Strona główna

Archiwum z roku 2002

Spis treści numeru 11/2002

Rura w rurze
Poprzedni Następny

Badania naukowe

Prof. Sikora ma na swoim koncie 56 patentów z dziedziny polimerów. 
Młodzi robią kariery naukowe, doktoraty i habilitacje. 
Ich badaniami i pomysłami interesuje się gospodarka.

Piotr Kieraciński

Fot. Piotr Kieraciński

Dr hab. Janusz Sikora, prof. PL, przy wytłaczarce

Jednym z wyznaczników technologicznego rozwoju gospodarki kraju jest wykorzystanie nowoczesnych materiałów, w tym polimerów. Pod tym względem Polska należy w Europie do państw średnio rozwiniętych. Przetwarzaniem tworzyw polimerowych, czyli wytwarzaniem z nich różnych produktów, zajmuje się u nas ok. 6,5 tys. zakładów. Są to zazwyczaj niewielkie przedsiębiorstwa rodzinne. Zatrudniają w sumie ok. 100 tys. osób. Te firmy produkują tylko połowę produktów z tworzyw polimerowych, które wchłania nasza gospodarka. Drugą połowę importujemy. Łatwo spotkać się z opinią, że ta druga połowa to produkty bardziej zaawansowane technologicznie.

– Nie zawsze jest to prawda – mówi prof. Robert Sikora, kierownik Katedry Procesów Polimerowych Politechniki Lubelskiej. Jego słowa znajdują potwierdzenie w medalach przyznanych kierowanemu przez niego zespołowi za wynalazki dotyczące przetwarzania polimerów. W 2000 r. podczas 49. Wystawy EUREKA w Brukseli, złoty medal z wyróżnieniem za nowatorską konstrukcję wytłaczarki do tworzyw polimerowych oraz srebro za metodę i aparaturę do pomiaru trybologicznego. Potem była jeszcze III nagroda na wystawie w Trincu za ekologiczną papę i złoto na 30. Międzynarodowej Wystawie Wynalazków, Techniki i Nowych Produktów w Genewie wiosną 2002 – dla kolejnego modelu wytłaczarki. – Te medale nie są, co prawda, medalami za osiągnięcia sportowe, ale podobnie jak naszych medali nie byłoby bez polimerów, tak bez polimerów ani Jacek Wszoła ani Adam Małysz nie skakaliby tak daleko – żartuje prof. Sikora, dodając, że uzyskiwanie coraz lepszych rezultatów w sporcie, z jednej strony, wynika z coraz lepszych metod treningu, a z drugiej – ze stosowania coraz doskonalszego sprzętu, w którego budowie wykorzystuje się polimery.

W EKSTREMALNYCH WARUNKACH

Mówiąc o polimerach w Politechnice Lubelskiej nie mamy na myśli opracowywania technologii produkcji tworzyw polimerowych – tym zajmują się chemia i technologia chemiczna – ale przetwarzanie polimerów. To dziedzina, którą zajmuje się mechanika. Polimery to bardzo różnorodna grupa związków chemicznych i równie bogaty jest zestaw metod i technologii ich przetwarzania. W grę wchodzą tu m.in.: wtryskiwanie, odlewanie, wytłaczanie, kalandrowanie, kształtowanie próżniowe, walcowanie, rozciąganie. Każda z metod daje inne rezultaty i stosowana jest do innych rodzajów tworzyw i produktów. Najważniejsze, z punktu widzenia powszechności stosowania w gospodarce, są dwie metody przetwarzania polimerów: wytłaczanie i wtryskiwanie.

