Műanyagismeret Dr. Deák György szakmai munkásságának tükrében

Dr. Deák György szakmai életművének központjában a tartószerkezetek, a vasbeton- és feszített vasbeton szerkezetek, a használhatósági követelmények, valamint az építőipari minőségvédelem álltak. Munkássága a szerkezetek mechanikai viselkedésének vizsgálatától a méretezési szabványok fejlesztésén és a posztgraduális oktatáson át a korszerű építési kutatásig terjedt.

A műanyagok és polimerek témája a rendelkezésre álló adatok alapján elsősorban Dr. Deák György doktori kapcsolata révén jelenik meg: a Debreceni Egyetem Kémia Doktori Iskolájában „Polimerek szintézise kationos polimerizációval” címmel szerzett PhD-fokozatot 1997-ben. Ez a téma a polimeranyagok kémiai előállítására, különösen a kationos polimerizáció folyamatára irányul.

Dr. Deák György doktori témája

A doktori értekezés címe alapján a kutatás a polimerek szintézisére összpontosított. A polimerek olyan nagy molekulájú anyagok, amelyek ismétlődő szerkezeti egységekből épülnek fel, és tulajdonságaikat a molekulaláncok felépítése, hossza, elágazása, térhálósodása és rendezettsége határozza meg.

A kationos polimerizáció a láncpolimerizáció egyik típusa, amelyben a növekvő polimerlánc aktív központja pozitív töltésű. A folyamatban a monomerek egymást követően kapcsolódnak az aktív láncvéghez, így jön létre a polimer hosszú molekulalánca.

A polimerek és a műanyagok kapcsolata

A polimer és a műanyag fogalma szorosan összefügg, de nem teljesen azonos. A polimer nagy molekulájú vegyület, míg a műanyag olyan feldolgozható anyagrendszer, amelynek fő alkotója rendszerint polimer, és amelyhez különféle adalékanyagok is tartozhatnak.

A műanyagok tulajdonságát nem kizárólag a polimer alapanyag határozza meg. Az anyag jellemzőit befolyásolja a molekulaszerkezet, az előállítás módja, a feldolgozási technológia, az adalékanyagok összetétele, a hőmérséklet, a terhelés időtartama és a környezeti hatások.

• Termoplasztok: melegítés hatására meglágyulnak, lehűtve megszilárdulnak, ezért megfelelő körülmények között többször feldolgozhatók.
• Hőre keményedő műanyagok: a térhálósodás után már nem olvaszthatók meg újra hagyományos módon.
• Elasztomerek: nagy alakváltozásra képes, rugalmas polimeranyagok.

A műanyagok széles körű felhasználását kis sűrűségük, korrózióállóságuk, jó alakíthatóságuk, elektromos szigetelőképességük és sokféle módosíthatóságuk teszi lehetővé. Ugyanakkor a hőmérsékletfüggő viselkedés, a kúszás, az öregedés, az ultraibolya sugárzás hatása és az éghetőség olyan tényezők, amelyeket a tervezés és az alkalmazás során figyelembe kell venni.

A kationos polimerizáció alapjai

A kationos polimerizáció olyan láncreakció, amelyben az aktív láncvéget kationos részecske, rendszerint karbokationos jellegű centrum alkotja. A reakció megindításához olyan iniciátorra vagy katalitikus rendszerre van szükség, amely képes a monomerből vagy a reakcióközegből kationos aktív centrumot létrehozni.

A folyamat fő szakaszai az iniciálás, a láncnövekedés és a lánclezárás. A láncnövekedés során a monomer újra és újra az aktív láncvéghez kapcsolódik, miközben az aktív centrum a lánc végén megmarad.

1. Iniciálás: létrejön a polimerizáció aktív kationos centruma.
2. Propagáció: a monomerek egymás után kapcsolódnak az aktív láncvéghez.
3. Láncátvitel: az aktív centrum más molekulára kerülhet át.
4. Lánclezárás: az aktív centrum megszűnik, és a láncnövekedés befejeződik.

