Autoreferat. Załącznik nr 3.

Transkrypt

1 Załącznik nr 3. Autoreferat Dr inż. Paweł Palutkiewicz Instytut Technologii Mechanicznych Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechnika Częstochowska Częstochowa, marzec 2019

2 Spis treści 1. Dane osobowe Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Życiorys Wskazanie osiągnięcia* wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz ):... 4 a) Tytuł osiągnięcia naukowego:... 4 b) W skład rozważanego cyklu wchodzą następujące publikacje (chronologicznie wg daty publikacji):... 4 c) Omówienie celu naukowego ww. pracy/prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo badawczych Publikacje Rozdziały w monografiach Recenzje w czasopismach naukowych Patenty przyznane Zgłoszenia patentowe Wzory użytkowe przyznane Wzory użytkowe oczekujące na decyzję UP RP Uczestnictwo w konferencjach naukowych Udział w seminariach naukowych Zdobyte certyfikaty i odbyte szkolenia Udział w grantach i projektach badawczych Udział w badaniach zleconych Odbyte staże Nagrody i wyróżnienia Pełnione funkcje organizacyjne, członkostwo w organizacjach Promotorstwo prac doktorskich Promotorstwo prac inżynierskich i magisterskich Prowadzone zajęcia dydaktyczne Pozostałe posiadane umiejętności

3 1. Dane osobowe Imię i nazwisko: Paweł Palutkiewicz Data i miejsce urodzenia: , Częstochowa palutkiewicz@ipp.pcz.pl 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej. 2006, Dyplom magistra inżyniera, kierunek Mechanika i budowa maszyn, specjalność: Inżynieria biomedyczna i sprzęt rehabilitacyjny, Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki. Tytuł pracy magisterskiej: Optymalizacja numeryczna geometrii styku elementów endoprotez stawu kolanowego, promotor dr inż. Marcin Nabrdalik. 2010, Świadectwo ukończenia Studium przygotowania pedagogicznego - studia pedagogiczne przygotowujące do nauczania w średnim i zasadniczym szkolnictwie zawodowym, Międzywydziałowe Studium Kształcenia i Doskonalenia Nauczycieli, Politechnika Częstochowska; nauczyciel przedmiotów technicznych w średnimi i zasadniczym szkolnictwie zawodowym. 2011, Dyplom doktora nauk technicznych, dyscyplina Budowa i eksploatacja maszyn, Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki. Tytuł rozprawy: Badanie zjawisk w procesie wytwarzania wyprasek wtryskowych z tworzyw termoplastycznych z poroforem, promotor: Prof. dr hab. inż. Elżbieta Bociąga. 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych , Doktorant na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej, obecnie, Adiunkt w Zakładzie Przetwórstwa Polimerów, Instytutu Technologii Mechanicznych, na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej. 2

4 3.1. Życiorys Urodziłem się 23 lipca 1982 roku w Częstochowie. W roku 1989 rozpocząłem edukację w szkole podstawowej nr 10 w Częstochowie. W 1997 roku zdałem egzaminy wstępne i otrzymałem promocję do XI Liceum Ogólnokształcącego im. Andrzeja Frycza Modrzewskiego w Częstochowie, w której uczęszczałem do klasy o profilu matematyczno fizycznym. Szkołę tę ukończyłem w roku 2001 zdając egzamin dojrzałości. W tym samym roku zostałem przyjęty na studia na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej, na kierunku Mechanika i Budowa Maszyn. Studia ukończyłem w roku 2006 z tytułem magistra inżyniera ze specjalnością Inżynieria Biomedyczna i Sprzęt Rehabilitacyjny. Obroniona praca dyplomowa dotyczyła numerycznych symulacji naprężeń w węzłach tarcia endoprotez stawu kolanowego. Po ukończeniu studiów odbywałem przez dwa i pół miesiąca staż w Miejskim Szpitalu Zespolonym w Częstochowie, na stanowisku Inżyniera biocybernetyki i inżynierii biomedycznej. Motywacją do przerwania stażu była chęć dalszego rozwoju naukowego. W tymże roku złożyłem niezbędne dokumenty w celu kontynuowania nauki i rozpoczęcia studiów doktoranckich. W 2010 roku ukończyłem niestacjonarne studia pedagogiczne na Międzywydziałowym Studium Kształcenia i Doskonalenia Nauczycieli Politechniki Częstochowskiej. Byłem stypendystą projektu Politechnika Częstochowska otwarta dla innowacyjnej gospodarki regionu w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w 2010 roku. W ramach stypendium odbyłem wyjazd studyjny do parku technologicznego Adlershof w Berlinie w dniach 4-7 lipca 2011 roku. Zostałem również, w tym samym roku, wyróżniony przez Rektora Politechniki Częstochowskiej Prof. dr hab. Marię Nowicką-Skowron, dyplomem za wybitne osiągnięcia w nauce. We wrześniu 2011 roku obroniłem pracę doktorską pt: Badanie zjawisk w procesie wytwarzania wyprasek wtryskowych z tworzyw termoplastycznych z poroforem. Promotorem pracy była Prof. dr hab. inż. Elżbieta Bociąga, a recenzentami: Prof. dr hab. inż. Józef Koszkul z Politechniki Częstochowskiej oraz Prof. dr hab. inż. Marek Bieliński z Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy. Celem pracy było zbadanie procesu kształtowania oczekiwanej struktury i właściwości wyprasek wtryskowych z tworzyw termoplastycznych zawierających niewielką ilość poroforu. Obroniona praca doktorska została wyróżniona, co skutkowało uzyskaniem Nagrody Rektora Politechniki Częstochowskiej za wyróżnioną rozprawę doktorską. 3

5 Od 26 września 2011 jestem zatrudniony na stanowisku Adiunkta w Zakładzie Przetwórstwa Polimerów Instytutu Technologii Mechanicznych na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej. Jestem autorem i współautorem 81 publikacji (53 po uzyskaniu stopnia doktora nauk technicznych, w tym 12 publikacji z listy filadelfijskiej i 1 indeksowanej w bazie Web of Science), opublikowanych w krajowych i zagranicznych czasopismach naukowych, monografiach, pracach zbiorowych i innych wydawnictwach. Wielokrotnie prezentowałem wyniki prowadzonych badań na krajowych i zagranicznych konferencjach naukowych. Jestem twórcą lub współtwórcą 7 patentów, 1 zgłoszenia patentowego, 1 wzoru użytkowego i 1 zgłoszenia wzoru. Dwa moje rozwiązania patentowe zostały wyróżnione wieloma nagrodami na zagranicznych wystawach. Zostałem również nagrodzony wieloma nagrodami za działalność naukową i organizacyjną. Jestem członkiem Rady Programowej czasopisma Tworzywa Sztuczne w Przemyśle. 4. Wskazanie osiągnięcia* wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U r. poz. 882 ze zm. w Dz. U. z 2016 r. poz ): a) Tytuł osiągnięcia naukowego: Osiągnięcie naukowe stanowi cykl publikacji powiązanych tematycznie. Temat cyklu: Konstytuowanie struktury i właściwości kompozytów polimerowych porowatych w procesach ich przetwórstwa. b) W skład rozważanego cyklu wchodzą następujące publikacje (chronologicznie wg daty publikacji): [1A] Bociąga E. (50%), Palutkiewicz P. (50%): The influence of injection moulding parameters and blowing agent addition on selected properties, surface state and structure of HDPE parts. Polymer Engineering and Science, 2013, Vol. 53, No. 4, s , ISSN: , DOI: lista A, 30 pkt., IF 1,243 [2A] Bociąga E. (50%), Palutkiewicz P. (50%): The Impact of Mould Temperature and Blowing Agent Content on Structure and Properties of Injection Moulded Parts. Cellular Polymers, 2013, Vol. 32, No. 5, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt., IF 0,600 4

