A kutatásaival alapjaiban megváltoztathatja a szálerősítésű polimer kompozitok ipari hasznosítását és elterjedését a BME GPK Bolyai-ösztöndíjjal kitüntetett adjunktusa.

„Mindig is szerettem a nagy kihívásokat és az izgalmas mérnöki feladatokat. Az elmúlt években szerencsés helyzetben voltam, hiszen olyan tudományos problémákat oldhattam meg, amelyek azelőtt fel sem vetődtek” – vallotta legújabb kísérleteiről Czél Gergely, a Gépészmérnöki Kar Polimertechnika Tanszék és az MTA-BME Kompozittechnikai Kutatócsoport munkatársa, akinek úttörő tudományos eredményeit az Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíjjal ismerte el (dolgozatának címe: „Nagy teljesítményű, károsodást tűrő, jelző kompozit anyagok kifejlesztése” – a szerk.).

A fiatal tudós tágabb kutatási területe a szálerősítésű polimer kompozitok (nagy szilárdságú, merev szálak és deformálható befoglaló anyag társításával létrehozott összetett anyagok– a szerk.) továbbfejlesztése, a tulajdonságaik vizsgálata és javítása, valamint célirányos tervezési módszerek kifejlesztése az újszerű anyagokból készült alkatrészekhez. „A nagy szilárdságú és merevségű, jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkező és kis sűrűségű kompozitokat előszeretettel alkalmazzák például a repüléstechnikában és a motorsportokban, ám kivételesen kedvező tulajdonságaik ellenére nem terjedtek el széles körben. A kompozit anyagok ugyan számos előnyös tulajdonsággal rendelkeznek, ám ’ridegek’, azaz tönkremenetelük hirtelen, nem fokozatosan megy végbe. Ez a legfőbb oka, hogy az építő- és a járműiparban mellőzik ezen anyagokat” – hívta fel a figyelmet szakterülete egyik legégetőbb problémájára Czél Gergely, aki a fémek rendkívül kedvező, biztonságos, úgynevezett „szívós” tönkremeneteléhez hasonló jellemzők elérését tűzte ki célul nagy teljesítményű szálerősített polimer kompozitok alkalmazásával. „A károsodást jól tűrő kompozitok kifejlesztése és bevezetése áttörést hozhat, és alapjaiban változtathatja meg az anyagcsaládról kialakult képet a mérnökökben” – fűzte hozzá azzal, hogy szívós kompozitok alkalmazásával például biztonságosabbá tehetők a szénszálas kerékpárvázak, és nagy szilárdságú földrengésbiztos épületek tervezhetők.

Okkal feltételezhető, hogy az acéllemez alternatívájaként az autóipar is számításba venné a biztonságos tönkremenetelű, kis sűrűségű kompozitokat, amelyekkel csökkenthető lenne az üzemanyag-fogyasztás. A nehezen előre jelezhető tönkremenetel miatt ugyanis óvatos és biztonságra törekvő tervezési elvek vannak érvényben, ám ezeknek köszönhetően legtöbbször túlméretezik az alkatrészeket, jelentősen megnövelve az adott szerkezet tömegét és csökkentve a teljesítményét. Gergely kutatásainak további célja, hogy a kompozit anyagokban az idő előrehaladásával, ám még a tönkremenetel előtt kimutassa a halmozódó károsodást. „E törekvéssel növelhető a biztonság, hiszen intő jelek figyelmeztetik a felhasználót az élettartam végének közeledtére még a törés előtt” – tette hozzá.

