzowanych maszyn i urządzeń, nieograniczonym dostępem do informacji oraz odejściem od produkcji masowej na rzecz produkcji zindywidualizowanej. Trzecia fala ewolucji społeczno-gospodarczej ludzkości traktowana jest również jako kontynuacja rewolucji przemysłowej poprzez tworzenie produkcji zautomatyzowanej opartej na elastycznych systemach produkcyjnych oraz inteligentnych fabrykach z cyber-fizycznymi systemami produkcyjnymi, w których informacje przekazywane są za pośrednictwem Internetu. Zmiany zachodzące w przemyśle w następstwie trzeciej fali określane są również mianem trzeciej oraz czwartej rewolucji przemysłowej (Przemysł 3.0 oraz Przemysł 4.0). Koncepcja Przemysł 4.0 definiowana jest w pracy [10] jako wspólne określenie dla technologii i koncepcji organizacji łańcucha wartości. W ramach modułowo zbudowanych inteligentnych fabryk (Smart Factories) systemy cyber-fizyczne monitorują procesy fizyczne, tworzą wirtualną kopię świata fizycznego i podejmują zdecentralizowane decyzje. Poprzez „Internet Rzeczy” systemy cyber-fizyczne komunikują się i kooperują ze sobą nawzajem i z ludźmi w czasie rzeczywistym. Poprzez „Internet Serwisu” oferowane są i wykorzystywane przez uczestników łańcucha wartości, wewnętrzne i międzyorganizacyjne usługi. Do tej pory opublikowano wiele prac prezentujących rozwój i założenia Przemysłu 4.0 [10, 12, 20, 33]. Krajem o największym zaawansowaniu we wdrażaniu wspomnianej koncepcji są Niemcy. Działania związane z wdrożeniem są wspierane na szczeblu rządowym, czego dowodem są wydane rekomendacje dotyczące wdrażania [11]. Stworzono nawet specjalną platformę internetową [34]. Należy się zatem spodziewać znaczącego postępu w tych działaniach w najbliższych latach. Polska znajduje się na 3 miejscu w Europie pod względem liczby osób zatrudnionych w produkcji przesyłowej za Niemcami


Efektem końcowym tej najbardziej złożonej z rewolucji przemysłowych ma być inteligentna fabryka. W takiej fabryce inteligentne sieci łączą maszyny, procesy, systemy, wyroby, klientów i dostawców. Dzięki temu możliwe będzie dalsze pogłębienie automatyzacji, ciągła optymalizacja wyrobów i procesów, gromadzenie i przetwarzanie ogromnej liczby danych w czasie rzeczywistym, prewencyjna obsługa maszyn i urządzeń, a także szybka adaptacja do zmian sytuacji rynkowej. Czwarta rewolucja przemysłowa jest możliwa dzięki rozwojowi nowych technologii. Koncepcja Przemysł 4.0 została przedstawiona po raz pierwszy w 2011 roku [10, 19]. Wskazuje się [5], że rozwiązania technologiczne, które dają możliwość urzeczywistnienia tej koncepcji to: a. Autonomiczne roboty (Autonomous Robots) [24]. b. Techniki symulacyjne i prognostyczne (Simulations) [23, 26]. c. Integracja pionowa i pozioma oprogramowania (Vertical/Horizontal Software Integration) [4]. d. Przemysłowy Internet Rzeczy (Industrial Internet of Things – IoT), bezpośrednia komunikacja pomiędzy maszynami (M2M), Internet Usług (Internet of Services) [1, 21, 38] wykorzystujące duże ilości danych (Big data and analytics) [17]. e. Innowacyjne metody zbierania i przetwarzania ogromnej ilości danych, w tym wykorzystanie potencjału działań w chmurze (Clouds) [27, 31, 32, 35]. f. Technologie addytywne (przyrostowe) (Additive Manufacturing) [22]. g. Technologie rozszerzonej rzeczywistości (Augmented Reality – AR), rzeczywistości wirtualnej (Virtual Reality – VR) [25, 29]. h. Systemy cyberfizyczne (Cyber-Phisical Systems – CPS) [2, 8, 13, 16] oraz „cyfrowe bliźniaki” (Digital Twin) [37] wykorzystujące sztuczną inteligencję (Artificial intelligence) oraz sieci neuronowe (Neural Networks) [15]. i. Cyberbezpieczeństwo (Cybersecurity) [28, 36]. j. Masowa indywidualizacja (Mass Customization) [9, 34]. Niektóre źródła literaturowe [19] jako najistotniejsze wskazują dwa elementy: Internet Rzeczy oraz systemy cyber-fizyczne. Internet Rzeczy [29] to koncepcja tworzenia identyfikowalnych przedmiotów, które za pośrednictwem systemów komunikacji mogą wymieniać ze sobą dane w celu współdziałania. Przykładami mogą być komunikacja pomiędzy maszynami technologicznymi (M2M) lub też dowolne urządzenia (np. gospodarstwa domowego), które mogą gromadzić, przetwarzać lub wymieniać informacje. Systemy cyber-fizyczne to zintegrowane systemy informacyjno-techniczne. Jednym z założeń czwartej rewolucji technicznej jest ścisłe zintegrowanie obiektów fizycznych z siecią informacyjną. Można zatem z pewnym uproszczeniem stwierdzić,

że Przemysł 4.0 to cyfryzacja infrastruktury wytwórczej sterowanej systemami cyber-fizycznymi w środowisku Internetu Rzeczy, gdzie dodatkowo następuje płynne i bezkolizyjne przenikanie się świata realnego z rzeczywistością wirtualną [29]. Systemy cyber-fizyczne integrują procesy obliczeniowe i fizyczne. Wbudowane komputery i sieci monitorują i kontrolują fizyczne procesy, zwykle ze sprzężeniem zwrotnym, gdzie procesy fizyczne oddziałują na obliczenia i odwrotnie [16]. W pracy [10] dla koncepcji Przemysł 4.0 zdefiniowano sześć zasad: współdziałanie (1), wirtualizacja (2), decentralizacja (3), ocena zdolności w czasie rzeczywistym (4), orientacja na usługi (5) i modułowość (6). Omawiana koncepcja upatrywana jest jako szansa krajów wysoko rozwiniętych, a zwłaszcza USA i Niemiec, w których występują wysokie koszty pracy. Jest to szansa na reindustrializację i poprawę konkurencyjności narodowych gospodarek. W tym kontekście jest to zagrożenie dla Polski, dla której w dalszym ciągu jednym z głównych atutów konkurencyjności są niskie koszty pracy [5]. Zatem Przemysł 4.0 powinien być przedmiotem zainteresowania polskich zakładów. Produkcja przemysłowa stanowi bowiem w Polsce 20% wartości dodanej brutto, a zatrudnienie przy niej przekracza 3 mln osób [5]. Brak bądź nieefektywne wdrożenie założeń Przemysłu 4.0 może spowodować odpływ części przemysłu z Polski, zmniejszenie konkurencyjności jej gospodarki oraz redukcję miejsc pracy. Bardzo istotnym staje się więc zagadnienie wdrażania omawianej idei w polskich realiach gospodarczych. Celem niniejszego artykułu jest analiza tego problemu na przykładzie jednego z polskich przedsiębiorstw. PYTANIA WYŁANIAJĄCE SIĘ Z ANALIZY KONCEPCJI PRZEMYSŁ 4.0 Oceniając możliwości wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0 należałoby odpowiedzieć na następujące pytania, które w niniejszym opracowaniu przypisano do określonych obszarów koncepcji Przemysł 4.0 (tabela 1). Pytania zostały opracowane na podstawie dokonanego przeglądu literatury omawiającej koncepcję Przemysł 4.0. Przedstawione pytania zostały wykorzystane w analizie obecnej sytuacji oraz możliwości wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0 w wybranym przedsiębiorstwie. WYBÓR PRZEDSIĘBIORSTWA DO BADAŃ Według (Eurostat - dane za 2014 rok) w roku 2014 pięć branż wytworzyło 52% wartości dodanej brutto w produkcji przemysło-

Rys. 1. Rewolucje przemysłowe

XIV

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Tabela 1. Pytania analizujące poziom i możliwości wdrożenia koncepcji Przemysł 4.0 w przedsiębiorstwie Obszar

Automatyzacja i robotyzacja systemu produkcyjnego. Autonomiczne roboty (Autonomous robots)

Pytania 1) Czy w przedsiębiorstwie stosowane są zautomatyzowane maszyny i urządzenia technologiczne? 2) Czy w przedsiębiorstwie stosowane są zautomatyzowane środki transportu wewnętrznego? 3) Czy przedsiębiorstwo posiada zautomatyzowany system magazynowy? 4) Czy zautomatyzowane środki technologiczne i magazynowo-transportowe są zintegrowane komputerowo? 5) Czy w przedsiębiorstwie wdrożone są roboty przemysłowe? 6) Czy w przedsiębiorstwie wdrożone są roboty autonomiczne? 7) Czy w przedsiębiorstwie stosowane są inteligentne roboty lub urządzenia autonomicznie dostosowujące się do zaplanowanej (zmiennej) produkcji? 8) Jeżeli tak, to w jakich obszarach (np. w obszarach, gdzie praca jest niebezpieczna, występują duże obciążenie statyczne lub dynamiczne pracownika, wymagana jest duża precyzja wykonania itp.)? 9) W jakim obszarze mógłby być wdrożony: - robot przemysłowy, robot autonomiczny, współpracujący z operatorem? 10) Czy w obecnej chwili przedsiębiorstwo widzi potrzebę wdrożenia - robota przemysłowego? - robota autonomicznego, współpracującego z operatorem? 11) Jakie są przeszkody we wdrożeniu robota? Obszar

Symulacje (Simulations)

Pytania 12) Czy przedsiębiorstwo wykorzystuje programy komputerowe do modelowania produktów? 13) Czy w przedsiębiorstwie wykorzystywane są symulacje procesów? 14) Jeżeli tak, to do czego wykorzystywane są symulacje? 15) Czy realizowane są symulacje przebiegu procesów wyrobów nowo wprowadzanych do produkcji? 16) Czy przedsiębiorstwo widzi potrzebę wdrożenia symulacji do procesów? 17) Czy realizowane są symulacje procesów w czasie rzeczywistym? 18) Czy przedsiębiorstwo zauważa potrzebę wykorzystywania symulacji w innych obszarach organizacji? 19) Czy przedsiębiorstwo zauważa potrzebę realizowania symulacji procesów w czasie rzeczywistym? Jeżeli tak, to do jakich procesów? 20) Co jest główną przeszkodą, że do tej pory nie było to robione? Obszar