6 [3A] Palutkiewicz P. (100%): Symulacje komputerowe procesu wtryskiwania porującego. Polimery, 2015, T60, nr 2, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt., IF 0,718 [4A] Garbacz T. (85%), Palutkiewicz P. (15%): Effectiveness of blowing agents in the cellular injection molding process. Cellular Polymers, 2015, Vol. 34, No. 4, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt., IF 0,615 [5A] Palutkiewicz P. (50%), Postawa P. (50%): The investigation of selected properties of the porous moulded parts from talc-filled PP composites. Journal of Cellular Plastics, 2016, Vol. 52, I. 4, s.1-20, ISSN: X, DOI: lista A, 30 pkt., IF 1,979 [6A] Palutkiewicz P. (85%), Garbacz T. (15%): The influence of blowing agent addition, glass fiber filler content and mold temperature on selected properties, surface state and structure of injection molded parts from polyamide 6. Cellular Polymers, 2016, Vol. 35, No. 4, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt., IF 0,407 [7A] Palutkiewicz P. (85%), Garbacz T. (15%): Ocena efektywności wybranych środków porujących w procesie wtryskiwania wyprasek z tworzyw termoplastycznych. Polimery, 2017, T62, nr 6, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt. IF 0,713 [8A] Palutkiewicz P. (100%): The new method of manufacturing porous castings from styrene acrylic dispersion. Cellular Polymers, 2018, Vol. 37, s , ISSN: , DOI: lista A, 15 pkt. [9A] Palutkiewicz P. (100%): Sposób wytwarzania wyrobów kształtowych z materiału porowatego, 2017, Patent PL , (patent nagrodzony na światowych wystawach), 30 pkt. [10A] Palutkiewicz P. (100%): Sposób wytwarzania wielkogabarytowych wyrobów z materiału porowatego, 2017, Patent PL , (patent nagrodzony na światowych wystawach), 30 pkt. [11A] Bociąga E. (50%), Palutkiewicz P. (50%): Wpływ wielokrotnego przetwórstwa na właściwości i strukturę wyprasek z PE-HD z dodatkiem poroforu. Przetwórstwo Tworzyw, 2012, nr 3, 146, s , ISSN , lista B, 4 pkt. [12A] Palutkiewicz P. (50%), Wawrzyniak J. (50%): Wpływ warunków uplastyczniania na właściwości i strukturę wyprasek z PE-HD z poroforem. Przetwórstwo Tworzyw, 2012, nr 5, 149, s , ISSN , lista B, 4 pkt. 5

7 [13A] Bociąga E. (50%), Palutkiewicz P. (50%): Wtryskiwanie mikroporujące. Przetwórstwo Tworzyw, 2013, nr 4, 153, s , ISSN , lista B, 5 pkt. [14A] Palutkiewicz P. (33,3%), Gnatowski A. (33,3%), Policińska J. (33,3%): Badanie wybranych właściwości i struktury transparentnego ABS z dodatkiem poroforu i piasku kwarcowego. Przetwórstwo Tworzyw, 2013, nr 4, 153, s , ISSN , lista B, 5 pkt. [15A] Palutkiewicz P. (100%): Badanie wybranych właściwości i struktury kompozytu porowatego z PP napełnionego talkiem. Przetwórstwo Tworzyw, 2014, nr 5, 161, s , ISSN , lista B, 5 pkt. Liczba cytowań publikacji według baz danych (bez autocytowań): Web of Science: 40 Google Scholar: 81 Scopus: 40 Uzyskany Indeks Hirscha według baz danych: Web of Science: 4 Google Scholar: 4 Scopus: 4 c) Omówienie celu naukowego ww. pracy/prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. Celem prowadzonej przeze mnie pracy naukowej było zbadanie zespołu zjawisk fizykochemicznych i reologicznych mających decydujące znaczenie podczas kształtowania struktury wytworów z tworzyw termoplastycznych z napełniaczami i poroforami chemicznymi. Określenie oddziaływania dodatków w postaci napełniaczy proszkowych lub włóknistych na kreowanie struktury i właściwości fizycznych i użytkowych wytworów porowatych było możliwe przy wykorzystaniu metod numerycznych oraz eksperymentów, prowadzonych bezpośrednio podczas przetwórstwa metodą wtryskiwania. W ramach pracy badano też metody odlewania porującego. Dodatek poroforów umożliwia utworzenie struktury gradientowej wytworów: litego naskórka i porowatego rdzenia, z cząstkami napełniacza. Szczegółowe badania zjawisk zachodzących podczas przetwórstwa kompozytów, których składnikami są polimer-napełniacz-porofor, było dotychczas tylko sygnalizowane w nielicznej literaturze. Były to zatem jedne z ważniejszych celów pracy. Badane były tworzywa częściowo krystaliczne (HDPE, PP, PA6) oraz amorficzne (PVC, ABS), szeroko wykorzystywane na elementy konstrukcyjne. Pozwoliło to na określenie 6

8 wpływu budowy strukturalnej polimeru na przebieg procesu uzyskiwania gradientowej struktury porowatej. Postawiono następującą hipotezę badawczą przyświecającą prowadzonym badaniom: Wprowadzenie do tworzywa polimerowego poroforu chemicznego i napełniacza proszkowego lub włóknistego umożliwia uzyskanie struktury gradientowej w wytworach wytwarzanych w procesie wtryskiwania, korzystnej z uwagi na ich właściwości fizyczne, stan warstwy wierzchniej oraz dokładność kształtu i wymiarów. Ilość, wielkość i rozłożenie porów oraz napełniaczy w wytworach zależy od warunków przepływu tworzywa ciekłego w kanałach narzędzi przetwórczych, a także od warunków prowadzenia procesu. Orientacja cząstek napełniaczy wynikająca z warunków przepływu oraz ich ułożenie wokół porów może skutkować wzmocnieniem porowatego tworzywa polimerowego. Ze względu na różny czas wydawniczy poszczególnych publikacji, omówiono tematykę badań w sposób tematyczny a nie chronologiczny. Badania wyprasek porowatych Pierwsze prace opracowane przez mnie i zespół współpracowników dotyczyły dokładniejszego poznania zjawisk w procesie przetwórstwa tworzyw termoplastycznych nienapełnionych z dodatkiem poroforów chemicznych. Badania, których celem było wyjaśnienie zjawisk występujących w procesie wtryskiwania tworzyw termoplastycznych z poroforami chemicznymi, zostały zrealizowane częściowo w ramach rozprawy doktorskiej. Badania prowadzono z użyciem modułu DoE (Design of Experiment) z wykorzystaniem oprogramowania Statistica. W pracy [1A] przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów wtryskiwania (prędkości wtryskiwania, temperatury formy i temperatury wtryskiwania, a dodatkowo w wyniku zmiany tych trzech parametrów: czasu wtrysku, czasu docisku i czasu chłodzenia) oraz procentowej zawartości poroforu (Hostatron P 1941, 2 i 4% wag.) na wybrane właściwości wyprasek z HDPE (Hostalen GC 7260). Zbadano wybrane właściwości wyprasek takie jak masa, gęstość, właściwości mechaniczne (wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy sile maksymalnej), stan powierzchni (połysk i kolor), wykonano również badania strukturalne. Badania wykazały, że temperatura formy ma główny wpływ na właściwości i stan powierzchni wyprasek zarówno z litego jak i porowatego HDPE. Masa, gęstość, właściwości mechaniczne i połysk wyprasek zwiększyły się wraz ze wzrostem temperatury formy. Temperatura formy wpływa również znacząco na liczbę i wielkość porów w wypraskach. Stwierdzono, iż dodatek środka porującego 7