Zespół, którym kieruje prof. Sikora zajmuje się wytłaczaniem. Różnica między wtryskiwaniem a wytłaczaniem polega na tym, że pierwsze jest procesem cyklicznym – polega na wlaniu masy do formy – a drugie ciągłym. Wytłaczanie dokonuje się przy pomocy głowicy, z której wyprowadzany jest przedmiot: może to być rura, węże, dreny medyczne, różnego rodzaju kształtowniki, np. listwy boczne w samochodach, profile okienne itd. Zespół z Katedry Procesów Polimerowych zajmuje się m.in. opracowywaniem technologii i urządzeń do procesu wytłaczania.
W regionie lubelskim istnieją zakłady produkujące rury dla telekomunikacji: kable światłowodowe w samym Lublinie – mieście, gdzie niegdyś zespół prof. Andrzeja Waksmundzkiego z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej jako jeden z pierwszych na świecie stworzył własną technologię wytwarzania włókien światłowodowych – a rury osłonowe w Sandomierzu. Wytwarza się zatem w tej części kraju komplet materiałów do instalowania dalekosiężnych sieci telekomunikacyjnych. Wszystko to robi się przy pomocy nowoczesnych wytłaczarek. Na świecie rozwinięta jest potężna gałąź przemysłu, zajmująca się produkcją maszyn tego rodzaju, maszyn nowoczesnych, utrzymujących bardzo wysokie standardy. W samych Niemczech jest ok. 80 fabryk produkujących wytłaczarki. Po co zatem zajmować się konstrukcją takich maszyn, skoro można kupić gotowe linie produkcyjne, zapewniające sukces produkcyjny?
Specjaliści z Politechniki Lubelskiej tłumaczą – wytłaczarka to urządzenie składające się z kilku części: układu uplastyczniającego, złożonego np. ze strefy zasypu tworzywa, przywiezionego w workach, strefy przemiany, w której przeprowadza się tworzywo w stan plastyczny, strefy dozowania oraz układu napędowego. Na końcu maszyny znajduje się głowica. To wszystko działa w ekstremalnych warunkach wysokiego tarcia, ciśnienia i temperatury. Wszystkie te układy i strefy oprzyrządowane są różnego rodzaju miernikami temperatury, ciśnienia, prędkości ślimaka itd. Aby móc kontrolować taki skomplikowany system, trzeba było nowoczesne wytłaczarki wyposażyć w elektroniczne urządzenia pomiarowe i kontrolujące, które wysyłają dane do procesora odpowiadającego za działanie całego urządzenia. Postęp w dziedzinie konstrukcji wytłaczarek oznaczał dotychczas coraz większą komplikację tych urządzeń. – A co za tym idzie – niebezpieczeństwo awarii – komentuje prof. Sikora. Jego zespołowi chodziło o poprawienie standardów jakościowych i eliminację części zawodnej elektroniki. W ten sposób powstały nowe typy wytłaczarek.

KOSZT WDROŻENIA

Fot. Piotr Kieraciński

Dr Tomasz Klepka przy
urządzeniu do pomiaru trybologicznego
kabla w rurze

Istotą pomysłu lubelskich wynalazców są rowki, które zmieniając swoją geometrię, np. kąt pochylenia i głębokość albo kąt i kierunek skręcenia oraz kształt przekroju poprzecznego, istotnie wpływają na proces wytłaczania. Nowe konstrukcje chronione są trzema patentami. Prof. Sikora zauważa, że dopiero patent pozwala mówić o wynalazku, bez niego można mówić jedynie o pomyśle.

Dr hab. Janusz Sikora, prof. PL, syn i współpracownik prof. Roberta Sikory, wylicza korzyści płynące z nowych rozwiązań: duża wydajność, stabilna praca, wysokie ciśnienie tworzywa, jednostajny wypływ tworzywa i jego duża jednorodność. To umożliwia przetwarzanie tworzyw o dużych ciężarach cząsteczkowych i napełnionych różnymi materiałami, które w innych maszynach bardzo łatwo ulegają degradacji wskutek rozerwania wiązań między cząsteczkami. W nagradzanych wytłaczarkach skonstruowanych przez lubelskich specjalistów można przetwarzać polietyleny o wysokiej gęstości, polisulfony i inne tworzywa konstrukcyjne, stosowane w technologiach lotniczych, kosmicznych, wojskowych i medycznych.

Jednak medale medalami, ale do produkcji jeszcze daleko. Prof. Sikora zauważa, że nasz rynek nie jest jeszcze gotowy na wchłanianie zaawansowanych technologii. Kierownicy i właściciele fabryk produkujących rury i kable telekomunikacyjne mówią mu, że nie mogą nadążyć z produkcją wg tradycyjnej technologii i nie są zainteresowani inwestycjami we wdrażanie nowych rozwiązań. Tymczasem koszt wdrożenia urządzenia opracowanego w Politechnice Lubelskiej ocenia się na milion dolarów. Na szczęście pomysłem zainteresowali się Amerykanie. Są perspektywy produkcji wytłaczarki. Co z tego będą mieli lubelscy uczeni? Patenty należą do uczelni. – Może będą jakieś honoraria? – zastanawia się prof. Sikora.

