Zakład Przetwórstwa i Recyklingu Tworzyw

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

mgr inż. Artur Kościuszko

 

WYTWARZANIE I CHARAKTERYSTYKA WIELOWARSTWOWYCH KOMPOZYTÓW POLPROPYLENOWYCH Z NAPEŁNIACZEM DREWNOPOCHODNYM

Praca doktorska realizowana przez mgr inż. Artura Kościuszko pod opieką:

 prof. dr hab. inż. Tomasza Sterzyńskiego

 

CEL PRACY, PROBLEM BADAWCZY

Prezentowany projekt badawczy obejmuje zagadnienia związane z modyfikacją i przetwórstwem tworzyw polimerowych. Rozwiązania wykorzystywane w prowadzonych badaniach oparte są na teoretycznych podstawach wytwarzania polimerowych materiałów konstrukcyjnych (kompozytów polimerowo-drzewnych - WPC i kompozytów jednopolimerowych- SPC). Głównym celem pracy doktorskiej jest opracowanie wytycznych do technologii wytwarzania przyjaznych dla środowiska, wielowarstwowych materiałów inżynierskich, których struktura będzie hybrydą kompozytu polimerowo-drzewnego i jednopolimerowego. Wielowarstwowe kompozyty polipropylenowe z napełniaczem drewnopochodnym charakteryzują się korzystniejszymi właściwościami mechanicznymi w porównaniu do tradycyjnych kompozytów polimerowo-drzewnych. Dodatkową ich zaletą jest łatwy recykling po zakończonym okresie użytkowania. Wyzwaniem przy produkcji kompozytów jednopolimerowych jest wąskie okno przetwórcze. Wynika to z niewielkiej różnicy między temperaturą topnienia fazy krystalicznej wzmocnienia oraz osnowy. Ten sam problem jest obecny podczas wytwarzaniu wielowarstwowych kompozytów, stąd konieczność doboru odpowiednich narzędzi procesu produkcyjnego i kontroli parametrów przetwórstwa.

METODOLOGIA BADAŃ

W pracy badawczej wykorzystywanych jest szereg metod przetwórstwa tworzyw polimerowych i technik pomiarowych służących do oceny struktury i właściwości wytwarzanych kompozytów. Ujednorodnienie polimerowej osnowy z napełniaczem drewnopochodnym odbywa się przy użyciu techniki wytłaczania. Z uzyskanego granulatu kompozytu polipropylenowo-drzewnego w procesie prasowania wytwarzane są arkusze stosowane do produkcji kompozytów wielowarstwowych. Kompozyty jednopolimerowe wytwarzane są w wyniku procesu "hot compaction" (selektywne topnienie podczas procesu prasowania) z arkuszy tkaniny polipropylenowej. Podobna metoda stosowana jest do produkcji kompozytów wielowarstwowych. Metoda różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) pozwala na wyznaczenie temperaturowego okna przetwórstwa zarówno SPC, jak i kompozytów wielowarstwowych. Struktura kompozytów oceniana będzie na podstawie fotografii uzyskanych przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Istotnym etapem prac badawczych prowadzącym do określenia właściwości użytkowych tego typu materiałów są miedzy innymi badania ciężaru właściwego przy użyciu piknometru helowego oraz ocena właściwości mechanicznych (twardości, udarności, wytrzymałości na zginanie i rozciąganie).

WSKAZANIE ZAPISU /ÓW RSI WKP, W KTÓRE WPISUJE SIĘ PRACA

Województwo kujawsko-pomorskie jest jednym z największych w kraju skupiskiem podmiotów gospodarczych prosperujących w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych. Szereg z nich we wrześniu 2006 roku nawiązało ze sobą współprace w ramach Bydgoskiego Klastra Przemysłowego. Jednym z jego członków jest także jedyna w województwie uczelnia techniczna, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy. Stanowi on solidne zaplecze naukowo-badawcze dla firm zajmujących się szeroko rozumianym przetwórstwem tworzyw polimerowych. Jednym z głównych celów działalności Bydgoskiego Klastra Przemysłowego jest wypromowanie regionu Pomorza i Kujaw jako jeden z wiodących w Europie w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych oraz produkcji narzędzi i form. Badania naukowe prowadzone w Zakładzie Technologii Polimerów i Zakładzie Przetwórstwa i Recyklingu Tworzyw w ramach pracy doktorskiej o tytule "Wytwarzanie i charakterystyka wielowarstwowych kompozytów polipropylenowych z napełniaczem drewnopochodnym" wyraźnie wpisują się w wytyczne Regionalnej Strategii Innowacyjności Województwa Kujawsko-Pomorskiego do 2015 roku, która wskazuje konieczność ścisłej współpracy sektora MSP z instytucjami naukowo-badawczymi, a także wykreowanie branż oraz innowacyjnych marek identyfikowanych z regionem (rozdział 6, punkt 1.3 RSI WKP). Ponadto tematyka prowadzonych badan mieści się w obszarze wiedzy o polimerach, czyli dziedziny wymienionej w rozdziale 6, punkcie 2.1 RSI WKP jako istotnej dla rozwoju naszego regionu. Regionalna Strategia Innowacyjności Województwa Kujawsko-Pomorskiego dostrzega również potrzebę rozwoju uczelni i ich potencjału naukowo-badawczego (rozdział 6, punkt 2, RSI WKP). Jednym ze sposobów realizacji tych celów jest rozwój młodej kadry naukowej poprzez realizacje prac doktorskich oraz proinnowacyjnych projektów, które będą mogły znaleźć zastosowanie w praktyce przemysłowej, np. takich jak opisywany w niniejszym wniosku.