9 w ilości 2% wag. jest wystarczający do uzyskania wyprasek o korzystnych właściwościach mechanicznych i dobrej jakości powierzchni. Zaletą stosowania tej ilości środka porującego jest możliwość skrócenia czasu fazy docisku względem wyprasek litych. Skrócenie czasu docisku dla wyprasek porowatych nie wpływa znacząco ich właściwości mechaniczne względem wyprasek litych. Celem pracy [2A], stanowiącej kontynuację niejako tematyki mojej pracy doktorskiej, było zbadanie wpływu temperatury formy i procentowej zawartości poroforu (Hostatron P 1941, 2 i 4% wag.) na strukturę i wybrane właściwości (ciężar, właściwości mechaniczne, stan powierzchni - połysk i kolor) wyprasek z HDPE (Hostalen GC 7260). Opisano strukturę wyprasek w przekroju prostopadłym i równoległym do kierunku przepływu tworzywa oraz ilościową ocenę porowatej struktury przy użyciu mikroskopowej analizy obrazu. Wykazano, że zawartość poroforu w tworzywie wpływa nie tylko na ilość porów w rdzeniu wypraski, ale także grubość naskórka. Niższa temperatura formy sprzyja tworzeniu drobnej porowatej struktury. Przy niższej wartości temperatury formy w rdzeniu wypraski występują liczne i drobne pory. Wyższa temperatura formy sprzyja natomiast wzrostowi porów i ich łączeniu. Wypraski takie mają kilka dużych porów w środku, w wyniku czego mają gorsze właściwości mechaniczne niż wypraski drobnoporowate (duże pory wywołują efekt karbu). Zawartość poroforu w polimerze wpływa nie tylko na ilość porów w rdzeniu wypraski, ale także grubość litego naskórka. Wypraski otrzymane z tworzywa zawierającego większą ilość środka parującego mają cieńszy lity naskórek niż wypraski z tworzywa z mniejszym udziałem poroforu. Przy zwiększaniu ilości poroforu w polimerze właściwości mechaniczne wyprasek ulegają niewielkiemu pogorszeniu. Sposób wypełniania gniazda formującego wpływa na strukturę porowatych wyprasek. Większy udział struktury porowatej oraz bardziej liczne i drobne pory znajdują się w obszarach położonych dalej od przewężek. Masa wyprasek uzyskanych z tworzywa z 2% zawartością poroforu zmniejsza się w niewielkim stopniu wraz ze wzrostem temperatury formy. Nie stwierdzono znaczącej różnicy w masie wyprasek z HDPE bez i z 2% środka porującego, uzyskiwanych przy tych samych wartościach temperatury formy. Dla wyprasek uzyskanych z HDPE zawierającego 4% poroforu, różnice w masie wywołane odmiennymi warunkami przetwórstwa były znaczące. Najmniejsza masą charakteryzowały się wypraski uzyskane przy niskiej temperaturze formy i 4% zawartości poroforu, ze względu na występowanie licznych drobnych porów w rdzeniu. W badaniach stanu powierzchni wykazano, że wraz ze wzrostem zawartości środka porującego połysk wyprasek zmniejszył się, a także nastąpiła zmiana ich koloru. Wypraski z większą ilością środka porującego były jaśniejsze. 8

10 Rezultaty badań prowadzonych w celu określenia wpływu rodzaju i zawartości poroforów na strukturę i wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne wyprasek wtryskowych przedstawiono w pracy [4A]. W badanach stosowano tworzywa termoplastyczne PP (Moplen EP440G), LDPE (Malen E FABS 23-DO22) i PVC (Alfavinyl GFM/4-31-TR). Wytwarzano zarówno wypraski lite jak i z poroforami w ilościach 0,4, 0,8 i 2,0% wag. W niniejszych badaniach użyto środków porujących o endotermicznym charakterze rozkładu (Hostatron P 1941) oraz egzotermicznych (Hydrocerol PLC 751 i Adcol-blow X1020). W badaniach przeprowadzono ilościową analizę jakości struktury porowatej na podstawie obrazów mikroskopowych. Stwierdzono, że korzystna zawartość środka porującego w tworzywie przetwarzanym wynosi do 0,8% wag. Przy takiej zawartości poroforu dystrybucja porów w tworzywie jest jednorodna, a pory mają podobne rozmiary. Wypraski z taką ilością poroforu cechują się ponadto korzystnymi właściwościami wytrzymałościowymi. Analizując wyniki pomiarów gęstości, ilościowej oceny porowatości i optycznego badania fizycznej struktury wyprasek porowatych ustalono, że korzystna zawartość poroforu w polimerze powinna wynosić 0,4-0,8% wag., co prowadzi do zmniejszenia gęstości o około 32% względem wyprasek litych. Badania wykazały wyraźny wpływ rodzaju i zawartości poroforu na właściwości mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności. Wytrzymałość na rozciąganie wyprasek porowatych (w zależności od rodzaju tworzywa) jest niższa względem wyprasek litych w zakresie od 30 do 38% dla poroforów egzotermicznych i od 19 do 38% dla poroforu endotermicznego. Granica plastyczności zmienia się w ten sam sposób i zmniejsza się w zakresie od 19-32% dla poroforów egzotermicznych i od 19 do 43% w przypadku endotermicznego środka porującego. Na skutek zastosowania poroforów o egzotermicznej charakterystyce dekompozycji (Adcolblow X1020, Hydrocerol PLC 751), powstają wypraski o strukturze gęsto porowatej, o dużej liczbie porów. Rozpoczęty rozkład egzotermicznego środka porujacego zachodzi w niekontrolowany sposób, nawet gdy zatrzymane jest doprowadzanie ciepła potrzebne do rozkładu. Z tego powodu wypraski wytwarzane z tego typu poroforami często mają niejednorodną strukturę porowatą. W przypadku wyprasek porowatych wytwarzanych przy użyciu poroforu o endotermicznej charakterystyce rozkładu (Hostatron P 1941), uwalnianie gazu w trakcie przetwórstwa kończy się po zatrzymaniu doprowadzania ciepła. Otrzymana porowata struktura jest jednorodna, a pory mają kulisty lub quasi-kulisty kształt. Liczba porów występujących w określonych obszarach przekroju wzrasta w sposób wprost proporcjonalny wraz ze wzrostem zawartości środka porującego w tworzywie przetwarzanym. W omawianej pracy przedstawiono ponadto wpływ ilości i rodzaju poroforów na grubość wyprasek. Wykazano, że zwiększenie ilości poroforu w tworzywie z 0,4 do 2,0% zmniejsza grubość litego 9