A kationos polimerizáció különösen olyan monomereknél kedvező, amelyek stabilizálni képesek a pozitív töltésű aktív centrumot. A reakció érzékeny lehet a hőmérsékletre, az oldószerre, a szennyeződésekre és a nedvességre, ezért a reakciókörülmények szabályozása meghatározó.

A polimerizáció sebessége és a létrejövő polimer tulajdonságai függhetnek a monomer szerkezetétől, az iniciátor vagy katalizátor jellegétől, az oldószer polaritásától, a hőmérséklettől és a monomer koncentrációjától. Ezek a tényezők hatással lehetnek a molekulatömegre, a molekulatömeg-eloszlásra, az elágazások kialakulására és a láncok szerkezeti rendezettségére.

A polimer szerkezete és az anyagtulajdonságok

A polimeranyagok viselkedését alapvetően meghatározza, hogy a molekulaláncok lineárisak, elágazók vagy térhálósak-e. A lineáris láncokból felépülő anyagok rendszerint könnyebben megolvaszthatók és feldolgozhatók, míg a térhálós szerkezetű polimerek merevebbek és hőhatással szemben tartósabbak lehetnek.

A kristályosság szintén fontos szerkezeti tényező. A rendezettség növekedése általában nagyobb merevséggel, szilárdsággal és vegyszerállósággal járhat, miközben csökkentheti az átlátszóságot és a nagy alakváltozás képességét.

A polimerek mechanikai tulajdonságai idő- és hőmérsékletfüggők. Azonos terhelés mellett más viselkedés figyelhető meg rövid idejű, illetve tartós igénybevétel esetén, ezért a műanyag szerkezetek tervezésekor nem elegendő egyetlen pillanatnyi szilárdsági értéket figyelembe venni.

A kúszás tartós terhelés hatására kialakuló időfüggő alakváltozás. A relaxáció során a deformáció állandó értéke mellett a belső feszültség fokozatosan csökkenhet.

A műanyagok vizsgálatának fontos szempontjai

A műanyagok vizsgálata során figyelembe kell venni a húzó-, nyomó-, hajlító- és ütőigénybevétellel szembeni viselkedést. Emellett fontos lehet a keménység, a kopásállóság, a hőállóság, a vegyszerállóság, a vízfelvétel és az elektromos tulajdonságok meghatározása.

A vizsgálati eredmények értelmezéséhez ismerni kell a próbatest alakját, méreteit, a terhelés sebességét, a hőmérsékletet, a páratartalmat és a vizsgálat időtartamát. A műanyagok viselkedése ugyanis jelentősen változhat a mérési körülmények módosulásával.

• Mechanikai vizsgálatok: szilárdság, merevség, nyúlás, ütőmunka és fáradási viselkedés.
• Hőtechnikai vizsgálatok: lágyulás, hőállóság, hőtágulás és hőöregedés.
• Kémiai vizsgálatok: oldószerállóság, savakkal, lúgokkal és más vegyszerekkel szembeni ellenállás.
• Fizikai vizsgálatok: sűrűség, vízfelvétel, áteresztőképesség és elektromos jellemzők.
• Öregedési vizsgálatok: nedvesség, hő, ultraibolya sugárzás és ismételt terhelés hatása.

Dr. Deák György szakmai háttere

Dr. Deák György professzor emeritusz, okleveles építészmérnök, a műszaki tudomány kandidátusa 1926. április 2-án született Jászárokszálláson.

1950-54. MTA aspiráns a MISZI építőipari egyetemen, ill. CNIPSZ kutatóintézetben.

1954-58. ÉTI munkatárs.

1958-95. BME Építészmérnöki Kar, Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék oktatója.

1963-68. ÉMI igazgató.

1995- nyugdíjas oktató, majd professzor emeritusz a BME Építészmérnöki Kar, Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszéken.

Kutatási területek és műszaki szemlélet

Dr. Deák György kutatási területei között szerepeltek az előregyártott vasbeton szerkezetek, a feszített vasbeton szerkezetek, a vasbeton szerkezetek használati állapota, a használhatósági követelmények, valamint az üvegszerkezetek vizsgálata és méretezése.