Pozioma/pionowa integracja softwarowa (Vertical/horizontal software integration)

Pytania 21) Jakie systemy komputerowe wykorzystywane są w przedsiębiorstwie? 22) Czy te systemy są ze sobą połączone? 23) Czy dane są swobodnie przesyłane pomiędzy systemami? 24) Czy systemy te wykorzystywane są w komunikacji z dostawcami? 25) Czy dostawcy są automatycznie informowani o potrzebie realizacji dostawy (elektroniczne „karty kanban”)? 26) Czy systemy te wykorzystywane są w komunikacji z klientami? 27) Czy klienci automatycznie informują o potrzebie realizacji dostawy (elektroniczne „karty kanban”)? 28) Czy jest monitorowany strumień wartości, czy w systemie jest informacja, na jakim etapie procesu produkcyjnego znajdują się poszczególne produkty? Obszar

Przemysłowy Internet Rzeczy (Industrial Internet of Things) Internet Usług (Internet of Services)

Pytania 29) Czy w procesie stosowane są czujniki zbierające informacje, które są następnie dostępne w systemie, jak np.: - informacje o aktualnym stanie maszyny (wyłączona, włączona i pracuje, włączona i nie pracuje, w awarii itd.)? - informacje o aktualnym miejscu przebywania produktów (np. układy RFID wbudowane w komponenty)? - systemy czujników i programy dokonujące automatycznej oceny wyrobów (zgodne, niezgodne) i generujące odpowiednie postępowanie z wyrobem? - informacje o stanie maszyny (hałas, wibracje, temperatura płynów obróbkowych itd.) 30) Czy organizacje serwisujące maszyny w przedsiębiorstwie prowadzą ich monitorowanie „on line” i faktyczny stan maszyn jest podstawą do podejmowania działań serwisowych? 31) Czy zauważa się potrzebę wprowadzenia czujników do procesów, wyrobów, maszyn? 32) W których obszarach warto byłoby wdrożyć czujniki do zbierania na bieżąco danych z procesów? 33) Czy w logistyce wewnętrznej stosowane są elektroniczne „karty kanban”, czyli czy magazyn informowany jest o konieczności realizacji dostawy „Just in Time” na stanowiska pracy? Obszar

Cyberbezpieczeństwo (Cybersecurity)

Pytania 34) Czy stosuje się specjalne zabezpieczenia danych zgromadzonych w bazach danych i systemy przed cyberatakami? 35) Czy przedsiębiorstwo uznaje cyberataki za realne zagrożenie? 36) Czy na bieżąco tworzone są kopie danych? 37) Czy problem zabezpieczeń rozwiązywany jest wewnętrznie w przedsiębiorstwie, czy korzysta się ze wsparcia firmy zewnętrznej? 38) Czy wykorzystywane są jedynie standardowe zabezpieczenia (oprogramowanie antywirusowe, oprogramowanie antyszpiegowskie itp.)? Obszar

Chmura (Cloud)

Pytania 39) Czy przedsiębiorstwo korzysta z oprogramowania opartego na chmurze? 40) Jeżeli tak, to czy wynika to z faktu, że: - licencja posiadanego oprogramowania wymaga korzystania z chmury? - przedsiębiorstwo musi gromadzić duże zbiory danych? - zbierane dane wykorzystywane są przez inne organizacje (np. firmę serwisującą urządzenia) do realizacji zawartych umów? - jest potrzeba swobodnego korzystania z zabezpieczonych danych poza siedzibą firmy? Obszar

Zastosowanie technologii przyrostowych (Additive manufacturing)

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

t

Pytania 41) Czy w przedsiębiorstwie stosuje się technologie przyrostowe: - do budowania prototypów wyrobów? - do wytarzania wyrobów? - w innym celu? 42) Czy przedsiębiorstwo widzi potrzebę zastosowania technologii przyrostowych? 43) Jeżeli tak, to w jakim celu? XV


Obszar

Rzeczywistość rozszerzona (Augmented reality)

Pytania 44) Czy w przedsiębiorstwie stosowana jest rzeczywistość rozszerzona (np. okulary wyświetlające instrukcje nałożone na obserwowany przedmiot) np. do: - wspierania pracy operatorów? - poszukiwania materiałów w magazynie? - realizacji napraw urządzeń? - realizacji szkoleń wirtualnych? - w innych zastosowaniach? 45) Czy przedsiębiorstwo widzi potrzebę stosowania rzeczywistości rozszerzonej? 46) Jeżeli tak, to w jakich zastosowaniach? Obszar

Duże zbiory danych i analityka (Big data and analytics)

Pytania 47) Czy dane z realizowanych procesów są na bieżąco gromadzone w bazach danych? 48) Jeżeli tak, to czy są to: - dane dotyczące jakości produkcji (np. karty kontrolne)? - dane dotyczące funkcjonowania maszyn (np. poziom wibracji)? - inne? 49) Czy dane te wykorzystywane są do podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym, np., czy: - sygnał z karty kontrolnej jest powodem do zatrzymania produkcji? - sygnał z monitorowania wibracji jest powodem do przeglądu maszyny? - są wykorzystywane w innych sytuacjach? 50) Czy w przedsiębiorstwie są systemy, które same podejmują decyzje o tym, jakie działania należy wykonać w sytuacji pojawienia się określonego sygnału? 51) Czy zauważacie potrzebę stosowania tego rodzaju rozwiązań? 52) Jeżeli tak, to do jakich zastosowań? Obszar

„Cyfrowy bliźniak” (Digital Twin)

Pytania 53) Czy w przedsiębiorstwie istnieje „cyfrowy bliźniak” realizowanych procesów pozwalający na bieżące porównywanie procesu z modelem referencyjnym oraz: - sygnalizujący jakie zmiany należy wprowadzić? - automatycznie wprowadzający zmiany w celu adiustacji procesu? 54) Jeżeli tak, to jakich procesów to dotyczy? 55) Czy zauważacie potrzebę wdrożenia takiego rozwiązania? 56) Jeżeli tak, to do jakich procesów? Obszar

Masowa indywidualizacja (Mass Customization)

Pytania 57) Czy wytwarzane wyroby posiadają budowę modułową? 58) Czy w przedsiębiorstwie stosowana jest masowa indywidualizacja? 59) Jeżeli tak, to czy jest ona wspomagana automatyką? Obszar

Sztuczna inteligencja (Artificial intelligence) Sieci neuronowe (Neural networks)

Pytania 60) Czy w przedsiębiorstwie wykorzystywane są systemy sztucznej inteligencji uczące się na podstawie zaistniałych sytuacji (historycznych) i wspomagające podejmowanie decyzji, gdy podobna sytuacja pojawia się ponownie? 61) Czy zauważa się potrzebę stosowania sztucznej inteligencji? 62) Jeżeli tak, to do jakich zastosowań?

wej w Polsce i są to: produkcja żywności, napojów i wyrobów tytoniowych (1), przetwarzanie wyrobów metalowych (2), produkcja pojazdów silnikowych (3), produkcja wyrobów z gumy i tworzyw sztucznych (4) oraz produkcja mebli (5). W tych branżach zatrudniano 51% pracowników pracujących łącznie w produkcji przemysłowej. Udział kosztów osobowych w kosztach produkcji ogółem był największy w branży wyrobów metalowych oraz w branży meblowej. Prognozuje się dodatkowo, na podstawie wywiadów z ekspertami przeprowadzonych przez US Bureau of Labor Statistics, Industrial Federation of Robotics [5], że w 2023 r. w USA koszt roboczogodziny w produkcji mebli wyrówna się z kosztem maszynogodziny. Wynika z tego, że branża meblowa, między innymi, zostanie objęta w pierwszej kolejności koncepcją Przemysł 4.0. Te uwarunkowania powodują, że z punktu widzenia Polski, jest ona jedną z najbardziej zagrożonych wyprowadzaniem produkcji poza kraj i utratą miejsc pracy. Istotny może być również fakt, że w 2013 r. zarejestrowanych było 14 865 firm w branży meblowej (Rocznik statystyczny przemysłu. Roczniki branżowe. GUS, Warszawa 2014), a w 2014 r. już 15 321 (Rocznik statystyczny przemysłu. Roczniki branżowe. GUS, Warszawa 2015), czyli 456 firm więcej. Dlatego też należy zwrócić uwagę na możliwość jak najszybszego wprowadzania rozwiązań wskazywanych jako istotne z punktu widzenia koncepcji Przemysł 4.0 do branży meblowej. W związku z powyższym w ramach niniejszej pracy zdecydowano się na przeprowadzenie badania w wybranym przedsiębiorstwie produkcyjnym z branży meblowej. Dodatkowo podjęto XVI

decyzję o wyborze średniego przedsiębiorstwa, ponieważ, jak wynika z danych GUS (Rocznik statystyczny przemysłu. Roczniki branżowe. GUS, Warszawa 2015) małe i średnie przedsiębiorstwa stanowią największy odsetek firm funkcjonujących w branży meblowej, a średnie przedsiębiorstwa mają większe realne szanse na wdrożenie koncepcji Przemysł 4.0. Do badań wybrano więc średniej wielkości przedsiębiorstwo funkcjonujące w branży meblowej na terenie województwa podkarpackiego. Przeprowadzono wywiad z przedstawicielem kierownictwa, wykorzystując pytania przedstawione w tab. 1. DYSKUSJA I OCENA MOŻLIWOŚCI WDROŻENIA KONCEPCJI PRZEMYSŁ 4.0 W PRZEDSIĘBIORSTWIE Analizowana firma zajmuje się produkcją mebli oraz frontów meblowych. Jest średniej wielkości przedsiębiorstwem, posiadającym jednakże swoje rynki zbytu na całym świecie. Obecnie w przedsiębiorstwie nie jest wdrożony ani robot przemysłowy, ani tym bardziej robot autonomiczny, czego głównym powodem jest brak środków finansowych wymaganych do zakupu i utrzymania robota. Niemniej jednak organizacja zauważa potrzebę wdrożenia robotów w kilku obszarach. Robot mógłby realizować proces nakładania kleju, dzięki czemu możliwa byłaby poprawa warunków pracy pracowników, którzy obecnie nakładają klej. Dodatkowo wdrożenie robota pozwoliłoby na poprawę jakości procesu nakładania kleju, ponieważ warstwa kleju byłaby dokładnie taka, jaka jest wymagana. Wprowadzenie robotyzacji w tym obszarze jest o tyle skomplikowane, Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