11 naskórka prawie 2,5 - krotnie. Rodzaj tworzywa i poroforu ma istotny wpływ na grubość naskórka. Stwierdzono, iż dodanie poroforu może poczynić się do zmniejszenia (nawet o 30%), ilości tworzywa potrzebnego do wytworzenia wypraski o dobrej jakości. Zaletą jest również możliwość skrócenia czasu cyku wtryskiwania. W pracy [7A] zamieszczono wyniki badań efektywności porowania chemicznego, realizowanego przy użyciu różnych poroforów (Hostatron P 1941, Adcol-blow PE-0XB- X1020, Prisma 91085, Hydrocerol CF40S, Hydrocerol CF40E, Hydrocerol PLC-751, każdy porofor w ilości 2% wag.) w procesie wtryskiwania polietylenu dużej gęstości (HDPE Hostalen GC 7260). Wykorzystano sześć rodzajów poroforów cztery endotermiczne oraz dwa egzotermiczne. Wypraski wytwarzano z zastosowaniem ciśnienia docisku, a także bez niego. Oceniano masę, gęstość, stabilność wymiarową, stan powierzchni oraz strukturę uzyskanych wyprasek, a także przetwarzalność mieszaniny uplastycznionego tworzywa z poroforem na podstawie jej przepływu przez formę wtryskową wyposażoną w gniazdo spiralne specjalnej konstrukcji. Z wykorzystaniem stanowiska badawczego własnej konstrukcji zbadano proces rozrostu porów, oznaczono też masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR) mieszaniny tworzywa z poroforami. Wykazano, że dodatek poroforów do przetwarzanego tworzywa pozwala w istotnym stopniu skrócić czas cyklu wtryskiwania w wyniku ograniczenia lub wyeliminowania fazy docisku, bez wyraźnego wpływu na grubość wyprasek i wielkość zapadnięć powierzchni. Stwierdzono, że rolę docisku skutecznie przejął uwalniający się w reakcji rozkładu poroforu gaz, rozprężający się w niezakrzepniętym tworzywie. Uzyskane w ten sposób wypraski charakteryzowały się dobrym odwzorowaniem gniazda formującego. Wypraski porowate wykazują jednak gorszy stan powierzchni (połysk, barwa). Wskaźnik szybkości płynięcia tworzywa z udziałem poroforów był nieznacznie większy od MFR tworzywa litego. Wykazano występowanie istotnych różnic w strukturze porowatej wyprasek wytworzonych z wykorzystaniem różnych środków porujących. W wypadku poroforu ADCOL-blow PE-0XB-X1020 uzyskano wypraski o strukturze z bardzo nielicznymi, pojedynczymi porami, natomiast porowanie tworzywa z użyciem środka Hydrocerol PLC-751 w tych samych warunkach procesowych było bardzo intensywne. Dodanie do tworzywa HDPE poroforów o endotermicznej charakterystyce rozkładu pozwoliło na uzyskanie wyprasek o strukturze charakteryzującej się zarówno licznymi, gęsto rozłożonymi porami o małej średnicy (Hostatron P 1941), jak i pojedynczymi, dużymi porami gazowymi (Prisma 91085). W przypadku zastosowania środków Hydrocerol CF40S i CF40E otrzymano wypraski o strukturze porowatej z licznymi porami o małej i dużej średnicy. 10

12 W artykule [12A] dokonano oceny wpływu warunków uplastyczniania: ciśnienia uplastyczniania i dekompresji po dozowaniu na masę, grubość, właściwości mechaniczne, stan powierzchni i strukturę wyprasek wtryskowych z HDPE (Hostalen GC 7260) z 3% wag. dodatkiem poroforu chemicznego (Hostatron P 1941). Zmieniano również wybrane warunki wtryskiwania (ciśnienie docisku, czas docisku i prędkość wtryskiwania), umożliwiające wytworzenie poprawnych wyprasek przy zadanych warunkach uplastyczniania. Wykazano, że wykonanie poprawnych wyprasek przy zastosowaniu dekompresji po dozowaniu wymaga zwiększonego ciśnienia i czasu docisku. Dekompresja może spowodować rozkład poroforu już w układzie uplastyczniającym, co wpływa niekorzystnie na strukturę i właściwości wyprasek porowatych. Udział struktury porowatej w wypraskach jest odwrotnie proporcjonalny do wartości dekompresji po dozowaniu oraz ciśnienia i czasu docisku. Ciśnienie uplastyczniania ma niewielki wpływ na grubość, masę, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozciąganiu, wpływa jednak na strukturę wyprasek. W wypraskach uzyskiwanych przy wysokiej wartości ciśnienia uplastyczniania pory są równomiernie rozłożone w rdzeniu. W przypadku niskiej wartości ciśnienia uplastyczniania pory są mniejsze, mniej liczne i rozłożone nierównomiernie w przekroju poprzecznym wypraski. Recykling tworzyw porowatych W ramach prac badawczych określono też podatność tworzywa z poroforem na recykling. W pracy [11A] dokonano oceny wpływu wielokrotnego przetwórstwa tworzywa HDPE z dodatkiem poroforu na grubość, stan powierzchni, wybrane właściwości mechaniczne i strukturę wyprasek wtryskowych. W badaniach użyto tworzywo HDPE (Hostalen GC 7260), oraz porofor o endotermicznym przebiegu rozkładu (Hostatron P 1941), który dodawano w ilościach 3% wag. oraz 6% wag. Ciśnienie i czas docisku redukowano ze zwiększeniem procentowej zawartości poroforu w tworzywie. Próbki uzyskane z tworzywa pierwotnego poddano wielokrotnemu przetwarzaniu. Wykazano, że zastosowanie poroforu polepsza dokładność wymiarową wyprasek, ale pogarsza ich wytrzymałość i wpływa na zmianę koloru. Wielokrotne przetwórstwo tworzywa z poroforem nie spowodowało znacznego pogorszenia właściwości mechanicznych. W badaniach DMTA wykazano jedynie pewien spadek wartości modułu zachowawczego. W badaniach strukturalnych wyprasek z tworzywa wtórnego stwierdzono występowanie coraz mniejszej liczby porów po kolejnych cyklach przetwarzania. Wypraski z tworzywa poddanego 5-krotnemu recyklingowi miały strukturę litą, co oznacza, że nie występował już dalszy rozkład poroforu. 11