• Előregyártott vasbeton szerkezetek
• Feszített vasbeton szerkezetek
• Vasbeton szerkezetek használati állapota
• Használhatósági követelmények
• Üvegszerkezetek vizsgálata, méretezése

A műanyagismeret szempontjából különösen fontos ez a mérnöki háttér, mert a polimeranyagok alkalmazása során nemcsak a kémiai összetételt, hanem a szerkezeti viselkedést, a terhelhetőséget, a tartósságot és a használati állapotot is értékelni kell.

A műanyagból készült építési termékek és szerkezeti elemek esetében a méretezésnek számolnia kell a merevség változásával, a tartós terhelésből származó alakváltozással, a hőmérsékleti hatásokkal és az anyag öregedésével. Ezek a kérdések kapcsolatot teremtenek a polimerkémia és a tartószerkezeti mérnöki gyakorlat között.

Tevékenységek és szakmai közélet

Dr. Deák György részt vett a RILEM, CIB, CEB, FIP, KGST munkabizottságaiban.

Tagja volt az MTA Műszaki Mechanikai Bizottságának, az ÉTE tartószerkezeti tagozatának és a MMK-nak.

Részt vett a később az Eurocode bevezetésében, valamint az MSZT Szabványügyi Testület tagja volt.

Posztgraduális, doktoranduszi iskolai és szakmérnöki tanfolyami oktatásban is részt vett.

Publikációk a szerkezetek és az anyagok vizsgálatáról

Dr. Deák György publikációi között több olyan munka található, amely az anyagok és szerkezetek mechanikai viselkedésével, a minőségvédelemmel, a méretezéssel, a deformációkkal és a repedésekkel foglalkozik.

• Megjegyzések a feszített betonszerkezetek c. könyv első kötetéhez. Mélyépítéstudományi Szemle, 1953. 8-9. (társszerzővel)
• Előírás betonacélokból hegesztett szaruelemek minősítéére. 1958. (társszerzővel)
• Műszaki előírás az építkezés helyszínén - vállalatok segédüzemeiben - előállítható vasbeton gerendák gyártására, minőségi és átvételi feltételeire. ME-38-59. (társszerzőkkel)
• Betonacélok. Előadás az ÉTI Tudományos ülésszakán, 1959. 181-197. o.
• A blokkos építési mód statikai problémái. Magyar építőipar 1960. 7-8.
• Előregyártott és feszített vasbetonszerkezetek. Egyetemi jegyzet. 1963.
• Vasbetonszerkezetek. Egyetemi jegyzet. 1965.
• Az építőipari minőségvédelem sajátosságai. Előadás az ÉTE és ÉMI építőipari minőségvédelmi konferenciáján. 1967. (megjelent 1968.)
• A tartószerkezetek hazai méretezési előírásainak fejlődése. Magyar Építőipar. 1969. 4.
• Műszaki fejlesztés és minőség. Építési Kutatás, Fejlesztés. 1969. 5-6.
• Az előregyártott beton- és vasbeton szerkezetek tervezési szabványáról. Magyar Építőipar. 1972. 8. 425-432. o. (társszerzővel)
• Az új tartószerkezeti méretezési szabványok födémekre vonatkozó előírásai. Magyar Építőipar. 1972. 11-12. 647-654. o.
• A vasbetonszerkezetek mechanikájával foglalkozó hazai kutatás eredményei és feladatai. (Helyzetkép.) Műszaki Tudomány. 1979. 58. 247-267. o. (társszerzőkkel)
• Vasbeton és feszített beton szerkezetek alakváltozása és repedéstágasság statisztikus eloszlásának elemzése. (Oroszul.) Jelentés a KGST Építési Állandó Bizottsága számára.1982. (társszerzőkkel)
• Safety against loss of statics equilibrium. Periodica Polytechnica, Architecture, Vol. 27. Nos 3-4. 1983. (társszerzőkkel)
• Vasbeton elemek hajlítási merevségének statisztikus eloszlása. A MTA Műszaki Mechanikai Kutatócsoport IV: Tudományos Ülésszaka. 1986. IX. 22-23. 164-175. oldal (társszerzőkkel)
• A használati követelmények szerepe a tartószerkezetek tervezésében. V. Tartószerkezeti - IV. Előregyártási konferencia. 1986. X. 7-9. 16 oldal.
• Tartószerkezetek merevségi követelményei. Műszaki Tervezés, 1986. 9-10. szám. 10-13. o.
• A vasbeton szerkezetek használati állapota - alakváltozás. Magyar Építőipar 1989. 11. 494-500. o.
• A vasbeton szerkezetek használati állapota - repedések. Magyar Építőipar 1989. 12. 555-557. o.
• Sztochasztikus szemlélet a használati állapot vizsgálatánál. Ankét Mistéth Endre tiszteletére. 1992. 09. 22. 48-59. o.
• Serviceability Requirements. (Társszerzővel.) CIB-IABSE colloquium: Structural Serviceability of Buildings. Göteborg, 1993. 06. 25-31. oldal.
• Discussion of paper „Prestress force effect on vibration frequency of concrete bridges” by M. Saiidi, B. Douglas, and S. Feng. Journal of Structural Engineering 1996. Apr. pp. 458-459
• Variability of Deflections and Crack Widths in Reinforced and Prestressed Concrete Elements. (Társszerzőkkel) In the Progress Report of the CEB TG 2/4 „Serviceability „. CEB Bulletin No235. 1997. pp 183-213
• Investigations Based on Plant Tests to Determine Variability of Deflections and Crack Widths in Reinforced Concrete Elements. (Társszerzőkkel). Technical Report of TUB. Ser. Architecture. 1997. pp. 21-30.