jedynie przeprowadzane testy stanu maszyny, aby ocenić poprawność jej pracy i zapewnić jakość procesu. Przedsiębiorstwo stosuje standardowe zabezpieczenia swoich systemów i danych, codziennie wykonywana jest kopia danych. W historii firmy dwukrotnie odnotowano ataki hackerskie, w tym jeden z nich realnie utrudnił pracę w okresie kilku dni. Organizacja wykorzystuje chmurę do kontaktów z klientami. Korzystanie z chmury wynika również z faktu, że pracownicy przebywający poza siedzibą firmy mają potrzebę swobodnego korzystania z zabezpieczonych wybranych danych. W przedsiębiorstwie nie widzi się potrzeby korzystania z technologii przyrostowych. Stosowanie rzeczywistości wirtualnej przydałoby się do wspomagania pracy operatorów w procesie montażu, do poszukiwania materiałów w magazynie, w procesie kompletowania wyrobów dla klientów, do realizacji szkoleń wirtualnych dla pracowników, przedstawicieli handlowych oraz sprzedawców. Obecnie stosowane są ekrany, na których wyświetlane są w czasie rzeczywistym informacje dla pracowników o sposobie wykonania pracy. W przedsiębiorstwie na bieżąco gromadzone są dane oraz realizowane jest realne zarządzanie wiedzą. Zgromadzone dane wykorzystywane są do realizacji bieżącej działalności, jak np. doświadczenia z poprzednich projektów wykorzystywane są do przygotowywania nowych projektów. W przedsiębiorstwie realizowana jest masowa indywidualizacja, aczkolwiek odnosi się ona tylko do 3 produktów. WNIOSKI Koncepcja Przemysł 4.0 bardzo intensywnie rozwija się i coraz więcej jej elementów jest wdrażanych do praktyki przemysłowej krajów wysoko rozwiniętych o wysokich kosztach pracy. Stanowi to strategiczne wyzwanie dla polskich przedsiębiorstw, których przewaga konkurencyjna bazuje w dużej mierze na niskich kosztach pracy. Na podstawie przeprowadzonej analizy uzyskanych informacji można stwierdzić, że w badanej organizacji znane są sposoby zastosowania koncepcji Przemysł 4.0 oraz dostrzegana jest potrzeba wdrażania jej elementów. Przedsiębiorstwo wydaje się być przygotowane do wdrażania omawianej koncepcji. Osobnym pytaniem pozostaje to o infrastrukturę info- i telekomunikacyjną kraju. Podstawową barierą utrudniającą szersze i systematyczne wdrażanie składowych koncepcji Przemysł 4.0 jest brak środków finansowych. Prowadzone badanie jednostkowe nie daje wprawdzie podstaw do uogólnień, ale wydaje się, że może to być problem dotyczący szerokiego spektrum polskich podmiotów gospodarczych. Bez efektywnego pozyskiwania zewnętrznych źródeł finansowania krajowe firmy mogą nie poradzić sobie z wdrażaniem koncepcji Przemysł 4.0. LITERATURA [1] L. Atzori, A. Iera, G. Morabito: The Internet of Things: A survey. Computer Networks. 54(15), 28 October 2010, s. 2787–2805. [2] B. Bagheri, S. Yang, H-A. Kao, J. Lee: Cyber-physical Systems Architecture for Self-Aware Machines in Industry 4.0 Environment. IFAC-PapersOnLine 48(3), 2015, 1622–1627. [3] Plattform Industrie 4.0. www.plattform-i40.de [4] J. Davis, T. Edgar, J. Porter, J. Bernaden, M. Sarli: Smart manufacturing, manufacturing intelligence and demand-dynamic performance. Computers & Chemical Engineering, 47, 20 December 2012, s. 145–156. XVII

t

że w pierwszej kolejności robot musiałby rozpoznać kształt, a następnie ustalić, gdzie i ile kleju należy nałożyć. Wynika to z faktu, że w przedsiębiorstwie realizowana jest produkcja jednostkowa, a rozłożenie kleju na powierzchni wyrobu nie jest równomierne. Innym obszarem, w którym zauważono możliwość wdrożenia robota (robotów) jest sortowanie elementów pomiędzy kolejnymi operacjami produkcyjnymi, jak również po zakończeniu procesu produkcyjnego, przygotowując wyroby w procesie kompletacji do pakowania dla poszczególnych klientów. Tutaj wymagane byłoby od robota rozpoznawanie formatu, kształtu, koloru itd. A na końcu ustalenie, do jakiego klienta wyroby mają być wysłane. W przedsiębiorstwie jest również pomysł zastosowania automatyzacji w procesie kompletowania paczek, które są pobierane z trzech magazynów, z regałów wysokiego składowania i ich pobieranie przez pracowników wymaga dużo czasu, ponieważ jednorazowo tylko jedna paczka może zostać pobrana z powodu jej umiejscowienia, wielkości oraz wagi. Automatyczny system lub robot autonomiczny mógłby wspierać operatora w pobieraniu paczek z magazynu. Gdyby przeszkody finansowe zostały pokonane nie byłoby problemu z pracownikami, którzy są otwarci na wdrażanie nowości, szczególnie wtedy, jeżeli przyczyniają się one do poprawy ich warunków pracy. W przedsiębiorstwie stosowane są różne programy komputerowe do projektowania i modelowania produktów, jak również procesów (np. Inventor, Bsolid, Woodwop). Symulacje komputerowe realizowane są dla procesów, aby oszacować czas ich realizacji oraz zauważyć ewentualne problemy, które mogą się pojawić w trakcie obróbki. Symulacje pozwalają również na obliczenie kosztów, poprzez szacowanie zużycia materiału, w tym ilości powstających odpadów. W zakładzie istnieje 80 000 norm czasowych wykorzystywanych w procesach symulacji. Symulacje realizowane są w oparciu o dane gromadzone w programie Microsoft Access. Ponadto, symulacje realizowane są również na potrzeby oceny obciążenia pracowników pracą. Dodatkowo zauważa się potrzebę wdrożenia symulacji do śledzenia ścieżki krytycznej. Nie ma natomiast realizowanych symulacji procesów w czasie rzeczywistym, chociaż przedsiębiorstwo zauważa taką potrzebę. Organizacja prowadzi taką politykę rozwoju oprogramowania, która pozwala na jego integrację oraz przepływ albo łatwe przenoszenie danych. Nie jest jednakże realizowany swobodny przepływ danych. W przedsiębiorstwie stosowany jest dedykowany program zbudowany na Microsoft Acces, do którego zaprojektowane są różnego rodzaju nakładki ułatwiające analizę danych i tworzenie statystyk. Jednakże proces planowania realizowany jest ręcznie przez planistę, a następnie jest robiona jego optymalizacja. Materiały zamawiane są głównie drogą mailową, chociaż organizacja ma wgląd w stany magazynowe niektórych dostawców. Sprzedaż jest realizowana internetowo, chociaż nie tylko. W przedsiębiorstwie wykorzystywane jest również oprogramowanie do optymalizacji rozkroju, jednakże nie jest ono zintegrowane z pozostałymi systemami. W przedsiębiorstwie prowadzona jest diagnostyka „on line” realizowana przez firmy serwisujące w odniesieniu do wybranych maszyn, ale tylko na podstawie zgłoszenia problemów. Nie jest na bieżąco monitorowany stan maszyn, chociaż przedsiębiorstwo zauważa taką potrzebę. Jedna maszyna stanowi wyjątek, ponieważ zaopatrzona jest w system oceny zużycia narzędzia. Organizacja zauważa również potrzebę wdrożenia bieżącego monitorowania procesów produkcyjnych, a w szczególności procesu krytycznego. W odniesieniu do tego procesu okresowo są


[5] J. Dmowski, M. Jędrzejewski, J. Libucha, M. Owerczuk, N. Suffczyńska-Hałabuz, K. Pławik, M. Iwasieczko, I. Kowalska: Przemysł 4.0 PL. Szansa czy zagrożenie dla rozwoju innowacyjnej gospodarki? The Boston Consulting Group, czerwiec 2016. [6] B. Dworschak, H. Zaiser: Competences for cyber-physical systems in manufacturing – first findings and scenarios. Procedia CIRP 25, 2014, str. 345–350. [7] C. Fallera, D. Feldmüllera: Industry 4.0 Learning Factory for regional SMEs. Procedia CIRP 32, 2015, str. 88–91. [8] M. Garetti, L. Fumagalli, E. Negri: Role of ontologies for CPS implementation in manufacturing. Management and Production Engineering Review. 6(4), December 2015, str. 26–32. [9] H. Gaub: Customization of mass-produced parts by combining injection molding and additive manufacturing with Industry 4.0 technologies. Reinforced Plastics, 60(6), str. 401–404, November/December 2016. [10] M. Hermann, T. Pentek, B. Otto: Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios: A Literature Review. Working Paper No. 01/2015. Dostępne na: http://www.thiagobranquinho.com/ wp-content/uploads/2016/11/Design-Principles-for-Industrie-4_ 0-Scenarios.pdf. Data dostępu: 2017-01-08. [11] H. Kagermann, W. Wahlster, J. Helbig: Securing the future of German manufacturing industry. Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0. Final report of the Industrie 4.0 Working Group. 2013. [12] H.S. Kang, J.Y. Lee, S.S. Choi, H. Kim, J.H. Park, J.Y. Son, B.H. Kim, S.D. Noh: Smart Manufacturing: Past Research, Present Findings, and Future Directions. International Journal Of Precision Engineering And Manufacturing-Green Technology. 3(1), 2016, str. 111–128. [13] D. Kolberg, D. Zühlke: Lean Automation enabled by Industry 4.0 Technologies. IFAC-PapersOnLine 48-3 (2015), str. 1870– 1875. [14] R. Kopp: „Przemysł 4.0” i jego wpływ na przemysł kuźniczy. Obróbka Plastyczna Metali Vol. XXV, Nr 1 (2014), str. 75–85. [15] P. Kozik, J. Sęp: Aircraft Engine Overhaul Demand Forecasting using ANN, Management and Production Engineering Review, 3(2), June 2012, str. 21–26. [16] E.A. Lee: Cyber Physical Systems: Design Challenges. 11th IEEE Symposium on Object Oriented Real-Time Distributed Computing (ISORC), 2008, 363–369. [17] J. Lee, H-A. Kao, S. Yang: Service innovation and smart analytics for Industry 4.0 and big data environment. Procedia CIRP 16, 2014, str. 3–8. [18] Przemysł 4.0. Rewolucja już tu jest. Co o niej wiesz? Raport ASTOR WHITEPAPER. Dostęp 05.01.2017, http://www.astor. com.pl/images/Industry_4-0_Przemysl_4-0/ASTOR_przemysl4_ whitepaper.pdf [19] J. Qin, Y. Liu, R. Grosvenor: A Categorical Framework of Manufacturing for Industry 4.0 and Beyond. Procedia CIRP 52, 2016, str. 173–178. [20] A. Radziwon, A. Bilberg, M. Bogers, E. Skov Madsen: The Smart Factory: Exploring Adaptive and Flexible Manufacturing Solutions. Procedia Engineering 69, 2014, str. 1184–1190. [21] Raport: Internet rzeczy w Polsce. Dostępne na: http://iab. org.pl/wp-content/uploads /2015/09/Raport-Internet-Rzeczy-w-Polsce.pdf. Data dostępu: 2017-01-08. [22] J. Sęp, G. Budzik: Możliwości aplikacyjne technologii Rapid Manufacturing w przemyśle lotniczym. Mechanik, 12, 2015, str. 169–172. [23] D. Stadnicka, D. Antonelli, J. Bruno: Work sequence analysis and computer simulations of value flow and workers’ XVIII