13 Wtryskiwanie mikroporujące W pracach [3A] i [13A] szerzej przedstawiono jedną z metod wtryskiwania niekonwencjonalnego, pozwalającą na uzyskanie wyprasek porowatych, a mianowicie wtryskiwanie mikroporujące z zastosowaniem poroforów fizycznych. W ramach pracy [3A], będącej kontynuacją tematyki podjętej w pracy doktorskiej, przedstawiono wyniki symulacji komputerowych procesu wtryskiwania mikroporującego MuCell, w których wykorzystano program komputerowy Moldflow Plastics Insight 5.0. Dokonano analizy wpływu rodzaju tworzywa (HDPE Hostalen GC 7260 oraz PP Moplen HP648T) i grubości ścianki wypraski na jej strukturę porowatą, rozkład naprężenia i odkształcenie oraz wartość skurczu objętościowego. Wyniki porównano z zależnościami odnoszącymi się do procesu wtryskiwania z wykorzystaniem chemicznego środka porującego. Stwierdzono, że wysokość gniazda formującego wywiera istotny wpływ na rozkład temperatury i ciśnienia wtryskiwanego tworzywa, a także na wymiary i rozkład porów w wypraskach. Zastosowanie opisywanej metody wtryskiwania mikroporującego pozwala na znaczne zredukowanie czasu i ciśnienia docisku, a tym samym skrócenie czasu całego cyklu wtryskiwania. W pracy [13A] omówiono możliwość przeprowadzania procesu przy użyciu konwencjonalnych wtryskarek wyposażonych w układ uplastyczniający z system wtryskiwania gazu w stanie nadkrytycznym. Badania wyprasek porowatych z tworzyw z napełniaczami proszkowymi Wyniki badań tworzyw z napełniaczami proszkowymi zamieszczono w opracowaniach [5A], [15A] i [14A]. Celem pracy [5A] było zbadanie wpływu dodatku środka porującego (Poroform 91085, 2% wag.) i napełniacza w postaci talku (20% wag.) na strukturę i wybrane właściwości (ciężar, grubość, właściwości mechaniczne, stan powierzchni - połysk i kolor oraz opór cieplny) wyprasek z polipropylenu Moplen HP648T. Badania mikroskopowe wykonano dla wyprasek uzyskanych z gniazda formującego o zmiennej wysokości. Wykazano, że dodanie poroforu do tworzywa przetwarzanego pozwala na zredukowanie cyklu wtryskiwania do fazy wtrysku i chłodzenia. Ponadto stwierdzono, że dodatek talku umożliwia uzyskanie drobnokomórkowej struktury w wypraskach porowatych. Jest to możliwe, ponieważ talk może działać jako czynnik zarodkujący proces porowania, na co wskazują publikowane wcześniej w literaturze dane. W wyniku tego, wypraski z tworzywa z poroforem i talkiem miały mniejszą masę, lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu do wyprasek litych i z tworzywa nienapełnionego. 12

14 Charakteryzowały się też mniejszym oporem cieplnym w stosunku do wyprasek z tworzywa bez poroforu. Główną wadą stosowania środka porującego i talku jest pogorszenie połysku i zmiana koloru wyprasek. W pracy [15A] dokonano oceny wybranych właściwości, takich jak masa, grubość, wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy sile maksymalnej, kolor i połysk wyprasek z kompozytu PP T20 z talkiem (20% wag.) i z dodatkiem poroforu (Poroform 91085, 2% wag.). W badaniach oceniano również strukturę wyprasek uzyskanych przy zastosowaniu specjalnej wkładki formującej o zmiennej wysokości gniazda. Porównywano wypraski lite uzyskiwane z zastosowaniem ciśnienia docisku i porowate, wtryskiwane bez fazy docisku. Wykazano, że dodanie poroforu do tworzywa PP napełnionego talkiem umożliwia powstawanie struktury o licznych porach, przyczyniając się do obniżenia masy wyprasek oraz redukcji ich zapadnięć, bez istotnego pogorszenia właściwości mechanicznych. Pogorszeniu ulega jedynie połysk uzyskanych wyprasek. Ponadto w badaniach strukturalnych wyprasek wytworzonych w formie z gniazdami o zmiennej wysokości, w których występują różne warunki ścinania podczas przepływu tworzywa, wykazano, że intensywność ścinania ma znaczący wpływ na ilość i wielkość porów powstałych w poszczególnych częściach wypraski. W strefie gniazda formy o większej wysokości czas zestalenia tworzywa był najdłuższy, a intensywność ścinania najmniejsza, co sprzyjało powstawaniu porów o dużej średnicy. Ponadto w strefach oddalonych od miejsca doprowadzenia tworzywa do gniazda pory były większe niż w obszarach blisko przewężki. Może to być spowodowane niskim ciśnieniem tworzywa w końcowej fazie przepływu w tych strefach gniazda, oraz brakiem fazy docisku, ograniczającej rozrost porów, jak również wyższą temperaturą tworzywa w tych obszarach na skutek zwiększonej intensywności zjawiska ścinania. Wyniki badań kompozytu ABS (Polylac 758) z 30% wag. zawartością piasku kwarcowego i z 2% wag. dodatkiem poroforu (Hostatron P 1941) przedstawiono w pracy [14A]. Zamieszczono wyniki badań oraz sposób wykonania kompozytów. W ramach pracy wytwarzano zarówno próbki do statycznej próby rozciągania, jak i próbki uzyskiwane we wkładce formującej o zmiennej wysokości gniazda. Badania obejmowały pomiary masy i grubości próbek oraz zmiany właściwości mechanicznych. Przeprowadzono analizę struktury badanych materiałów z wykorzystaniem mikroskopii optycznej. Stwierdzono, że obecność poroforu i piasku kwarcowego w wypraskach z ABS pogarsza ich wytrzymałość na rozciąganie i udarność. W badaniach mikroskopowych ABS z poroforem zaobserwowano strukturę porowatą w strefach wypraski o większej grubości, w których intensywność ścinania tworzywa 13

15 umożliwiła powstanie i rozrost porów. Zastosowanie napełniacza gruboziarnistego w postaci piasku kwarcowego i jego ułożenie wzdłuż kierunku przepływu tworzywa mogą wpływać na zmniejszenie efektu porowania. Badania wyprasek porowatych z napełniaczami włóknistymi Obszerne badania wyprasek z tworzywa z napełniaczem włóknistym opisano w pracy [6A]. Przedstawiono wpływ zawartości poroforu (Hydrocerol CF), napełniacza w postaci włókien szklanych oraz temperatury formy na wybrane właściwości wyprasek z PA6 (Bazamid PA6 Natural i Bazamid PA6 GF30 Natural). Porofor dodawano do tworzywa w ilościach 0,5 i 1% wag., natomiast włókno szklane w ilościach 15 i 30% wag. Badano również dla porównania właściwości wyprasek z PA6 litych i nienapełnionych. Wypraski wtryskiwano przy trzech różnych wartościach temperatury formy (60, 75 i 90 ºC). Plan eksperymentu został przygotowany przy użyciu metody Design of Experiments (DoE). Przedstawiono wyniki badań wybranych właściwości wyprasek: masy, grubości, twardości, udarności, wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia przy maksymalnej sile, wykonano także badania stanu powierzchni wyprasek (połysk i kolor). Artykuł przedstawia również badania mikroskopowe (metodą SEM) wyprasek z poroforem i włóknem szklanym. Stwierdzono, że zawartość włókien szklanych ma większy wpływ na właściwości mechaniczne wyprasek niż dodatek poroforu. Obecność napełniacza włóknistego w postaci włókna szklanego w tworzywie przetwarzanym nie wpływa w sposób istotny na występowanie porów w wypraskach, ale istotnie wpływa na zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych (zwiększenie masy, wytrzymałości na rozciąganie i udarności). Zastosowanie poroforu w ilości 1% wag. pozwoliło skrócić czas cyklu wtryskiwania poprzez zredukowanie czasu i ciśnienia docisku, bez znaczącego pogorszenia właściwości wyprasek. Wypraski porowate charakteryzowały się niższą masą niż wypraski lite, przy niewielkim zmniejszeniu właściwości wytrzymałościowych. Dodanie poroforu do tworzywa przetwarzanego przyczyniło się również do zmniejszenia twardości wyprasek, a także istotnie wpłynęło na ich kolor. Temperatura formy ma wpływ zwłaszcza na połysk wyprasek i wielkość porów. Przy wyższej wartości temperatury formy otrzymuje się niewielką ilość porów o dużej średnicy, co wykazano w badaniach strukturalnych. Wytwarzanie odlewów porowatych z dyspersji wodnych polimerów Wytwarzanie odlewów porowatych z dyspersji styrenowo-akrylowej było tematem dwóch moich autorskich patentów [9A] i [10A], opracowanych w 2014 roku i przyznanych w roku Patenty dotyczyły Sposobu wytwarzania wyrobów kształtowych z materiału 14