A műanyagok alkalmazásának mérnöki szempontjai

A polimeranyagok építőipari alkalmazásakor a kémiai eredet mellett az anyag hosszú távú viselkedése is meghatározó. A tervezőnek ismernie kell a terhelés jellegét, a környezeti hőmérsékletet, a nedvesség hatását, a napsugárzást és az esetleges vegyi igénybevételt.

A műanyagok sok esetben kisebb sűrűség mellett biztosítanak megfelelő merevséget vagy szilárdságot, azonban a fajlagos mechanikai jellemzőket és a tartós terhelés alatti alakváltozást külön kell értékelni. A rövid idejű vizsgálatból származó eredmény nem feltétlenül írja le a hosszú időn át terhelt szerkezet viselkedését.

A szerkezeti alkalmazásban az anyagválasztás, a csomópontok kialakítása, a rögzítés, a hőtágulás és a tűzállóság egymással összefüggő kérdések. A műanyag elem önmagában kedvező tulajdonságú lehet, de a teljes szerkezet biztonságát az elem és a kapcsolatok együttes viselkedése határozza meg.

Oktatás és kémiai ismeretterjesztés

Dr. Deák György főiskolai docens előadása a környezeti ártalmak mikroorganizmusokkal lehetséges teszteléséről szólt.

Az oktatási és továbbképzési tevékenység a kémiai ismeretek gyakorlati alkalmazását, a vizsgálati módszereket és a biztonságos kísérleti munkát is érintette. A műanyagismeret oktatásában hasonlóan fontos az anyagok szerkezetének, tulajdonságainak, felhasználásának és környezeti hatásainak összekapcsolása.

A kémiai ismeretek gyakorlati kapcsolatai az anyagok mindennapi felhasználásán keresztül tehetők érthetővé. A műanyagok esetében ez magában foglalhatja a polimerizáció, az anyagvizsgálat, a feldolgozás, a használat közbeni öregedés és a hulladékkezelés kérdéseit.

A műanyagismeret fő fogalmai

A műanyagismeret Dr. Deák György doktori témája és mérnöki életműve alapján két, egymást kiegészítő nézőpontot kapcsol össze. A polimerek szintézisének kémiai alapjai megmagyarázzák az anyag szerkezetét, míg a mérnöki vizsgálatok feltárják, hogyan viselkedik az anyag terhelés, hő, nedvesség és hosszú távú használat során.

tags: #muanyagism #gy #dr #deak #gyorgy