MIARA MOŻLIWOŚCI

Kolejny wynalazek także wiąże się z działalnością Katedry Procesów Polimerowych w obszarze telekomunikacji. Budowanie sieci dalekosiężnych, co dzieje się w Polsce na bardzo dużą skalę, wymaga technologii montowania kabli telekomunikacyjnych w rurach osłonowych. Stosowana obecnie metoda polega na „wstrzeliwaniu” kabla przy pomocy ciśnienia powietrza. Typowe „strzały powietrzne” pozwalają na przeprowadzenie kabla w rurze na odcinku 600 metrów. Oznacza to po pierwsze, że co 600 m trakcji telekomunikacyjnej trzeba wykonać „strzał”, a po drugie, że co 600 m trzeba zbudować studzienkę. Nowoczesne rury i kable pozwalają na wprowadzanie tą metodą kabla o długości 2 tys. m, czyli ponadtrzykrotnie dłuższego. Oznacza to ponad trzy razy mniej „strzałów” i tyleż razy mniej studzienek, a także o tyle mniej słabych miejsc linii telekomunikacyjnej, czyli połączeń odcinków kabla. Dla producentów rur i kabli oznacza to konieczność produkcji rur osłonowych o tak małym współczynniku tarcia, aby możliwe było przeciągnięcie przez nie jednorazowo 2 tys. m kabla, a z drugiej strony, takich kabli, które dadzą się w ten sposób „wstrzeliwać” w rury.
Wyprodukowała takie rury firma amerykańska, ale potrafią je także wyprodukować specjaliści z Lublina. Problem w tym, że aby taką rurę sprzedać, trzeba najpierw udowodnić, że spełnia ona wymieniowe wyżej wymogi. Metoda pomiaru i urządzenie do niego służące – nagrodzone w Brukseli srebrnym medalem – zbudował zespół prof. Sikory. Na wielkim metalowym bębnie nawinięta jest rura osłonowa. Wewnątrz niej umieszczany jest kabel telekomunikacyjny z zamocowanym na końcu ciężarem, modelującym opory związane z długością „strzału”. Do tego urządzenie, które z zadaną siłą przeciąga kabel przez rurę. W odpowiednich punktach zamontowano urządzenia pomiarowe. – W trakcie przeciągania kabla – mówi dr Tomasz Klepka – mierzymy, korzystając z autorskiego programu komputerowego, zadane parametry co 10 sekund. Bada się m.in. takie parametry, jak: prędkość przeciągania kabla, opór, jaki on stawia i amplitudę zmian oporu, siłę, jaka jest potrzebna do przeciągnięcia kabla, czynniki termiczne. Obecnie Katedra Procesów Polimerowych PL jako jedyna w kraju wykonuje tego rodzaju pomiary. Każda firma, która szuka kabli i rur odpowiedniej jakości, tylko tu może sprawdzić je przed wprowadzeniem do praktyki.

Po zaprezentowaniu metody i urządzenia na brukselskiej wystawie, przyszedł do prof. Sikory obszerny list z Bell Corporation z dokumentacją wskazującą, że firma ta dokonała podobnych pomiarów rok wcześniej. – Nasza metoda jest trochę inna niż ich, ale nie to jest najważniejsze – komentuje uczony. – Myśmy to samo osiągnęli w warunkach zacofania technologicznego i przy dużo mniejszych środkach finansowych. To jest miara naszych możliwości intelektualnych.

Prof. Sikora ma na swoim koncie 56 patentów z dziedziny polimerów. On i jego współpracownicy realizują granty KBN. Młodzi robią kariery naukowe, doktoraty i habilitacje. Ich badaniami i pomysłami interesuje się gospodarka. Absolwenci zaczynają pracę często jeszcze w czasie studiów. Prof. Sikora mówi, że działalność na polu wynalazczości to nie tylko wynik ciężkiej pracy i zbiorowego wysiłku. – Pomysł powstaje w samotnym, wolnym od stresów dnia codziennego umyśle, w chwilach, w których najmniej można się go spodziewać – mówi. W tej chwili jego zespół szykuje się do podjęcia kolejnego wyzwania. Firma z Bydgoszczy zamówiła u nich opracowanie technologii wytwarzania polimerowej... strzechy do krycia dachów. Ma być znacznie tańsza od naturalnej, wyglądać równie dobrze, a przy tym nie będzie posiadać podstawowej wady strzechy z trzciny czy słomy – będzie samogasnąca. Katedra przygotowuje się do udziału w 6. Programie Ramowym UE – zamierza wziąć udział w konsorcjum, które opracuje i wdroży nowy rodzaj polimerowych pokryć dachowych.

 

Komentarze