16 porowatego oraz Sposobu wytwarzania wielkogabarytowych wyrobów z materiału porowatego. Oba patenty zostały nagrodzone łącznie sześcioma medalami na międzynarodowych wystawach [6U] [7U] [8U] [9U] [10U] [11U]. Wyniki badań w ramach patentów zostały przestawione w 2017 roku podczas XIII Konferencji Naukowo-Technicznej Kierunki Modyfikacji i Zastosowań Tworzyw Polimerowych, w Rydzynie, zdobywając uznanie uczestników. Następnie rozwinięty opis metody wytwarzania odlewów porowatych i badania ich wybranych właściwości przedstawiłem w autorskim artykule z listy filadelfijskiej [8A]. W pracy tej, przedstawiono innowacyjną metodę wytwarzania odlewów porowatych z wodnej dyspersji polimerowej (styrenowo-akrylowej) z odpadami drzewnymi. Opisywana metoda formowania porowatych wyrobów z mieszanek, w których spoiwem są wodne dyspersje polimerów umożliwia wytwarzanie wyrobów drewnopodobnych, o strukturze zbliżonej do struktury korka. W badaniach użyto dyspersji wodnej polimeru styren/akryl DL420 G / DL420F firmy Brenntag. Ponadto stosowano napełniacz w postaci mączki drzewnej z dodatkiem zmielonej płyty MDF. Istotą opisywanego rozwiązania jest to, że proces zestalania uformowanych wyrobów podzielony jest na dwa etapy. W pierwszym etapie mieszanina dyspersji, wody i napełniacza jest ochładzania do temperatury poniżej 0 ºC, przez co zmienia stan skupienia z ciekłego na stały. Zamrożenie napełnionej dyspersji wywołuje: koagulację i osadzanie się polimeru na cząstkach napełniacza, prasowanie izostatyczne ciśnieniem zamarzającej wody dociska cząstki napełniaczy. Zamrożenie dyspersji umożliwia wyjęcie wyrobu z formy. W drugim etapie rozmrażana woda odparowuje, a utwardzenie wyrobu następuje w wyniku złączenia cząstek napełniacza polimerem (lub dodatkowo, hydratacją spoiwa mineralnego, co będzie opisywane w przyszłych pracach autora). Wytworzone polodowe pory ułatwiają odparowanie wody z wnętrza wyrobu. W ramach pracy doświadczalnej wykonano szereg badań, mających na celu określenie optymalnych proporcji dyspersji styrenowo-akrylowej, napełniacza w postaci mączki oraz zmielonej płyty MDF oraz wody. Przedstawiono sposób wykonywania odlewów o różnych właściwościach, oraz opisano wyniki badań ich wybranych właściwości (gęstość, wytrzymałość na ściskanie). Przedstawiono również wyniki badań strukturalnych. Opisano możliwości aplikacji rozwiązania patentowego m.in. w przemyśle meblarskim do wytwarzania płyt, w budownictwie do wytwarzania paneli izolacji akustycznych i cieplnych o lepszych właściwościach mechanicznych niż styropian, do wykonywania odlewów artystycznych, do wytwarzania filtrów, przy recyklingu farb dyspersyjnych poprzez stosowanie ich do produkcji odlewów, zasugerowano również dodanie spoiwa hydraulicznego w celu uzyskiwania betonów modyfikowanych. 15

17 Podsumowanie pracy badawczej W omawianych pracach przeprowadzono badania eksperymentalne procesu porowania tworzyw wtryskiwanych z wykorzystaniem metod planowania eksperymentu. Zbadany został wpływ warunków przetwórstwa oraz budowy kanałów przepływowych narzędzi przetwórczych na przebieg procesu porowania i właściwości wyprasek. Do głównych osiągnięć pracy naukowej w zakresie konstytuowania struktury i właściwości kompozytów polimerowych porowatych w procesach ich przetwórstwa można zaliczyć następujące ustalenia: Stosowanie poroforów egzotermicznych powoduje powstawanie w tworzywie struktury gęsto porowatej, o dużej liczbie porów. Rozpoczęty rozkład egzotermicznego środka porujacego zachodzi w niekontrolowany sposób, nawet gdy zatrzymane jest doprowadzanie ciepła potrzebne do rozkładu. Stosowanie poroforów endotermiczych przyczynia się do otrzymywania jednorodnej porowatej struktury. Uzyskane pory mają kształt kulisty lub zbliżony do kulistego. Uwalnianie gazu ze środka porującego w trakcie przetwórstwa kończy się po zatrzymaniu doprowadzania ciepła. Temperatura formy ma istotny wpływ na wielkość porów w wypraskach. W przypadku niższej temperatury formy występują liczne, drobne pory o małej średnicy w rdzeniu wypraski, co jest korzystne ze względu na ich właściwości wytrzymałościowe. Wyższa temperatura formy sprzyja rozrostowi i łączeniu się porów. Otrzymuje się wówczas wypraski o dużych, nielicznych porach, które działają jak karb, powodując osłabienie wyprasek. Ciśnienie uplastyczniania i dekompresja po dozowaniu ma wpływ na właściwości wyprasek porowatych. Udział struktury porowatej w wypraskach jest odwrotnie proporcjonalny do wartości dekompresji po dozowaniu oraz ciśnienia i czasu docisku. Zastosowanie poroforu pozwala na uzyskiwanie wyprasek o dużej dokładności wymiarowej, bez zapadnięć i dostatecznie dobrych właściwościach mechanicznych, zbliżonych do właściwości wyprasek litych. Dodanie niewielkiej ilości poroforu pozwala na skrócenie czasu docisku, a przez to czasu całego cyklu wtryskiwania. 16