Czél Gergely a támogatási időszak első évében a korábban létrehozott szívós, egy irányban erősített kompozitokat (ahol a szálak egymással párhuzamosan, egy irányban futnak az anyagban) fejleszti tovább több irányú erősítő szerkezet alkalmazásával, majd szakítóvizsgálatokkal elemzi a tönkremeneteli folyamatot. A második évben a kifejlesztett szívós viselkedésű anyagok károsodást jelző funkcióját elemzi, szintén szakítóvizsgálatok elvégzésével. A kísérletekben nagy hangsúlyt szándékozik fektetni a nyúlások optikai úton történő pontos mérésére. A harmadik évben a dinamikus vizsgálatoké lesz a fő szerep, így például a becsapódás utáni nyomóvizsgálaté. A két lépcsős kísérlet a repülőgépipar elvárásait teljesítve először egy adott energiájú ütést (például ütközés egy jégdarabbal vagy madárral) modellez, majd az ütés hatására károsodott próbatest maradó nyomószilárdságát mutatja meg. „Várakozásaim szerint a kutatási időszak végére az ipar számára is közvetlenül hasznosítható, az „előző generációs” anyagokkal összehasonlítva jobb tönkremeneteli tulajdonságokkal rendelkező kompozitok előállítására leszünk képesek. Komoly előrelépést várok az új anyagok károsodásának követésében is” – fejtette ki a díjazott. Úgy véli, hogy kutatási eredményei olyan új területeken (járműipar, épületszerkezetek) tehetik lehetővé a szálerősített kompozitok alkalmazását, amelyeken eddig biztonsági szempontok miatt kerülték használatukat.

Czél Gergely 4 éve foglalkozik a „szívós” kompozit anyagok kifejlesztésével. Ilyen irányú kísérleteit a Bristoli Egyetem Kompozit Kutató Intézetében (Advanced Composites Centre for Innovation and Science, ACCIS) indult 6 éves „HiPerDuCT” elnevezésű program keretében kezdte meg. „A téma akkoriban teljesen új és ismeretlen volt. A terület szakemberei már legalább egy évtizede egyetértenek abban, hogy a rideg tönkremenetel a kompozit anyagok elterjedésének az egyik legnagyobb gátja, ennek ellenére nem folyt jelentős kutatás a tönkremenetel javítása érdekében” – emlékezett vissza a szakmai pályafutása egyik döntő állomására a műegyetemi kutató, aki 3 év után tért haza Magyarországra az MTA-BME Kompozittechnikai Kutatócsoportba.

„Mindig szerettem nagy fába vágni a fejszémet, így tettem a mostani kísérleti tervemben is. Úgy éreztem, hogy ha ezen a területen sikerül jelentős eredményeket felmutatnom, azzal nemcsak a kompozit alkatrész gyártóknak kínálhatunk jobb anyagokat, hanem alapjaiban változtathatjuk meg a mérnökök vélekedését a kompozitokról, és az óvatos tervezési irányelveket” – osztotta meg a magát elsősorban kísérleti kutatónak valló szakember. „Soha nem riadtam vissza a ’piszkos’, azaz kétkezi munkától. A mérnöki munkát szerintem nehéz kizárólag asztal mellett, papíron vagy képernyőn végezni. Érdemes a kísérleti munka izgalmát a sikerekkel és kudarcokkal együtt személyesen átélni. Élvezem a labormunkát, azzal együtt, hogy ha valamit elrontok, akkor akár több heti munkát is tönkretehetek egyetlen mozdulattal.”

Gergely jelenleg az MTA Posztdoktor Kutatója, így keveset oktat, elsősorban kutatásaira összpontosít. Egy év múlva jár le kutatói ösztöndíja, az után több tanítási feladatot vállal majd. „Valódi kihívás lesz mindkét területen a lehető legtöbbet nyújtanom” – osztotta meg érzéseit. „Helyénvalónak találom, hogy a tudományos pályán haladva az oktatás és a kutatás aránya időről időre módosul. Számomra mindkét terület érdekes.”

Az Akadémia díjazott kutatója a jövőben egy régi közös terv megvalósítását is tervezi témavezető professzorával, Czigány Tibor akadémikussal: egy magyar nyelvű „Kompozit” könyv megírására készülnek. Szeretne előrelépni a tudományos ranglétrán is, Bolyai-ösztöndíjasként az MTA doktori cím megszerzéséhez szükséges tudományos eredményeit kívánja gyarapítani.

TZS - TJ