TAPS - Maciej KowalskiPOIR

Tytuł projektu: "Element poliuretanowy układu tapicerskiego do zastosowań w kolejnictwie".

Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.03.2021
Planowana data zakończenia realizacji projektu: 31.08.2022

Celem projektu jest opracowanie układów komponentów bazujących na dostępnych surowcach odnawialnych lub/i wtórnych (np. recyklatach) i otrzymywanie z nich elastycznych pianek PUR o gęstościach ≤50kg/m3. Wprowadzenie do układu PUR bio-komponentów może skutecznie przyczynić się do poprawy ich właściwości użytkowych, a jednocześnie poprzez zastosowanie komponentów z przerobu biomasy czy też wykorzystanie recyklatów może wpłynąć na mniejszą szkodliwość dla środowiska po skończonym okresie eksploatacji i w czasie składowania zużytych wyrobów.
Pianki PUR muszą w układzie tapicerskim foteli spełnić wymagania palno-dymowe obowiązujące w branży kolejowej a zawarte w EN 45545-2:2020.
Innowacyjność projektu polega na wytworzeniu niedostępnych handlowo elastycznych uniepalnionych pianek PUR zawierających składniki ze źródeł odnawialnych/wtórnych, co zaspokoi aktualne oczekiwania rynku kolejowego oraz rosnące wymagania ochrony środowiska.

W ramach badań zadania nr 1: "Opracowanie uniepalnionych hybrydowych układów poliuretanowych na bazie antypirenów o pochodzeniu organicznym i/lub nieorganicznym szczególnie naturalnym, spełniających kolejowe wymagania palno-dymowe dla elastycznych pianek poliuretanowych"

przeprowadzono analizę właściwości reologicznych i strukturalnych dodatków uniepalniających dla elastycznych pianek PUR. Zostały zbadane dodatki pochodzenia naturalnego (spirulina, kazeina, białko ziemniaczane, skrobia ziemniaczana, chitozan), i mineralne (hydrotalit, hydroksyapatyt, perlit, wermikulit i wermikulit ekspanowany, glinka biała) oraz fosforany (DOPO, Exolit OP550, OP560, AP422 oraz AP750). Przeprowadzono analizę kinetyki wzrostu pianek obejmującą pomiar poszczególnych czasów wzrostu i maksymalną temperaturę wzrostu, analizę właściwości fizyko-mechanicznych, strukturalnych, powierzchniowych, stabilności termicznej i palności wytworzonych pianek PUR. Zostały zbadane układy zawierające poszczególne dodatki pochodzenia naturalnego i mineralne oraz fosforany, a także pianki zawierające mieszaniny poszczególnych dodatków. Można stwierdzić, że zastosowane uniepalniacze nie wpływają negatywnie na właściwości mechaniczne uzyskanych układów piankowych. Przeprowadzone badania wskazują, że otrzymane kompozyty dobrze znoszą zmienne warunki środowiskowe. Ich wymiary nie przekraczają 2% zmian, a kompozyty można nazywać stabilnymi. Wytypowano dodatki, które w największym stopniu zmniejszają palność pianek. Na podstawie wyników badań otrzymanych podczas realizacji zadania wytypowano dwie kompozycje piankowe na bazie antypirenów o pochodzeniu organicznym i/lub nieorganicznym szczególnie naturalnym, które w największym stopniu rokują na spełnienie kolejowych wymagań palno-dymowych dla elastycznych pianek poliuretanowych. W układach tych zastosowano kompozycje uniepalniacza pochodzenia naturalnego / opartego na polifosforanie amonu / bezhalogenowego w dwóch różnych proporcjach. Oba układy wykazały efekt sprzężenia, umożliwiając osiągnięcie uniepalnienia na oczekiwanym poziomie. Kompozycje zostały wytypowane do dalszych badań zapalności układów tapicerskich na spełnienie wymagań R18 oraz R21 normy EN 45545-2:2020 jako badania wstępne. Wybór ten podyktowany był odpowiednimi parametrami kinetyki sieciowania, dobrymi właściwościami fizyko-mechanicznymi, a przede wszystkim zwiększoną stabilnością termiczną (TGA) i zmniejszoną palnością określaną za pomocą m.in. średniej intensywność wydzielania ciepła – MARHE w porównaniu do czystej pianki referencyjnej oraz pozostałych kompozycji wykonanych w trakcie realizacji zadania. Wyniki palności otrzymane podczas badań zapalności układów tapicerskich były dobre, jednakże niewystarczające do spełnienia normy EN 45545-2:2020 wg. wymagania R18 poziom HL2 (spełniony został poziom HL1), dlatego konieczna jest modyfikacja zaproponowanych składów i poszukiwanie uniepalniaczy, które w większym stopniu wpłyną na zmniejszenie palności układów piankowych - szczególnie wysokości płomienia przy paleniu kompletnego fotela. Opracowano też założenia dla technologii otrzymywania modyfikowanych pianek poliuretanowych zawierających uniepalniające dodatki.