18 Intensywność ścinania ma znaczący wpływ na ilość i wielkość porów powstałych w wypraskach. W strefie gniazda formy o większej wysokości, gdzie czas zestalenia tworzywa jest najdłuższy a intensywność ścinania najmniejsza, występują korzystne warunki dla powstawania porów o dużej średnicy. Ponadto w strefach oddalonych od miejsca doprowadzenia tworzywa pory mogą być większe niż w obszarach blisko przewężki. Dodatek napełniacza w postaci talku umożliwia uzyskanie drobnoporowatej struktury w wypraskach porowatych. Jest to możliwe, ponieważ talk może działać jako czynnik zarodkujący proces porowania, na co wskazują publikowane wcześniej dane w literaturowe. W wyniku tego, wypraski z tworzywa z poroforem i talkiem mają niską masę, lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu do wyprasek litych i nienapełnionych. Zastosowanie napełniacza gruboziarnistego (w postaci piasku kwarcowego) wpływa na zmniejszenie efektu porowania. Dodatek napełniacza włóknistego (w postaci włókien szklanych) ma większy wpływ na właściwości mechaniczne wyprasek niż dodatek poroforu. Obecność napełniacza włóknistego w tworzywie przetwarzanym nie wpływa w sposób istotny na występowanie porów w wypraskach, ale istotnie wpływa na zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych uzyskanych wyprasek. Możliwe jest wytwarzanie polimerowych porowatych materiałów kompozytowych innymi metodami, np. poprzez wytwarzanie odlewów porowatych z dyspersji wodnych polimerów (patenty [9A] i [10A], praca [8A]). Wyniki przeprowadzonych badań eksperymentalnych oraz dogłębna analiza struktury wyprasek wtryskowych stanowić mogą istotny wkład w rozwój nauki z zakresu inżynierii materiałowej oraz przetwórstwa tworzyw polimerowych. Umożliwią wytwarzanie materiałów o strukturze gradientowej, litym naskórku i porowatym rdzeniu, z tworzyw termoplastycznych i ich mieszanin zawierających porofor i napełniacze proszkowe lub włókniste. Wprowadzenie napełniaczy do tworzywa z poroforem pozwala na uzyskiwanie wytworów charakteryzujących się małą masą i dobrymi właściwościami mechanicznymi dzięki wzmacniającemu działaniu napełniaczy. Przebadano i opisano też nowatorską, odmienną od wtryskiwania metodę pozwalającą na uzyskiwanie kompozytów porowatych: wytwarzanie odlewów porowatych z dyspersji styrenowo-akrylowej. Prace badawcze w ramach tego zagadnienia znalazły światowe uznanie (zostały nagrodzone licznymi medalami), przyznano dwa monoautorskie patenty, a wyniki 17

19 zostały opublikowane w artykule w czasopiśmie z listy filadelfijskiej. Prace w tym temacie będą również stanowiły cel moich przyszłych badań. 5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo badawczych 5.1. Publikacje Prace, których nie uwzględniłem w punkcie 4 są wynikiem podejmowania różnych tematów naukowych. Dotyczą one bardzo szerokiego zakresu przetwórstwa tworzyw polimerowych. W szczególności pozostałe moje zainteresowania naukowe obejmowały zagadnienia dotyczące procesu wytłaczania, w tym również wytłaczania z rozdmuchiwaniem. Z zakresu tej tematyki opracowałem wraz ze współautorami szereg artykułów (punktowanych na listach ministerialnych czasopism A i B) [2C] [3C] [7C] [10C] [15C] [17C] [25C] [26C] [30C], oraz otrzymałem (jako współautor) dwa patenty [3G] [4G] (wymienione w dalszej części niniejszego autoreferatu). Do innych prac punktowanych, które swoją tematyką obejmują pozostałe aspekty przetwórstwa tworzyw polimerowych można zaliczyć: [8C] [16C] [21C] [22C] [23C] [27C] [32C] [34C] [35C]. Poniżej opisałem moje dokonania naukowe w tematyce dotyczącej technologii wytłaczania tworzyw polimerowych. W rozwiązaniu patentowym [3G] i w pracach [2C] [7C] [10C] [15C] [17C] przedstawiono nowe rozwiązanie konstrukcyjne głowicy wytłaczarskiej do wytwarzania rur z tworzyw polimerowych, zwłaszcza z polietylenu. Głowica ta umożliwia wytłaczanie rur o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej z wykorzystaniem standardowej linii technologicznej wytłaczania. Konstrukcja głowicy jest stosunkowo prosta, a jej wykonanie i użytkowanie nie stwarza problemów technologicznych. Przesłankami do rozwiązania tego zadania były właściwości przetwórcze tworzywa, a mianowicie wzrost jego wytrzymałości w wyniku rozciągnięcia łańcucha polimeru i jego skręcenia. Cechą charakterystyczną opisywanej głowicy jest to, że część stożkowa rdzenia od strony dyszy oraz część stożkowa dyszy od strony rdzenia mają na swych powierzchniach zwoje rozmieszczone wzdłuż linii śrubowej. Zwoje te są przesunięte względem siebie, tworząc kanał kształtujący przepływ strumienia uplastycznionego polimeru. Tworzywo przepływające przez kanał dyszy zostaje skręcone po linii śrubowej. Powoduje to w rezultacie wzrost wytrzymałości doraźnej rury na ciśnienie wewnętrzne. W niniejszych pracach opisano również aktualny stan wiedzy o tego typu głowicach wytłaczarskich oraz przedstawiono matematyczną interpretację wzrostu wytrzymałości rur polimerowych w procesie wytłaczania. Zaproponowane rozwiązanie konstrukcyjne głowicy 18

20 umożliwia stosunkowo prosty i tani sposób produkcji rur o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej z tworzyw polimerowych. W rozwiązaniu patentowym [4G] przedstawiono innowacyjne rozwiązanie konstrukcji ślimaka do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Jest to ślimak do przetwórstwa tworzyw zwłaszcza barwionych, oraz tworzyw napełnianych i tworzyw charakteryzujących się małą różnicą pomiędzy temperaturą uplastyczniania i temperaturą degradacji. Na skutek zastosowania śrubowo kanałowej powierzchni ślimaka, możliwa jest lepsza niż w przypadku ślimaków konwencjonalnych, homogenizacja tworzywa. Ponadto w artykule [30C] omówiono cechy charakterystyczne ślimaka oraz sposób jego wykonania obróbką skrawaniem (technologią wierszowania). Zmodyfikowany konstrukcyjnie ślimak przedstawiono we wzorze użytkowym [1I]. W artykule [26C] przeanalizowano wpływ stopnia krystaliczności na twardość rur polimerowych. Przedmiotem badań były rury z HDPE do transportu gazu i wody. Określono stopień krystaliczności metodą DSC w całym przekroju ścianki rury. Zbadano jaki wpływ na stopień krystaliczności HDPE ma sposób chłodzenia wodą w linii wytaczarskiej. Dokonano oceny twardości rur w zależności od stopnia krystaliczności tworzywa. Przedstawiono też mikrostrukturę przekroju ścianki rury. Z przeprowadzonych badań wynika, że krystaliczność warstw zewnętrznych oraz ich twardość zależna jest w dużej mierze od warunków ochładzania. Intensywne ochładzanie tworzywa wodą o temperaturze 20 ºC sprzyja zahamowaniu wzrostu sferolitów, co skutkuje większym udziałem fazy amorficznej w tworzywie i w rezultacie mniejszą twardością. Mniej intensywne ochładzanie powietrzem w temperaturze otoczenia (20 ºC) przyczynia się do zwiększenia twardości rur na skutek dłuższego czasu rozrostu sferolitów. Różnice te są jednak stosunkowo niewielkie i nie powinny wpływać w sposób istotny na właściwości użytkowe rur, głównie na ich wytrzymałość na ciśnienie wewnętrzne. Twardość warstwy zewnętrznej rur może być istotnym czynnikiem ze względu na możliwość zarysowań podczas ich transportu i montażu, szczególnie w przypadku rur do przesyłu paliw gazowych. W badaniach mikroskopowych zaobserwowano podobną strukturę tworzywa dla obu rur. W obu przypadkach rozmiar krystalitów obszarze rdzenia wytłoczyny jest mniejszy w kierunku warstwy wierzchniej i większy w obszarze środkowym przekroju rury. W artykule [3C] przedstawiono wyniki wypływ rodzaju tworzywa PE oraz warunków procesu przetwórstwa prowadzonego metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem, na wyroby w postaci butelek. Zwrócono szczególną uwagę na takie warunki procesu jak: prędkość wytłaczania oraz temperatura przetwórstwa polietylenu, które warunkują uzyskanie odpowiedniej jakości wytłoczyny (wytłaczanych butelek z HDPE i LDPE). Przedstawiono wyniki pomiarów masy 19