relocations: a case study. 10th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering - CIRP ICME ‚16. 2022 July 2016, Ischia, Italy. [24] D. Stadnicka, D. Antonelli: Discussion on lean approach implementation in a collaborative man-robot workstation. Sixth International Conference on Business Sustainability 2016 „Management, Technology and Learning for Individuals, Organisations and Society in Turbulent Environment”. November 16-18, 2016. Póvoa de Varzim, Portugal. [25] D. Stadnicka, D. Antonelli: Implementation of augmented reality in welding processes. Technologia i Automatyzacja Montażu, 4, 2014, pstr. 56-60. [26] D. Stadnicka, D. Antonelli: Application of Value Stream Mapping and Possibilities of Manufacturing Processes Simulations in Automotive Industry. FME Transactions (2015) 43, 279-286. [27] S. Subashini, V. Kavitha: A survey on security issues in service delivery models of cloud computing. Journal of Network and Computer Applications, 34 (1), January 2011, str. 1–11. [28] D. Sun, G. Chang, L. Sun, X. Wang: Surveying and Analyzing Security, Privacy and Trust Issues in Cloud Computing Environments. Procedia Engineering, 15, 2011, str. 2852–2856. [29] P. Szulewski: Koncepcje automatyki przemysłowej w środowisku Industry 4.0. Mechanik, nr 7/2016, str. 574-578. [30] A. Toffler: Trzecia fala. PIW, Warszawa 1997. [31] O.F. Valilai, M. Houshmand: A collaborative and integrated platform to support distributed manufacturing system using a service-oriented approach based on cloud computing paradigm. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 29(1), February 2013, str. 110–127. [32] X.V. Wang, X.W. Xu: An interoperable solution for Cloud manufacturing. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 29(4), August 2013, str. 232–247. [33] J. Webster, R.T. Watson: Analyzing the past to prepare for the future: writing a literature review. MIS Quarterly, 26(2), str. xiii-xxiii/June 2002. [34] S. Weyer, M. Schmitt, M. Ohmer, D. Goreck: Towards Industry 4.0 - Standardization as the crucial challenge for highly modular, multi-vendor production systems. IFAC-PapersOnLine 48(3), 2015, str. 579–584. [35] X. Xu: From cloud computing to cloud manufacturing. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 28(1), February 2012, str. 75–86. [36] D. Zissis, D. Lekkas: Addressing cloud computing security issues. Future Generation Computer Systems, 28(3), March 2012, str. 583–592. [37] R. Żmijewski: Elementy koncepcji „Industrie 4.0”w praktyce. Systemowe modelowanie produktu w wirtualnym przedsiębiorstwie. Siemens Industry Software. Warszawa, 21.10.2014. [38] D. Zuehlkea: SmartFactory – Towards a factory-of-things. Annual Reviews in Control, 34(1), April 2010, str. 129–138. Artykuł był zamieszczony w: „Innowacje w zarządzaniu i inżynierii produkcji” pod red. Ryszarda Knosali. Wydawca: Polskie Towarzystwo Zarządzania Produkcją. Opole 2017, str. 472-483.

dr inż. Dorota Stadnicka dr hab. inż. Władysław Zielecki, prof. PRz. prof. dr hab. inż. Jarosław Sęp Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechnika Rzeszowska Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów tel./fax 17 865 1452, 865 1184 Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

XVII


Nowoczesne systemy wspomagające pracę inżyniera Wojciech Żyłka, Marta Żyłka

W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące technologicznych baz danych. Omówiono budowę i zastosowanie systemów CAD/CAM.

W

dzisiejszych czasach duże znaczenie w technologii kształtowania elementów maszyn odgrywają precyzja wykonania, czas i koszt. Dzieje się tak w wyniku tendencji do skracania serii, wprowadzania różnorodności wyrobów, konieczności elastycznego wytwarzania. W produkcji przemysłowej stale dąży się do zwiększania produktywności oraz precyzyjności kształtowanych wyrobów. Duże znaczenie w tym procesie mają rozwiązania lepsze i tańsze w stosunku do konkurencji. W procesie wytwarzania wybór odpowiedniego narzędzia oraz parametrów skrawania zasadniczo wpływa na szybkość oraz dokładność wykonywanych części. Dużego znaczenia nabiera szybki, optymalny dobór wcześniej wspomnianych czynników oraz elastyczne zarządzanie gospodarką narzędziową. Istotną rzeczą jest szybki płynny przepływ informacji, co skutkuje skróceniem czasu przygotowania produkcji. Mając odpowiednie oprogramowanie połączone z technologiczną bazą danych zakładu można szybko i skutecznie zarządzać gospodarką narzędziową przedsiębiorstwa.

TECHNOLOGICZNE BAZY DANYCH Technologiczna baza danych (Technologic database – TechDB) – jest zbiorem danych istniejących w okresie czasu, zorganizowanych w określonej strukturze przez system zarządzania bazą danych (SZDB, DBMS – Database Management System), zawierających informacje związane z działalnością danej firmy, czy dziedzin, jakimi dana jednostka się zajmuje. Jako że wiedza technologiczna jest w pewien sposób usystematyzowana w postaci wielu zestawień (narzędzia, maszyny, operacje, materiały), wymaga ona prawdziwej, dobrze przygotowanej technologicznej bazy danych. Przy jej wyborze uwzględnić należy wiele czynników. Jednym z nich jest właściwy dobór z odpowiednimi stopniami dostępu, umożliwiający ingerencję na określonym poziomie bezpieczeństwa dla zgromadzonych informacji. Technologiczne bazy danych muszą zapewniać bezpieczne przechowywanie informacji, chroniąc gromadzone dane przed niepowołanym dostępem oraz uszkodzeniem. Umożliwiają one szybki wgląd do zebranych informacji, pozwalają modelować, dokonywać obliczeń oraz analiz modelu 3D, programować obróbkę i tworzyć dokumentację z przeprowadzonych działań. Pozwalają również na szybki wgląd do gromadzonych informacji, wykorzystują zawarte parametry do zadanych obliczeń, niejednokrotnie porównując otrzymane wyniki z wartościami wzorcowymi [3]. Typy współczesnych baz danych to m.in.: produkcyjne bazy danych, bazy danych wspomagające decyzje, informacyjne bazy XX

danych, hurtownie danych (składnice danych), internetowe bazy danych [5]. BUDOWA SYSTEMÓW CAD/CAM Do rozwoju systemów CAD/CAM przyczynił się m.in. rozwój konstrukcji obrabiarek, układów sterowania oraz konstrukcji narzędzi. Ze względu na liczbę istniejących wdrożeń systemów CAD/ CAM w firmach przemysłowych oraz uczelniach i szkołach technicznych, trudno nie zauważyć ich znaczenia w projektowaniu elementów maszyn. Systemy CAD/CAM umożliwiają szybki wgląd w zebrane informacje, pozwalają modelować, dokonywać obliczeń oraz analiz modelu 3D, programować obróbkę i tworzyć dokumentację z przeprowadzonych działań. Zapewniają powtarzalność, jakość, szybkość realizacji zamówień, niezawodność, wzrost konkurencyjności oraz skrócenie czasu życia wyrobów. Wykorzystują zawarte parametry do zadanych obliczeń, niejednokrotnie porównując otrzymane wyniki z wartościami wzorcowymi. Systemy CAD/CAM charakteryzują się również elastycznością, hierarchicznym systemem sterowania oraz automatyzmem generowania programów obróbki [2]. Systemem nazywamy zespół środków materialnych, organizacyjnych i programów przetwarzania informacji zgromadzonych w celu pozyskiwania, transmisji i przetwarzania danych oraz ich prezentacji i archiwizacji. System jest wyposażony w komputer ogólnego przeznaczenia lub w wyspecjalizowany sterownik mikroprocesorowy, którego zadaniem jest sterowanie przepływem informacji w systemie, przetwarzanie danych, a niekiedy też ich archiwizacja. Komputer lub sterownik mikroprocesorowy pełnią funkcję kontrolera systemu, czyli urządzenia zarządzającego systemem. Systemy zintegrowane łączą ze sobą moduły komputerowego wspomagania projektowania oraz produkcji określane skrótami CAD i CAM. Systemy te tworzą nazwę CIM (Computer Integrated Manufacturing), czyli wytwarzanie zintegrowane komputerowo. Systemem CAD/CAM można zatem nazwać metodę

Rys. 1. Budowa systemów CAD/CAM Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