Tytuł projektu: "Struktury kompozytowe o obniżonej palności i zdefiniowanych cechach biostatycznych z dodatkami ułatwiającymi degradowalność lub

kompostowalność".

Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.01.2021

Planowana data zakończenia realizacji projektu: 31.12.2023

Projekt jest realizowany w ramach Konsorcjum w skład, którego wchodzą Politechnika Łódzka Wydziały Chemiczny i Mechaniczny oraz jako lider SZTK TAPS Maciej Kowalski.

Przedmiotem projektu jest opracowanie i wykonanie demonstratorów podzespołów fotela do pojazdów szynowych z wykorzystaniem nowej
generacji, przyjaznych środowisku materiałów – struktur kompozytowych o obniżonej palności, zdefiniowanych cechach biostatycznych i z
dodatkami ułatwiającymi degradowalność i/lub kompostowalność. Zakłada się:
- opracowanie parametrów przetwórstwa biokompozytów na bazie polimerów termoplastycznych z dodatkami z surowców odnawialnych,
- przygotowanie uniepalnionych kompozycji żywicznych zawierających proekologiczne dodatki pochodzące ze źródeł odnawialnych,
- nadanie kompozytowym elementom fotela właściwości mikrobobójczych i/lub mikrobostatycznych poprzez dodatek substancji pochodzenia
roślinnego z grupy terpenoidów, polifenoli (np. tymolu, kwercetyny, hesperydyny, propolisu),
- wprowadzenie do kompozytów wielofunkcyjnych dodatków, związków pochodzenia roślinnego oraz zwierzęcego należących do grupy
polisacharydów, poliestrów i polipeptydów, pochodzących m.in. z odpadów przemysłu garbarskiego i drobiarskiego, które poprawią degradowalność
wytwarzanych z ich udziałem produktów oraz ograniczą ilość stosowanych w produkcji tworzyw sztucznych, - wyznaczenie czasu życia kompozytów i
opracowanie profilu ich degradowalności.
W wyniku realizacji projektu zostanie osiągnięty IX poziom gotowości technologicznej poprzez wykonanie demonstratorów podzespołów foteli –
elementów podłokietnika, nośników siedziska/oparcia i osłony fotela, które będą charakteryzować się zdolnością do wdrożenia.
Rezultatem projektu będzie możliwość wykonania foteli wzmagających poczucie bezpieczeństwa użytkowników oraz zmniejszających obciążenie
środowiska naturalnego odpadami zgodnie z wytycznymi Komisji Europejskiej w dokumencie „Europejska strategia na rzecz tworzyw sztucznych w
gospodarce o obiegu zamkniętym” z 2018r.

https://ecomat.taps.com.pl/

Tytuł projektu: „Badania przemysłowe i prace rozwojowe w zakresie opracowania i wykonania prototypów opcjonalnego typoszeregu innowacyjnych foteli przeznaczonych do wyposażenia szynowych środków transportu do masowego przewozu osób”.

Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.07.2016

Data zakończenia realizacji projektu: 29.02.2020

W ramach projektu część prac zlecono do wykonania dwóm podwykonawcom:

1. Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej - był odpowiedzialny za:
   • "Opracowanie technologii wytwarzania elementów wyposażenia środków komunikacji na bazie kompozytów włóknistych z osnową z epoksydowej termoutwardzalnej żywicy w postaci proszku, spełniającej wskazane wymagania wytrzymałościowe wraz z opracowaniem połączeń części kompozytowych z elementami konstrukcyjnymi infrastruktury oraz opracowanie założeń i wytycznych dla zapewnienia jakości procesów produkcji oraz kontroli w procesie produkcji stanu elementów wyposażenia z kompozytów FRP metodami nieniszczącymi (NDT)",
   • "Opracowanie procesu recyklingu wybranych elementów kompozytów epoksydowych w celu ich ponownego wykorzystania",
   • "Opracowanie technicznego i środowiskowego cyklu życia elementów konstrukcyjnych wyposażenia środków komunikacji wykonanych na bazie kompozytu epoksydowego",
   • "Opracowanie metody umieszczenia elementów optoelektronicznych przesyłających informacje, elementów umożliwiających pasażerom łatwy dostęp do Internetu oraz komunikację miedzy pasażerami, czy sterowanie funkcjami wyposażenia".
2. Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukaszewicza, odpowiedzialna za działanie:
   
   • "Modyfikacja osnowy epoksydowej pod kątem poprawy odporności na płomień, dającej kompozyt spełniający wskazane wymagania palno-dymowe"

W efekcie projektu m.in.:

• opracowano kompozycję uniepalniającą do proszkowej żywicy epoksydowej,
• wykazano możliwość integracji elementów optoelektronicznych z kompozytem,
• opracowano kompozytowe elementy nośne konstrukcji fotela, tj. samonośną formatkę fotela oraz kantilę z kompozytu epoksydowo-szklanego,
• opracowano technologię wytwarzania kompozytów GFRP dających możliwość nakładania na ich powierzchnię farby proszkowej,
• wykonano malowany proszkowo demonstrator prototypu kompozytowej formatki oraz kantili, spełniający normy kolejowe.

Modyfikacja osnowy epoksydowej pod kątem poprawy odporności na płomień zapewniła spełnienie normy EN 45545-2, co umożliwiło wykonanie prototypowej kompozytowej formatki fotela i prototypowej kompozytowej kantili a w przyszłości umożliwi wykonywanie innych podzespołów fotela takich jak nośniki tapicerki czy nakładki na podłokietniki, nadających się pod względem pożarowym do zastosowania w pojazdach szynowych.

Opracowanie sposobu umieszczenia elementów optoelektronicznych (np. elementów świetlnych LED, ładowarek bezprzewodowych do telefonów) i zintegrowanie ich z kompozytem, nadaje nowe cechy użytkowe dla fotela. W perspektywie widzimy praktyczne możliwości integracji z kompozytowymi elementami fotela - włączników sensorycznych, klawiatur alfanumerycznych, co zapewni pasażerowi sterowanie dotykowe funkcjami pozycjonowania fotela, czy komunikacji w sieci pokładowej czy Internetem w pociągu.

Opracowano technologię wytwarzania kompozytów GFRP dających możliwość nakładania na ich powierzchnię farby proszkowej i jej sieciowania zarówno w piecu z grzaniem konwekcyjnym jak i pod promiennikami IR.

Wykonano demonstracyjny prototyp fotela z elementami kompozytowymi w postaci formatki fotela i kantili, bazując na designie fotela typu XCD, stanowiącego w firmie TAPS podstawę do konstrukcji foteli różnych odmian i rodzajów wagonów głównie do klasy 2. bezprzedziałowej. Demonstrator prototypu fotela z elementami kompozytowymi potwierdza zmniejszenie masy fotela o ponad 40% i spełnienie przez niego podstawowych wymagań wytrzymałościowych opisanych w Karcie UIC 566 załącznik 7.
Bdania potwierdzające właściwości palno-dymowe kompozytu, z którego wykonano formatkę i kantilę wykonano u Podwykonawcy - w laboratorium akredytowanym, SYCHTA LABORATORIUM SPÓŁKA JAWNA, Laboratorium Badań Palności Materiałów (Police), certyfikat akredytacji AB 1501. Badania te potwierdziły spełnienie właściwości palno-dymowych sprawdzanych materiałów.
Prototyp stanowić będzie podstawę następnych wykonań kompozytowych ław z fotelami, przedstawianymi np. na Targach INNOTRANS 2021 w Berlinie, Targach TRAKO 2021 w Gdańsku oraz w trakcie spotkań z obecnymi i nowymi klientami.