21 oraz barwy wytłoczonych butelek. Wykazano, iż masa butelek z polietylenu zależna jest w znacznym stopniu od prędkości wytłaczania. Wynika to z faktu, że zwiększenie wartości natężenia przepływu strumienia tworzywa w układzie uplastyczniającym wytłaczarki skutkuje zwiększeniem objętości wytłaczanego tworzywa. Istotny wpływ na masę wytworów ma również wskaźnik szybkości płynięcia tworzywa i w mniejszym stopniu temperatura wytłaczania. Mniejsza wartość wskaźnika szybkości płynięcia HDPE skutkuje mniejszą ilością tworzywa wytłaczanego w danej jednostce czasu, a tym samym mniejszą masą wytłoczyny. Ze wzrostem prędkości wytłaczania zwiększa się grubość ścianki butelki. Badanie wytłoczyny z LDPE metodą DSC nie wykazało istotnej zmiany udziału fazy krystalicznej w tworzywie na skutek odmiennych warunków przetwórstwa. Prędkość i temperatura wytłaczania mają wpływ na stopień krystaliczności jedynie w przypadku tworzywa HDPE. Prędkość wytłaczania ma ponadto istotny wpływ na kolor wytworów. W pracy [25C] przedstawiono charakterystykę procesu wytłaczania z rozdmuchiwaniem folii jednowarstwowej przy zastosowaniu trzech rodzajów tworzyw poliolefinowych (LDPE, HDPE i PP). Zaprezentowano pomiary oraz badania wpływu zmiany warunków technologicznych procesu przetwórstwa na parametry charakteryzujące rozciąganie rozdmuchiwanej folii oraz właściwości geometryczne otrzymanej folii jednowarstwowej. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że grubość otrzymanej folii jest determinowana głównie masowym natężeniem przepływu tworzywa, średnicą wytłaczanej folii rurowej, ilością i ciśnieniem powietrza rozdmuchującego oraz prędkością odbierania folii. Stopień rozciągania folii w kierunku poprzecznym nie zależy w zauważalny sposób od zmiany warunków procesu technologicznego. Wyznaczony stopień rozciągania folii w kierunku wzdłużnym, dla badanych tworzyw, zależny jest od prędkości odbierania i rozciągania folii, realizowanej poprzez zmianę prędkości walców urządzenia odbierającego. W przypadku LDPE i PP stwierdzono sześciokrotny wzrost stopnia rozciągania folii, natomiast dla HDPE, stopień rozciągania folii wzrasta ponad trzykrotnie. Jednocześnie trzeba zauważyć, że rozważana ocena jest miarodajna w odniesieniu do stosowanych tworzyw i tylko w stosowanym zakresie zmiany parametrów procesu wytwarzania folii. Dalsze badania rur wytworzonych z tworzyw polimerowych w zakresie oceny wpływu warunków eksploatacji na ich właściwości realizowałem wspólnie z mgr inż. Mateuszem Chyrą w ramach jego rozprawy doktorskiej, której byłem promotorem pomocniczym [1W]. W części badawczej tej pracy wykonano symulację starzenia promieniami ultrafioletowymi oraz starzenia elektrochemicznego rur przeznaczonych do transportu gazu, wody oraz ścieków. Dokonano analizy porównawczej próbek badawczych wyciętych z rur niestarzonych oraz 20

22 starzonych. Na podstawie wykonanych badań określono, że zarówno proces starzenia promieniami ultrafioletowymi, jak i starzenia elektrochemicznego wywołuje istotne zmiany właściwości termicznych, mechanicznych, fizycznych oraz elektrycznych badanych rur. W próbkach poddanych starzeniu wykazano zmniejszenie stopnia krystaliczności tworzywa oraz zmiany wartości jego temperatury topnienia. Wykazano również, że po procesie starzenia nastąpiło pogorszenie właściwości mechanicznych rur. Stwierdzono zmniejszenie ich wytrzymałości na rozciąganie oraz twardości. W starzonych rurach wystąpiły zmiany barwy i połysku, wzrost wartości oporności powierzchniowej oraz zmniejszenie gęstości. W badaniach mikrostruktury zaobserwowano ponadto nieznaczne różnice w budowie wewnętrznej próbek przed i po procesie starzenia. Opisane zmiany dotyczyły jednakże głównie rur jednowarstwowych, natomiast w rurach trójwarstwowych, przeznaczonych do przesyłania ścieków, wykazano jedynie zmiany właściwości ochronnego płaszcza zewnętrznego. W części badawczej rozprawy doktorskiej wykonano analizę numeryczną oraz badania eksperymentalne odkształcenia rury pod wpływem różnych wartości obciążenia zewnętrznego. Na podstawie zrealizowanych badań stwierdzono zgodność wyników uzyskanych w symulacjach komputerowych z eksperymentem. Wszystkie pozostałe prace można podzielić na dwie grupy: pierwszą grupę stanowią prace obejmujące okres do obrony pracy doktorskiej (od 2007 r. do września 2011 r.), drugą grupę stanowią prace, które realizowałem po obronie pracy doktorskiej (od października 2011 r.). Należą do nich następujące pozycje: Przed obroną pracy doktorskiej: [1B] Bociąga E., Palutkiewicz P.: Wybrane właściwości i struktura wyprasek wtryskowych o różnej grubości ścianki. Kompozyty, 2008, 8, nr 3, s , ISSN , [2B] Gnatowski A., Palutkiewicz P., Bociąga E.: Numerical Analysis of Stress State During Single Point Bending in DMTA Examinations. Achievements in Mechanical and Materials Engineering, 2008, 28, nr 1, s.47-50, ISSN , [3B] Bociąga E., Palutkiewicz P.: Elastomery stosowane do wytwarzania elastycznych form przetwórczych. Przetwórstwo Tworzyw, 2008, nr 3, 14, s.64-69, ISSN , 21