ZASTOSOWANIE SYSTEMÓW CAD/CAM Systemy CAD/CAM w dużej mierze wspomagają określone etapy procesu produkcyjnego m.in.: l wspomaganie projektowania: koncepcja, szkice, obliczenia, konstrukcja; l projektowanie procesów: proces wytwarzania, system produkcyjny, produkcja; l wytwarzanie: obróbka, montaż, kontrola jakości. Poszczególne etapy wspomagania procesu produkcyjnego oznacza się pokazanymi na rys. 5 skrótami: CAD – Komputerowe Wspomaganie Projektowania, CAM – Komputerowe Wspomaganie Wytwarzania, CAE – Komputerowe Wspomaganie Obliczeń, CAP – Komputerowe Wspomaganie Planowania odnoszące się do aspektów: l analiza asortymentu produkcji; l analiza dostępności środków produkcji; l rodzaj użytych środków produkcji; l planowanie przepływów materiałowych; l analiza pracochłonności i zapotrzebowania na środki produkcji; l analiza i planowanie zapotrzebowania na pracowników; l określanie procedur w sytuacjach awaryjnych; l określanie wydajności w poszczególnych grupach asortymentowych; l ustalanie priorytetów produkcyjnych; • ustalanie ogólnych terminów realizacji zleceń produkcyjnych; l analiza wskaźników ekonomicznych; l symulacja systemów produkcyjnych. CAPP – Komputerowe Wspomaganie Projektowania Procesów. Wspomagają projektowanie procesu wytwarzania i technicznego Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

Rys. 2. Wybrane programy CAD składające się z jądra ACIS

Rys. 3. Aplikacje powstałe na bazie jądra Parasolid

Rys. 4. Najważniejsze możliwości i funkcje jadra PARASOLID

Rys. 5. Najważniejsze skróty komputerowego wspomagania poszczególnych etapów produkcji

przygotowania produkcji (TPP), obejmują określenia: materiał wejściowy; normy zapotrzebowania materiałowego, obrabiarek; narzędzi; przebiegu procesu wytwarzania (plan procesu). PPC – Projektowanie i Sterowanie Produkcją. Obejmuje: opracowywanie zleceń produkcyjnych; planowanie obciążenia stanoXXI

t

realizacji procesu produkcyjnego, który uwzględnia komputerowe wspomaganie określonych etapów procesu. Wymaga on wprowadzenia zmian organizacyjnych oraz technicznych, aby dostatecznie zostały wykorzystane zalety rozwiązań informatycznych [1]. Podstawową częścią systemów CAD/CAM jest jądro systemu operacyjnego (Kernel). Jądro zawiera procedury tworzące, modyfikujące i przetwarzające dane projektowe. Sprzężone z obrazem graficznym i układem poleceń tworzy program CAD. Jądro ACIS jest zestawem procedur napisanych w języku C++ (język programowania ogólnego przeznaczenia zorientowanych obiektowo). Zawiera 35 bibliotek DLL (Dynamic-Link Library, biblioteka łączona dynamicznie w środowisku Windows, która przechowuje implementacje różnych funkcji programu) i integruje modelowanie krawędziowe, powierzchniowe i bryłowe w topologii powielonej oraz niepowielonej. Jądro ACIS charakteryzuje wiele istotnych funkcji i możliwości. Najważniejsze z nich to: komórkowa topologia, zasadniczy rendering, obracanie profilem, operacje Boole’a, prześwit, regiony, ścianki, lista operacji, historia i przewijanie, przecięcia, odsunięcia, modyfikowanie powierzchni, wykorzystanie splajnów, zarządzanie częściami, grupowanie elementów, stałe ID, profilowanie, połączenia – standardowe i zaawansowane ścinanie oraz zaokrąglanie połączeń powierzchni i brył. Jądro Parasolid posiada postać biblioteki ponad 600 obiektowo zorientowanych procedur, dedykowanych modelowaniu w systemach CAD/CAM/CAE i specjalistycznych aplikacjach. Stanowi podstawową część większości znanych systemów CAD/ CAM. Najważniejsze możliwości i funkcje jadra PARASOLID pokazano na rysunku 4.


wisk pracy; planowanie zapotrzebowania materiałowego; planowanie terminów wykonania; planowanie kosztów; określanie zapotrzebowania zasobów produkcyjnych; sterowanie procesami transportu itp. W ramach systemów PPC najbardziej rozwinęły się: ERP – planowanie i zarządzanie finansami przedsiębiorstwa. MRP I – systemy planowania zapotrzebowania materiałowego, MRP II – planowanie zapotrzebowania na zasoby przedsiębiorstwa, CAQ -– Komputerowe Wspomaganie Zarządzania Jakością, CAA – Komputerowe wspomaganie montażu.

LITERATURA [1] J. Bis, R. Markiewicz: (2008), Komputerowe wspomaganie projektowania CAD. Podstawy. Warszawa. [2] E. Chlebus: (2000), Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji. WNT Warszawa. [3] K. Kubik, W. Żyłka: 2010. Aplikacja gospodarki narzędziowej dla NX. [w:] Przegląd Mechaniczny 3. [4] K. Marciniak, B. Putz, J. Wojciechowski: (1988): Obróbka powierzchni krzywoliniowych na frezarkach sterowanych numerycznie. PWN Warszawa. [5] T. Pankowski: (1992), Podstawy baz danych. WNT Warszawa.

WNIOSKI Współczesne technologiczne bazy danych są bezcennym narzędziem przemysłu. Pozwalają na zbieranie, przetwarzanie i analizę informacji. Zaliczamy do nich głównie informacje o wykorzystywanych maszynach i narzędziach, strategie obróbcze oraz prędkości i posuwy. Dzięki wykorzystaniu komputera i odpowiedniego oprogramowania wspomagającego pracę projektanta, nieustannie dąży się do zminimalizowania czasów technologicznych i zoptymalizowania elementów procesu projektowo-produkcyjnego. Programy CAD stały się jednym z elementów systemu wdrażania do produkcji nowego wyrobu. Bardzo ważną rolę w przygotowaniu produkcji odgrywają obecnie programy CAM. Stanowią one element przygotowania produkcji na współczesnych obrabiarkach sterowanych numerycznie.

dr n. tech, tech. farm. Wojciech Żyłka Uniwersytet Rzeszowski Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Katedra Mechatroniki i Automatyki mgr inż. Marta Żyłka Politechnika Rzeszowska Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki i Mechaniki Płynów

INFORMACJA

P R A S O WA

Skriware prezentuje nową, intuicyjną drukarkę 3D

S

kriware, polsko-szwedzki startup rozwijający ekosystem druku 3D do użytku domowego i edukacji, zaprezentował swoje najnowsze urządzenie podczas jednej z największych na świecie imprez technologicznych – dubajskiego Gitex Technology Week 2017. Nowy model drukarki będzie nawiązywał do szwedzkiego designu pierwszego, sfinansowanego na Kickstarterze urządzenia, umożliwiając prostszy, bardziej wydajny sposób drukowania 3D oraz intuicyjne zarządzanie projektami użytkowników. – Wierzymy, że drukarki 3D wkrótce staną się powszechnie dostępnym sprzętem, obecnym w niemal każdym gospodarstwie domowym – tak jak kiedyś stało się to z komputerami, telefonami komórkowymi czy tradycyjnymi drukarkami. Naszym celem jest działanie na rzecz przyspieszenia tego procesu i umożliwienie wszystkim użytkownikom, niezależnie od ich wieku czy wcześniejszych doświadczeń, rozpoczęcia korzystania z technologii 3D – mówi Karol Górnowicz, CEO Skriware. DRUK 3D JESZCZE BARDZIEJ DOSTĘPNY Skriware 2 jest intuicyjną drukarką 3D typu Plug’n’Play, z przyjaznym dla użytkownika interfejsem. Sprzęt z łatwością może być używany przez każdego - niezależnie od wieku czy umiejętności, spełniając oczekiwania zarówno początkujących, jak i zaawansowanych użytkowników. Skriware 2 posiada znacznie większą przestrzeń roboczą niż pierwszy model, a także podwójny ekstruder umożliwiający jednoczesne drukowanie w różnych kolorach i materiałach. Drukarka wyposażona też jest w kolorowy ekran dotykowy z intuicyjnym i prostym w obsłudze interfejsem. 7-calowy wyświetlacz zapew-

XXII

nia bezpośredni dostęp do wirtualnej biblioteki modeli 3D, w tym prototypów robotów, oraz pozwala na przygotowanie dowolnego projektu bez konieczności korzystania z dodatkowego oprogramowania na oddzielnym urządzeniu. – Skriware 2 sprawia, że proces drukowania 3D staje się prostszy i bardziej intuicyjny niż kiedykolwiek. Nowa drukarka, będąca jednym z flagowych produktów naszego ekosystemu, pozwala użytkownikom swobodnie przekraczać granice własnej wyobraźni, a w połączeniu z gamą naszych produktów edukacyjnych – tworzyć spersonalizowane roboty, pomagać w nauce programowania czy odkrywać tajniki sztuki designu – podsumowuje Górnowicz. Źródło: Skriware www.plastech.pl Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Kierunki rozwoju robotyki w aspekcie projektowania współczesnych systemów produkcyjnych

Kierunki rozwoju robotyki Łukasz Sobaszek, Arkadiusz Gola, Antoni Świć

Globalna konkurencja i jednoczesny rozwój techniki i technologii stawiają przed przedsiębiorstwami wyzwania, których efektem jest konieczność zmiany podejścia do projektowania i eksploatacji systemów produkcyjnych. W miejsce klasycznych systemów wytwórczych pojawiają się systemy charakteryzujące się wysokim poziomem elastyczności, automatyzacji, a także możliwością rekonfiguracji. Jednym z elementów mających kluczowy wpływ na kierunki rozwoju systemów wytwórczych było pojawienie się robotyzacji i zastosowanie robotów przemysłowych dla potrzeb realizacji procesów transportowych i/lub manipulacyjnych w sferze produkcji. Rozwój robotyki stał się tym samym wyznacznikiem rozwoju współczesnych systemów produkcyjnych. Celem niniejszego artykułu jest ukazanie prawdopodobnych kierunków rozwoju robotyki przemysłowej z punktu widzenia aktualnych wymagań i trendów w procesie projektowania systemów produkcyjnych.

Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

dują zastosowanie w wielu obszarach systemów produkcyjnych, realizując nie tylko operacje pomocnicze, ale wiele różnorodnych operacji technologicznych. Obecnie powszechne staje się zastosowanie robotów do takich czynności jak [7]: l spawanie – jest coraz częściej implementowanym rozwiązaniem; główną zaletą są doskonałe parametry spawania osiągane dzięki precyzji, szybkości oraz powtarzalności robotów spawających, l malowanie oraz lakierowanie – zastosowanie robotów w procesach tego typu podyktowane jest głównie szkodliwymi warunkami pracy; dodatkową korzyścią jest wysoka jakość malowanych powierzchni, a także wzrost wydajności, l klejenie oraz dystrybucja czynników – robot pozwala na bardzo dokładne rozprowadzenie czynnika zarówno po prostych, jak i skomplikowanych krzywiznach, l wykonywanie procesów pomocniczych – zastosowanie robota w procesach czyszczenia, polerowania czy szlifowania. Mimo zmieniających się trendów roboty wciąż są pomocne w procesach sortowania (określanego też angielskim mianem „pick & place”) montowania czy paletyzacji. Wszechstronność i zalety z zastosowania robotów w procesach wytwórczych zmieniają paradygmaty i kryteria projektowania systemów produkcyjnych, które obecnie bardzo często traktują roboty jako podstawowy element projektowanego systemu [8]. W konsekwencji tworzy się więc sprzężenie zwrotne określające trendy w rozwoju robotyki przemysłowej i projektowaniu systemów wytwórczych (rys. 1). W niniejszym artykule, na bazie aktualnych wymagań i trendów w rozwoju systemów produkcyjnych, podjęto próbę wskazania możliwych kierunków rozwoju w obszarze robotyki przemysłowej. W szczególności skupiono się na zagadnieniach związanych z wirtualnym projektowaniem zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych, autonomiczności robotów i możliwości ich współpracy z człowiekiem, a także możliwości wykorzystania robotów w obróbce mechanicznej. GENEZA I ROZWÓJ ROBOTYKI PRZEMYSŁOWEJ Słowo „robot” jest dość młodym stwierdzeniem, gdyż pojawiło się w początkach XX wieku. Początkowo „robotami” określano XXIII

t

W

spółczesny rynek niewątpliwie można określić mianem silnie konkurencyjnego. Głównym kryterium celu produkcji stają się czas i koszt. Przedsiębiorstwa, chcąc zaspokoić potrzeby konsumentów, muszą sprawnie realizować procesy produkcyjne przy jednoczesnym zapewnieniu minimalnych kosztów wytwarzania. Wymagania te stymulują nieustanny rozwój oraz usprawnianie procesów, jak też zmianę podejścia do projektowania systemów produkcyjnych [1–3]. Obok postępującej globalizacji i zwiększonej presji konkurencyjnej ze strony rynku kluczowym elementem mającym wpływ na kierunki rozwoju systemów produkcyjnych stał się niespotykany dotąd postęp w technice i technologii – zarówno na poziomie maszyn technologicznych, urządzeń realizujących operacje pomocnicze, jak też systemów komunikacji i sterowania systemami wytwórczymi. Przełomowym momentem mającym wpływ na kierunek rozwoju systemów produkcyjnych było pojawienie się robotów przemysłowych, które dziś znajdują zastosowanie nie tylko w wielkich koncernach, ale coraz częściej także w małych i średnich przedsiębiorstwach produkcyjnych [4]. O rosnącym znaczeniu robotyki, decydują korzyści z jej wdrożenia i zastosowania w procesach przemysłowych, przejawiające się m.in. w [5]: l szybkości działania – robot potrafi pracować szybciej od człowieka, a przy tym nie potrzebuje czasu na przerwy, l precyzji i powtarzalności – współczesne roboty osiągają dokładność sięgającą nawet do tysięcznych części milimetra, a powtarzalność pozycji może wynosić ± 0,02 mm, l niezawodności – szacunkowy czas niezawodnej pracy robota to kilka lat, l zwiększeniu wydajności – co jest wynikiem szybkości pracy robota oraz wydłużeniu czasu pracy (praca bez przerw), l możliwości pracy w trudnych warunkach – roboty do prac specjalnych mogą pracować bezpiecznie w warunkach szkodliwych dla człowieka (wysoka temperatura, duże ciężary, wysokie zapylenie, hałas, środki chemiczne). Do niedawna roboty w systemach produkcyjnych rozumiane były tylko i wyłącznie jako urządzenia manipulacyjne [6]. Fakt ten powodował, iż wykorzystywane były w nielicznych podsystemach i pełniły funkcje typowo transportowe. Współcześnie roboty znaj-


sztuczne istoty będące imitacją człowieka, które charakteryzowały się dużym zdyscyplinowaniem oraz efektywnością pracy. Pierwsze próby budowania robotów polegały zatem na konstruowaniu robotów człekokształtnych. Nie miały one jednak żadnego zastosowania przemysłowego [6]. Z upływem lat słowo „robot” zmieniło jednak swoje znaczenie. Obecnie tym mianem określa się automatyczne maszyny realizujące czynności normalnie wykonywane przez człowieka. Pierwsze zastosowanie robotów w przemyśle dotyczyło zastępowania człowieka na stanowiskach uciążliwych i w szkodliwych warunkach pracy. Implementacja robotów w przemyśle została zainicjowana przez postęp w dziedzinie obrabiarek sterowanych numerycznie. Rozwój układów napędowych, pomiarowych oraz sterujących umożliwił konstruowanie pierwszych maszyn manipulacyjnych z programowanym sterowaniem [6]. Pierwsze roboty pojawiły się w amerykańskim przemyśle samochodowym, lecz były to zaledwie jednostkowe wdrożenia. Dopiero w 1967 r. po raz pierwszy w historii sprzedano 48 sztuk robotów. Rok później rozpoczęto produkcję robotów w Japonii oraz Europie. Od tego czasu zarówno liczba zainstalowanych robotów, jak i ich sprzedaż wykazują tendencję wzrostową [6, 9]. W najnowszym raporcie Międzynarodowej Federacji Robotyki zostały zaprezentowane dane dotyczące najbardziej zrobotyzowanych przemysłów na świecie (wyrażone w liczbie robotów przypadających na jednego pracownika przemysłu). Z opublikowanych danych wynika, iż najbardziej zrobotyzowany przemysł posiada Korea Południowa (478 maszyn na pracownika), następna jest Japonia (314 maszyn na pracownika), a kolejne są Niemcy (292 maszyny na pracownika). Średnia światowa wynosiła 66 robotów na pracownika (rys. 2) [10]. Zwiększenie zjawiska robotyzacji produkcji przekłada się także na wzrost sprzedaży robotów. Analizując wykres dotyczący sprzedaży robotów przemysłowych w latach 2004–2014 (rys. 3), należy przyznać, że o ile w latach 2005-2008 utrzymywała się ona na stałym poziomie, to po roku 2010 wciąż wzrasta [9]. Według najnowszych danych międzynarodowej Federacji Robotyki w roku 2015 nastąpił wzrost sprzedaży robotów przemysłowych o 8% [10]. W przeciągu najbliższych lat prognozuje się dalszy rozwój sprzedaży robotów przemysłowych. Duży wzrost notuje się w państwach, gdzie robotyzacja jest zjawiskiem bardzo popularnym (Chiny, Korea Południowa), ale także w krajach Afryki, gdzie w roku 2013 zanotowano wzrost liczby sprzedanych robotów o 80% w stosunku do roku poprzedniego (700 robotów). Dla przykładu w Europie wzrost ten wyniósł 5% (43 tys. robotów), a w USA – 8% (30 tys. robotów). Zakupione roboty znajdują zastosowanie głównie w branży motoryzacyjnej, elektrycznej oraz przetwórstwa metali [9]. Wzrost liczby sprzedawanych, a także wdrażanych robotów stymuluje ciągły rozwój w dziedzinie zastosowania robotów w systemach produkcyjnych. Konsekwencją jest pojawianie się nowych trendów w obszarze projektowania systemów produkcyjnych. AKTUALNE WYMAGANIA I KIERUNKI ROZWOJU SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH Ewolucja systemów wytwarzania wynika z potrzeby dostosowywania się do aktualnych i przewidywanych warunków rynkowych oraz ze zmian w technice i technologii wytwarzania, wspieranych gwałtownym rozwojem komputeryzacji, robotyzacji i automatyzacji procesów [11]. W przeszłości, systemy produkcyjne były projektowane pod kątem funkcjonowania w stabilnym środowisku. W dzisiejszych dynamicznych warunkach systemy muszą XXIV

Rys. 1. Sprzężenie zwrotne w pętli postępu technicznego

mieć możliwość produkcji zmiennego asortymentu w zróżnicowanych ilościowo partiach wyrobu [12]. Tym samym wydaje się konieczne tworzenie systemów produkcyjnych bazujących na rozwiązaniach technicznych i organizacyjnych, zapewniających wysoką efektywność funkcjonowania przedsiębiorstwa przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich wymogów związanych z oczekiwaniami rynku [13]. W związku z powyższym, czynnikami o kluczowym znaczeniu, wyznaczającymi kierunek rozwoju systemów produkcyjnych stały się elastyczność, automatyzacja i integracja (rys. 1). W konsekwencji powstałe przesłanki ekonomiczne, organizacyjne i psychologiczno-społeczne, jak również szybki postęp w zakresie technologii wytwarzania i technik komputerowych doprowadziły do szerokiego zastosowania w przemyśle obrabiarek sterowanych numerycznie, robotów przemysłowych oraz komputerowych systemów sterowania produkcją. Stało się to fundamentem dla rozwoju zautomatyzowanych i zrobotyzowanych systemów wytwórczych charakteryzujących się wysokim poziomem elastyczności, automatyzacji integracji [14]. Przedstawicielami najnowszych rozwiązań w zakresie systemów produkcyjnych są elastyczne systemy produkcyjne (ESP), rekonfigurowalne systemy produkcyjne (RSP), systemy produkcyjne o sparametryzowanym poziomie elastyczności (DESP), a także sieciowe systemy wytwarzania oparte na zewnętrznej kooperacji (NMS) – rys. 4. Elastyczne systemy produkcyjne (ESP) to systemy, w których nastąpiło połączenie sterowanych numerycznie obrabiarek CNC