KORZYŚCI DLA WOJEWÓDZTWA

Przetwórstwo tworzyw polimerowych jest bardzo silną i prężnie rozwijającą się gałęzią gospodarki w województwie kujawsko-pomorskim. Ewentualne wdrożenie rezultatów opisywanej pracy doktorskiej do praktyki przemysłowej może pomóc w wzroście innowacyjności, konkurencyjności oraz efektywności przedsiębiorstw Pomorza i Kujaw, służąc tym samym utrwaleniu pozytywnego wizerunku regionu, który dostarcza produkty i usługi o najwyższej jakości. Na obecnym etapie zaawansowania prac badawczych można podejrzewać, że wielowarstwowe kompozyty będą mogły być stosowane do produkcji płyt i detali płaskich, które będą mogły stać się alternatywa dla tradycyjnych wyrobów drewnopochodnych, takich jak sklejka, płyty OSB, czy MDF i znaleźć aplikacje w różnych gałęziach gospodarki, miedzy innymi w budownictwie, przemyśle motoryzacyjnym i meblowym. Nie można jednoznacznie zagwarantować ekonomicznego sukcesu produktu będącego rezultatem realizowanej pracy doktorskiej, gdyż zależy on od wielu czynników, niekiedy tak nieprzewidywalnych jak koniunktura gospodarcza. Dlatego też, wydaje się że największą korzyścią dla województwa kujawsko-pomorskiego będzie kreowanie wizerunku Zakładu Technologii Polimerów i Zakładu Przetórstwa i Recyklingu Tworzyw UTP jako wiarygodnych partnerów dla podmiotów gospodarczych i twórców innowacyjnych technologii. Może to w przyszłości zaowocować wzrostem efektywności współpracy sektora B+R reprezentowanego przez Uniwersytet Technologiczno- Przyrodniczy w Bydgoszczy i podmioty gospodarcze regionu. Wzrost innowacyjności i konkurencyjności przedsiębiorstw województwa kujawsko-pomorskiego może w przyszłości skutkować tworzeniem nowych miejsc pracy, a tym samym ograniczeniem bezrobocia w naszym województwie.

WSPÓŁPRACA Z PRZEDSIĘBIORSTWEM

W lutym 2012 roku Zakład Technologii Polimerów na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy podjął współpracę z firmą POL-ELEKTRA z siedzibą w Łochowicach. Przedsiębiorstwo zgłosiło do Uniwersytetu z prośbą rozwiązania problemu występującego podczas jednego z etapów przemysłowej produkcji podzespołów elektrotechnicznych dla przemysłu motoryzacyjnego. Problemy na linii technologicznej powodowały pogorszenie właściwości mechanicznych wyrobów, które w konsekwencji nie przechodziły testów podczas kontroli jakości. W procesie technologicznym stosowane są termoplastyczne tworzywa polimerowe wzmocnione włóknami szklanymi, czyli materiały dla których kompozyty jednopolimerowe i wielowarstwowe kompozyty będące przedmiotem realizowanej pracy doktorskiej mogą stać się alternatywą. Ze względu na interesującą mnie problematykę podjąłem się współpracy z firmą POL-ELEKTRA. Polegała ona zarówno na prowadzeniu eksperymentów w siedzibie firmy, jak i pracach badawczych w Zakładzie Technologii Polimerów, w których użyte były próbki materiałów pochodzących z procesu produkcyjnego. Rezultaty prac badawczych zostały wykorzystane w procesie technologicznym. Dzięki prowadzonej współpracy Zakład Technologii Polimerów stał się wiarygodnym partnerem dla przedsiębiorstwa. Zaowocowało to podpisaniem umowy, która reguluje warunki prowadzonej współpracy w trakcie realizacji wspólnych przedsięwzięć.

PUBLIKACJE

  • A. Kościuszko, K. Piszczek, P. Jakubowska, A. Koziński: Kalorymetryczna ocena temperatury zeszklenia mieszanin PP/PS po wielokrotnym przetwórstwie, Inżynieria i Aparatura Chemiczna 2010 (wrzesień-październik), nr 5, s. 65-66 (CZEŚĆ B, pozycja 623, 6 punktów)
  • K. Lewandowski, S. Zajchowski, J. Mirowski, A. Kościuszko: Ocena właściwości przetwórczych kompozytów polimerowo-drzewnych na osnowie poli(chlorku winylu), Chemik 2011 (kwiecień), nr 4, s.329-332 (CZEŚĆ B, pozycja 274, 8 punktów)
  • A. Wąsicki, A. Kosciuszko, DSC investigations of the surface layer of an aged polypropylene/wood composite, Polimery 2011 (maj), nr 5, s. 401-404 (CZEŚĆ B, pozycja 985, 10 punktów)  

ZGŁOSZENIA PATENTOWE

  • P.395635, 2011-07-12, twórcy: Kazimierz Piszczek, Tomasz Sterzyński, Artur Kościuszko; "Hybrydowy warstwowy kompozyt jednopolimerowo-drzewnych i sposób wytwarzania hybrydowego kompozytu jednopolimerowo-drzewnego"

 

„Strona internetowa współfinansowana jest ze środków Unii Europejskiej

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kontakt

Zakład Przetwórstwa
i Recyklingu Tworzyw
ul. Kaliskiego 7
85-796 Bydgoszcz
(Budynek 3.2)
email: dariusz.sykutera@utp.edu.pl
tel: 52 340-82-24