Projekt zakończono sprawdzeniem technologii wytwarzania elementów uniepalnionych kompozytowych w dedykowanych prototypowych formach, malowania proszkowego kompozytów GFRP w warunkach rzeczywistych. Wskazuje to, że demonstrowane technologie mogą zostać zaimplementowane w warunkach produkcyjnych w TAPS – poziom IX gotowości technologicznej.

Efekty prac badawczo-rozwojowych zostały opublikowane:

• Zgłoszenie patentowe nr P 431259 z 23.09.2019r. „Elastyczny układ tapicerski”
• Polimery R.2020 Nr 65 (4) s. 22 pt.: "Fire resistant and mechanical properties of powder-epoxy composites reinforced with recycled GFRP", Rafał Oliwa, Katarzyna Bulenda, Mariusz Oleksy, Paulina Ostyńska, Grzegorz Budzik, Magdalena Płocińska, Sławomir Krauze
• Problemy Kolejnictwa R.2020 Nr 189 (December 2020) s.75-84 pt.: "Modelling and Validation of the Composite Shell of a Train Seat" Łukasz Gołębiowski, Marcin Siwek, Marcin Ciesielski, Andrzej Zagórski, Sławomir Krauze, Radosław Majewski
• Polimery 2020, T. 65, nr 5, 387-393 pt.: "Analisis of mechanical properties and distribution of deformation during the shear of polimer-fibre composites containing flame retardants" Rafał Oliwa, Katarzyna Bulanda, Mariusz Oleksy, Grzegorz Budzik, Sławomir Krauze
• Journal of Fire Sciences, April 4, 2019; s. 155–175 pt.: „Powder-epoxy resin/glass fabric composites with reduced flammability", Rafał Oliwa, Mariusz Oleksy, Justyna Czech-Polak, Magdalena Płocińska, Sławomir Krauze, Maciej Kowalski
• Polimery R.2019, Nr 64 (4), s.290 pt.: „Fire resistant glass fabric-epoxy composites with reduced smoke emission”, Rafał Oliwa, Mariusz Oleksy, Joanna Oliwa, Aleksandra Węgier, Sławomir Krauze, Maciej Kowalski
• poster przedstawiony na XXI Profesorskich Warsztatach Naukowych - Przetwórstwo Tworzyw Polimerowych 10-12 czerwca 2018 Sulejów, Rafał Oliwa, Mariusz Oleksy, Sławomir Krauze, Aleksandra Węgier, Maciej Kowalski, pt.: „Uniepalnione kompozyty epoksydowo-szklane o zmniejszonej intensywności wydzielania dymów”
• poster przedstawiony na III Podkarpackiej Konferencji Młodych Naukowców, 12-14 październik 2017, Politechnika Rzeszowska, Rzeszów, Rafał Oliwa, Justyna Czech-Polak, Maciej Heneczkowski, Mariusz Oleksy, Sławomir Krauze, Aleksandra Węgier, Maciej Kowalski, pt.: „Laminaty szklane z osnową proszkowej żywicy epoksydowej o poprawionej odporności na płomień”.

Oświetlenie LED w bocznej części kantili.

Kompozytowy stolik wyposażony w optoelektronikę umożliwiający bezprzewodowe ładowanie indukcyjne.

Prototyp fotela z elementami kompozytowymi w postaci formatki fotela i kantili (malowane proszkowo), bazujące na designie fotela typu XCD.