Rys. 2. Liczba robotów przypadających na jednego pracownika w poszczególnych państwach [10]

Rys. 3. Sprzedaż robotów przemysłowych w latach 2004–2014 [9] Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


zintegrowanych przez zautomatyzowany transport i magazynowanie oraz wspólne sterowanie komputerowe. ESP w swej konfiguracji muszą zawierać maszyny i urządzenia produkcyjne (CNC), urządzenia transportowe: roboty przemysłowe, wózki kierowane automatycznie (AGV), transportery, przenośniki, suwnice, magazyny: centralne (AS/RS), lokalne, bufory międzyoperacyjne, sieć nadzorujących komputerów i mikroprocesorów. Są one przeznaczone do produkcji realizowanej w partiach, w obrębie wyrobów podobnych technologicznie [11]. Rekonfigurowalny system wytwarzania (RSP) to system zaprojektowany pod kątem możliwości szybkiego dostosowania funkcjonalności i posiadanych zdolności do zadań wynikających ze zmiennego zapotrzebowania rynku przez zmianę struktury systemu zarówno w sferze urządzeń, jak i oprogramowania [2]. Rekonfiguracja oznacza w praktyce gotowość do dodania czy wyodrębnienia z istniejącej struktury, usunięcia lub wymiany: jednego bądź kilku elementów w strukturze systemu, ewentualnie zmiany ich powiązań. Istotą rekonfigurowalnych systemów wytwarzania jest połączenie dedykowanych i elastycznych systemów produkcyjnych z jednoczesnym ukierunkowaniem na: maksymalne skrócenie czasu uruchomienia produkcji nowego wyrobu w systemie, minimalizację kosztów związanych z projektowaniem systemu dostosowanego do produkcji nowego wyrobu oraz eliminowanie Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

kosztów związanych z nadmiernym poziomem elastyczności systemu [2, 3, 14]. Dedykowane elastyczne systemy produkcyjne (DESP) to system zbliżony do elastycznego systemu produkcyjnego. Podstawową różnicą pomiędzy ESP a DESP jest zakładany poziom elastyczności i długość cyklu życia obydwu systemów. O ile w przypadku elastycznych systemów produkcyjnych ESP założeniem jest, aby system zapewniał maksymalny możliwy poziom elastyczności wytwarzania – w przypadku DESP mówi się o zdefiniowanej w oparciu o prognozy ograniczonym poziomie elastyczności systemu. W konsekwencji dedykowane elastyczne systemy produkcyjne z jednej strony charakteryzują się znacząco niższym kosztem projektowania – z drugiej jednak krótszym cyklem życia systemu [1, 14]. Sieciowe systemy wytwarzania (NMS) tworzone są z podstawowych elementów (obiektów) połączonych ze sobą tzw. siecią zależności. Sieciowe systemy wytwarzania to nowa kategoria systemów bazująca na tzw. układach sieciowych, charakteryzująca się maksymalną elastycznością struktury celowo projektowanej na tzw. granicy spójności systemu [11]. Szczegółowa analiza założeń przedstawionych powyżej systemów produkcyjnych pozwala stwierdzić, iż roboty przemysłowe stanowią w nich ważną (często wręcz kluczową rolę). Rozwój robotyki pozostaje więc integralnym wyznacznikiem ich rozwoju. XXV

t

Rys. 4. Determinanty rozwoju nowoczesnych systemów produkcyjnych [3]


Rys. 5. Podział systemów produkcji i wytwarzania [11]

NOWE WYZWANIA I TRENDY W ROBOTYZACJI PROCESÓW PRODUKCYJNYCH Współcześnie zaobserwować można znaczący wzrost wdrożeń robotów przemysłowych w procesach produkcyjnych. Fakt ten determinuje głównie wzrost świadomości odnośnie korzyści ze stosowania robotów, ale także szerokie możliwości implementacji robotów. Coraz częściej także w obszarze ich stosowania pojawiają się liczne nowe trendy. Poniżej zaprezentowano kilka przykładów aktualnych rozwiązań, które wpisują się w koncepcję rozwoju współczesnych systemów produkcyjnych. Wirtualne projektowanie zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych Przedsiębiorstwo produkcyjne rozpatrujące budowę zrobotyzowanego stanowiska produkcyjnego jako główne kryterium wdrożenia najczęściej stawia koszt inwestycji. Podstawą implementacji takiego rozwiązania są informacje dotyczące opłacalności wdrożenia oraz czasu, w jakim nastąpi zwrot poniesionych kosztów [15]. Kolejnym z rozpatrywanych aspektów jest także odpowiednie wykorzystanie dostępnej przestrzeni produkcyjnej. Niezbędna jest zatem dokładna analiza przyszłych warunków pracy robota. Może się bowiem okazać, iż dostępna przestrzeń jest niewystarczalna, a robot będzie wchodził w kolizję ze znajdującymi się w pobliżu maszynami technologicznymi, elementami linii transportowej bądź innym wyposażeniem hali produkcyjnej [5]. Dlatego też coraz częściej dużym zainteresowaniem cieszy się zagadnienie wirtualnego projektowania zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych [16, 17]. Wykorzystanie dostępnego oprogramowania pozwala na uzyskanie informacji na wiele pytań już na etapie projektowania zrobotyzowanego stanowiska produkcyjnego. Obecnie istnieje szereg programów komputerowych pozwalających na symulację pracy robota w dowolnym gnieździe produkcyjnym. Oprogramowanie tego typu służy głównie do programowania off-line oraz symulacji pracy robota w zdefiniowanym środowisku. Większość popularnych środowisk symulacyjnych jest wydawanych przez firmy produkujące roboty (rys. 5). Do najpopularniejszych programów należy zaliczyć: RoboStudio (ABB), KUKA.Sim Pro (KUKA), MotoSIM EG-VRC (Yaskawa), RoboGuide (FANUC) czy K-ROSET (Kawasaki) [18]. Większość z wymienionych środowisk charakteryzuje się podobną budową i zbliżonymi możliwościami – dostępna jest szeroka gama modeli robotów, chwytaków oraz elementów skłaXXVI

dowych środowiska pracy (m.in. barier, linii transportowych, obrabiarek, elementów roboczych). Możliwe jest także korzystanie z wirtualnego kontrolera robota oraz zaprogramowanie robota w trybie off-line. Programy tego typu pozwalają także na przeprowadzenie wielu analiz – wykrywanie kolizji, szacowanie czasu pracy, dokonywanie pomiarów odległości i wiele innych (rys. 6). Zastosowanie tej klasy oprogramowania z łatwością pozwala oszacować koszty pracy robota, znaleźć optymalne zagospodarowanie przestrzeni roboczej, czy rozpatrywać alternatywne rozmieszczenie elementów składowych systemu wytwórczego. Niewątpliwą zaletą tego typu rozwiązań jest także możliwość łatwego zaimplementowania opracowanego modelu w rzeczywistym, zrobotyzowanym gnieździe produkcyjnym. Aspekt współpracy robotów przemysłowych Pojęcie „współpracy” w odniesieniu do robotów przemysłowych zazwyczaj rozumiane jest jako wymiana informacji pomiędzy poszczególnymi maszynami w zrobotyzowanym gnieździe wytwórczym. Niemniej jednak współcześnie wyróżnić można inne kluczowe obszary współpracy robotów przemysłowych [19]: 1. Współpraca pomiędzy robotami, która występuje zazwyczaj w zrobotyzowanych gniazdach wytwórczych – niezbędne jest wówczas zapewnienie odpowiedniej komunikacji, która realizowana jest przez typowe, przemysłowe protokoły komunikacyjne (PROFIBUS, Interbus S, MODBUS) [20] bądź poprzez

Rys. 6. Przykład zrobotyzowanego stanowiska – zautomatyzowane gratowanie [18] Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


obsługę robotów za pomocą wspólnego kontrolera [21]. W obszarze tym można także umieścić komunikację pomiędzy urządzeniami gniazda produkcyjnego pracy robotów – stołami pozycjonującymi, obrabiarkami CNC, czy maszynami dedykowanymi dla konkretnych procesów (np. owijarkami do palet). 2. Komunikacja robota z urządzeniami peryferyjnymi może być także rozpatrywana w aspekcie współpracy. Różnego rodzaju czujniki, czy specjalne oprzyrządowanie wymaga niejednokrotnie komunikacji z robotem. Ponadto elementy chwytne robota (mechaniczne, pneumatyczne czy elektryczne) sterowane są za pomocą kontrolera robota, a zatem także wymagają odpowiedniej komunikacji [20]. 3. Kooperacja z człowiekiem, która stanowi najnowszy kierunek w rozwoju robotyki. Coraz częściej w procesie integracji robota ze środowiskiem produkcyjnym zmniejsza się ilość barier bezpieczeństwa, zastępując je czujnikami wbudowanymi w roboty, systemami wizyjnymi oraz odpowiednim oprogramowaniem. Ponadto niektóre roboty można programować metodą uczenia przez demonstrację, co znacznie przyspiesza i ułatwia ich programowanie. Roboty tworzone z myślą o współpracy z człowiekiem często są mniejsze gabarytowo od typowych robotów przemysłowych. Ich kompaktowa wielkość pozwala na przenoszenie robota pomiędzy fragmentami linii produkcyjnej. Istnieje wiele gotowych rozwiązań proponowanych przez licznych producentów robotów. Przykładem mogą tu być roboty: ABB’s YuMi, Baxter czy UR3 Universal Robots. Jednak roboty współpracujące z człowiekiem mają też wady, jak na przykład mniejsza maksymalna prędkość ruchów (podyktowana kwestiami bezpieczeństwa). Dlatego też coraz częściej analizowane są możliwości adaptacji typowo przemysłowych robotów do pracy z ludźmi [19]. Przykładem mogą tu być procesy produkcyjne realizowane w fabrykach Audi, gdzie coraz częściej roboty pracują „ramię w ramię” z ludźmi (rys. 7). Takie rozwiązanie w znaczący sposób usprawnia realizowane procesy, a także ułatwia pracę ludzi oraz poprawia jej ergonomię na stanowiskach produkcyjnych. Autonomiczność robotów Kolejnym silnie widocznym trendem doskonale wpisującym się w nowoczesne systemy produkcyjne jest zwiększanie autonomiczności robotów przemysłowych. Zazwyczaj dotyczy ona robotów mobilnych, ale coraz częściej obejmuje także zrobotyzowane linie produkcyjne posiadające zdolność samoprzezbrajania. Doskonałym przykładem w pełni autonomicznego robota jest „Ray”, będący kluczowym elementem bezzałogowego systemu Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017

Rys. 8. Współpraca robota z człowiekiem w fabryce Audi [22]

Rys. 9. Bezzałogowy zrobotyzowany system transportowy w fabryce Audi [23]

t

Rys. 7. Moduł wykonywania pomiarów w wirtualnym środowisku robota

transportowego w dziale logistyki firmy Audi (rys. 8). Zadaniem robotów tego typu jest transport gotowych samochodów do tymczasowego miejsca magazynowania oraz szeregowania ich według określonego kryterium. Roboty „Ray” znajdują się obecnie w fazie testów, jednak wstępne wyniki badań wskazują na to, iż zastosowanie tego typu rozwiązań może w znaczący sposób wpłynąć na wydajność procesów produkcyjnych, a także poprawić ergonomię pracy [22]. Przykładów zastosowania autonomicznych robotów mobilnych można mnożyć. Warto chociażby wspomnieć o fabrykach koncernu Volkswagen, gdzie coraz częściej roboty mobilne odpowiedzialne są za transport narzędzi czy podzespołów, a także centrach dystrybucyjnych firmy Amazon, gdzie roboty wspomagają procesy transportu i sortowania towarów. Aspekt zastosowania autonomicznych robotów mobilnych wpisuje się także w trend współpracy robotów z człowiekiem, gdyż niejednokrotnie sprawne wykorzystanie tego typu rozwiązań jest związane z koniecznością usunięcia barier bezpieczeństwa i pracy robotów w bliskim kontakcie z ludźmi. Wykorzystanie robotów w obróbce mechanicznej Jeszcze do niedawna wykorzystanie robotów w procesach produkcyjnych ograniczało się do czynności transportowych oraz manipulacyjnych. Idea zastosowania robota dotyczyła bardziej wspomagania procesów, aniżeli ich realizacji. Rozwój technologii oraz technik konstruowania robotów sprawił jednak, iż roboty znajdują także zastosowanie nie tylko jako wsparcie, ale także jako główne narzędzie w realizacji procesów technologicznych. Współcześnie roboty przemysłowe stosowane są także jako urządzenia realizujące procesy pomocnicze, ale także prowadzące zasadniczą obróbkę mechaniczną. Ostatnimi czasy znacząco wzrosła liczba rozwiązań wykorzystania robotów (wyposażonych w odpowiednie oprzyrządowanie) w procesach obróbczych, w których zastosowanie obrabiarek CNC jest niemożliwe ze względu na zaawansowane kształty bądź duże gabaryty obra-

XXVII


bianych przedmiotów. Przykładem może tu być wykorzystanie robotów marki KUKA w produkcji wielogabarytowych rur z tworzyw sztucznych [24]. Robot wyposażony jest w specjalny moduł frezujący wraz z magazynkiem narzędzi, który posiada także specjalne oprogramowanie umożliwiające łatwą konfigurację oraz obsługę narzędzia frezującego. Umiejscowienie narzędzia na ramieniu robota pozwala realizować proces produkcyjny w dogodny i elastyczny sposób, przez co tego typu rozwiązania znajdują także zastosowanie w produkcji jednostkowej. Doskonałym przykładem mogą być tu meble o złożonych kształtach, produkowane na specjalne zamówienie. Zastosowanie robota w postaci narzędzia obróbczego niewątpliwie w znaczny sposób zwiększa możliwości oraz elastyczność systemu wytwórczego. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE Ciągle zmieniające się warunki otoczenia przedsiębiorstw przemysłowych nakładają na nie konieczność ciągłego poszukiwania rozwiązań umożliwiających elastyczną i wysokowydajną produkcję przy jednoznacznym zapewnieniu minimalnych kosztów wytwarzania. Z drugiej strony ciągle pojawiają się nowe rozwiązania technologiczne umożliwiające produkcję zgodną z ww. założeniami. W konsekwencji zmieniają się również paradygmaty projektowania systemów produkcyjnych – coraz częściej opartych na rozwiązaniach o wysokim poziomie automatyzacji procesów podstawowych i pomocniczych. Zjawiskiem mającym niewątpliwie kluczowy wpływ na rozwój systemów wytwarzania było pojawienie się robotów przemysłowych, które w znaczący sposób zmieniły podejście do zagadnień organizacji i sterowania produkcją w systemach wytwórczych. Co więcej, robotyka, stając się jedną z najszybciej rozwijających się branż (zarówno w sensie ekonomicznym, jak również technicznym), spowodowała pojawienie się wielu nowych koncepcji i rozwiązań, które z jednej strony wykorzystywały dostępne rozwiązania z zakresu robotyki, z drugiej jednak stawiały kolejne wyzwania dla rozwoju robotyki. Obserwując aktualne trendy na rynku można stwierdzić, iż robotyka będzie w najbliższym czasie jednym z kluczowych czynników mających wpływ na rozwój systemów wytwarzania. Obserwowane i zilustrowane trendy w rozwoju robotyki w połączeniu z rozwojem maszyn i urządzeń technologicznych, a także systemów sterowania elementami systemów wytwórczych pozwalają prognozować, iż kolejne lata mogą spowodować, iż obraz systemów produkcyjnych (i rola człowieka w procesie wytwarzania) ulegną znaczącej zmianie. LITERATURA [1] W. Terkaj, T. Tolio, A. Valente: Designing Manufacturing Flexibility in Dynamic Production Contexts [in:] Tolio T. (ed.): Design of Flexible Production Systems. Springer, 2009, pp. 1-18. [2] Y. Koren, M. Shpitalni: Design of reconfigurable manufacturing systems. Journal of Manufacturing Systems, Vol. 29, 2010, pp. 130-141. [3] A. Gola: Procesy produkcji w zautomatyzowanych systemach produkcyjnych (ZSP) [w:] Szatkowki K. (red.): Nowoczesne zarządzanie produkcją. Ujęcie procesowe, PWN, Warszawa 2014. [4] J. Kulik, Ł. Wojtczak: Światowe trendy robotyki a wyzwania technologiczne polskich MSP. Pomiary, automatyka i robotyka, nr 4/2015, s. 79-86. [5] Ł. Sobaszek, A. Gola, J. Varga: Virtual designing of robotic workstations. Applied Mechanics and Materials, Vol. 844, 2016, pp. 31-37. [6] J. Honczarenko: Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie. WNT, Warszawa 2004. XXVIII

[7] http://www.astor.com.pl/produkty/zastosowania/robotyzacja/zastosowania.html [dostęp: 09.01.2017]. [8] D. Skrzypczyński, A. Gola: Ekonomiczne aspekty doboru robotów przemysłowych dla elastycznych systemów produkcyjnych [w:] Krzysztofek A., Zarządzanie i Marketing, AT Wydawnictwo, Kraków 2014, s. 263-272. [9] M. Hajduk, L. Koukolova: Trends in Industrial and Service Robot Application. Applied Mechanics and Materials, Vol. 844, 2015, pp. 31-37. [10] International Federation of Robotics (IFR): World Robotics Report 2016. [11] M. Dudek: Szczupłe systemy wytwarzania. Wyd. Difin, Warszawa 2016. [12] M. Fertsch, N. Pawlak, A. Stachowiak: Współczesne systemy produkcyjne. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2011. [13] A. Gola: Economic Aspects of Manufacturing Systems Design. Actual Problems of Economics, No. 6 (156) 2014, pp. 205-212. [14] A. Gola, A. Świć: Directions of Manufacturing Systems’ Evolution from the Flexiblity Level Point of View, [w:] R.Knosala (ed.) Innovations in Management and Production Engineering, Oficyna Wyd. Polskiego Towarzystwa Zarządzania Produkcją, Opole 2012, s. 226-238. [15] A. Kampa A.: Analiza wydajności pracy ręcznej i pracy robota przemysłowego na przykładzie symulacji komputerowej stanowiska pracy hydraulicznej [w:] Janczarek M., Lipski J. (red.): Projektowanie i sterowanie procesami, Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 2013. [16] T. Tolio, M. Sacco, W. Terkaj, M. Urgo: Virtual Factory: An Integrated Framework for Manufacturing Systems Design and Analysis, Procedia CIRP, Vol. 7, pp. 25-30. [17] D. Plinta: Optimization Methods in Modeling and Simulation of Production Systems. Applied Computer Science, Vol. 5, No. 1, 2009, pp. 5-18. [18] D. Kumičáková, A. Rengevič: Automation of Manufacturing Technologies with Utilisation of Industrial Robots, Applied Computer Science, Vol. 11, No. 3, 2015, pp. 5–18. [19] Ł. Sobaszek, A. Gola: Perspective and methods of human-industrial robots cooperation, Applied Mechanics and Materials, Vol. 791, 2015, pp. 178-183. [20] W. Kaczmarek: Elementy robotyki przemysłowej, WAT, Warszawa 2008. [21] J. Semjon, V. Baláž, M. Vagaš: Project multirobotic systems with KUKA robots in cooperation with VW Slovakia, in: L. Koukolová, A. Świć (Eds.), Robotics and manufacturing systems, Lublin, 2014, pp. 33-38. [22] http://autorud.pl/audiblog/w-fabryce-audi-roboty-transportuja-samochody, [dostęp: 10.01.2016] [23] http://technowinki.onet.pl/motoryzacja/proces-produkcyjny-audi-wspierany-przez-roboty/6qksv, [dostęp: 10.01.2016] [24] http://www.riex.de/automatisierung/roboterfraesanlage, [dostęp: 10.01.2016]. Artykuł został zamieszczony w publikacji pt. „Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji”, Wydawca: Polskie Towarzystwo Zarządzania Produkcją, pod redakcją Ryszarda Knosala, s.460-471.

mgr inż. Łukasz Sobaszek dr inż. Arkadiusz Gola prof. dr hab. inż. Antoni Świć Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych Politechnika Lubelska ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Dodatek „Automatyka i Oprogramowania” . Nr 2/2017


Tworzywa Sztuczne w Przemysle 6/2017  
Tworzywa Sztuczne w Przemysle 6/2017  
Advertisement