1. Az új Green Track környezetvédelmi gyűjtőtálca gyártása

A tálca a megadott technológiai utasítás szerinti anyagból, telítetlen poliészter gyanták Polikon családjából kiválasztott réteganyagból és felületi gélréteg gyantából készül. Az erősítésre különleges szövésű üvegszövetet használnak. A Polikon gyanta általános rendeltetésű formatestek kialakítására alkalmas, ivóvíz és élelmiszer tárolására is megfelelő anyag, fokozottan vegyszerálló. A tálca rétegrendi felépítéséhez tartozik, és elengedhetetlenül szükséges az az adalékanyag, amely az elektrosztatikai vezetőképességet biztosítja a tálcának. Ez az anyag a karbonszál. A karbonréteg a felületi sztatikai feltöltődés elektromos energiáját vezeti el a tálcákat összekötő elektromos vezetékeken keresztül a telephely EPH (földelési) rendszeréhez. A tálca rétegrendi felépítéséhez tartozik, és mindenképpen szükséges a teherhordó alátámasztó borda. A teherhordó borda egyik feladata, hogy a tálca a kapott terheléseket károsodás nélkül elviselje. Másik feladata, hogy a teherátadást biztosítsa a megadott és előre méretezett alátámasztásoknál. A terhet az aljaknak adja át a borda. A tálca fontos tulajdonsága, hogy nem igényel folyamatos alátámasztást.
A vegyszerálló és elektrosztatikailag vezető képességű tálcák gyártásához a gyantán kívül karbonszálat és üvegszövetet is használnak. A fokozottan vegyszerálló, de elektrosztatikailag nem vezető képességű tálcák gyártásához a normál gyanta helyett fokozottan vegyszerálló tulajdonságú gyanta alapanyagot használunk. A fenti anyagok felhasználásával előállított tálca kialakítását az ősminta és a gyártósablonok felhasználásával a gyártó telephelyén végezték [2].

2. Laboratóriumi anyagvizsgálatok

A Széchenyi István Egyetem két laboratóriumában került sor az anyagvizsgálatokra, melyek az alábbiakra terjedtek ki [3]:

• húzószilárdság vizsgálata öregítésekkel, vegyi kezelésekkel és ezek nélkül gyártási irányban (hosszirányban) és gyártási irányra merőlegesen (keresztirányban);
• hajlítószilárdság vizsgálata öregítésekkel, vegyi kezelésekkel és ezek nélkül gyártási irányban (hosszirányban) és gyártási irányra merőlegesen (keresztirányban);
• rétegek közötti nyírás vizsgálata öreg­ítésekkel, vegyi kezelésekkel és ezek nélkül gyártási irányban (hosszirányban) és gyár­tási irányra merőlegesen (keresztirányban) [4];
• átszúródással szembeni ellenállás vizsgálata kezeletlen próbatesteken;
• lineáris hőtágulási együttható mérése kezeletlen próbatesteken.

Az öregítések, vegyi kezelések az alábbiak voltak [3]:

• 168 órás +70 °C-os kezelés;
• 168 órás +70 °C-os kezelés 3%-os sóoldatban;
• 72 órás vegyi kezelés 20%-os háztartási sósavban;
• 72 órás vegyi kezelés H-lúgban (Na-hipoklorit 90, aktív klór 90 g/l);
• 72 órás vegyi kezelés Shell Cellus 150 hidraulika olajban;
• 25 fagyasztási-olvasztási ciklus –20 °C… +20 °C tartományban (25 napos kezelés).

Az anyagvizsgálatokhoz a releváns európai harmonizált vagy ISO szabványokat alkalmaztuk, illetve azokban az esetekben, ahol ilyen nem állt rendelkezésre, ott nem szabványos vizsgálatokat végeztünk el. A mérési eredmények kiértékelését a húzó-, hajlító- és rétegek közötti nyírási vizsgálatoknál az öregítések és vegyi kezelések hatására domborítottuk ki. Az átszúródással szembeni ellenállás és a lineáris hőtágulási együttható mérését kezeletlen próbatesteken végeztük, ezek esetében nem volt meghatározó szempont az öregítések és vegyi kezelések figyelembevétele. A mérési eredmények alapján mind a közúti, mind a vasúti Green Track tálcák korrekt módon, a megfelelő biztonsági tényezők számításba vételével méretezhetők [3].
 
2.1. A vegyi kezelések hatásának vizsgálata

A szakítóvizsgálathoz a próbatestek az MSZ EN ISO 527-4:1999 [3] szerint lettek kimunkálva: 70 db mintadarab, ebből 35 db hosszirányban, 35 db keresztirányban. Méretek: 250 mm (teljes hossz) × 25 mm (szélesség). A szakítóvizsgálatot az MSZ EN ISO 527-1:2012 [5] elő­írásai szerint, ’INSTRON’ 5582 típusú, 100 [kN]-os méréshatárú szakítógépen végeztük. A nyúlást hosszirányban AVE video-extenzométerrel mértük. A vizsgálati sebesség 2 mm/min volt. A mérés és a mérés kiértékelése ’Bluehill 2’ szoftverrel történt. A jeltávolság L0 = 50 mm.

A hajlítóvizsgálathoz a próbatestek az MSZ EN ISO 14125:1999 [5] szerint kerültek kimunkálásra: 70 db hajlítóvizsgálati próbatest, 35 db hosszirányban, 35 db keresztirányban. Méretek: 100 mm (teljes hossz) × 15 mm (szélesség). A vizsgálatot az MSZ EN ISO 14125:1999 [6] előírásai szerint, ’INSTRON’ 5582 típusú, 100 [kN]-os méréshatárú berendezésen végeztük. A vizsgálati sebesség 1 mm/min volt. A mérés és a mérés kiértékelése ’Bluehill 2’ szoftverrel történt. A hajlító vizsgálat során a próbatestet R1 = R2 = 5 mm sugarú görgők között vizsgáltuk. Az alsó két görgő középpontja közötti távolság L = 80 mm.
A nyírásvizsgálathoz a próbatesteket az MSZ EN ISO 14130:1999 [6] szerint munkáltuk ki a következők szerint: 70 db rétegek közötti nyíróvizsgálati próbatest, 35 db hosszirányban, 35 db keresztirányban. Méretek: 50 mm (teljes hossz) × 25 mm (szélesség). A vizsgálatot az MSZ EN ISO 14130:1999 előírásai szerint, ’INSTRON’ 5582 típusú, 100 [kN]-os mé­rés­határú berendezésen végeztük.
A vizsgálati sebesség 1 mm/min volt. A mérés és a mérés kiértékelése ’Bluehill 2’ szoftverrel történt. A hajlítóvizsgálat során a próbatestet R1 = 5 mm, R2 = 2 mm sugarú görgők között vizsgáltuk. Az alsó két görgő középpontja közötti távolság L = 25 mm.
Az elvégzett vizsgálattípusok során kapott anyagtulajdonságok változását a kezelések hatására az 1. ábra szemlélteti. A vizsgálatok kiértékelésénél 100%-nak a kezeletlen mintadarabok Student-eloszlási paraméterrel csökkentett átlagértékét (átlag–2,353 × szórás) vettük figyelembe, és ehhez az értékhez viszonyítottuk a többi mérési eredményt.

Következtetések:
A vizsgálati anyag tulajdonságait nézve a legnagyobb degradációt a 168 órás + 70 °C-os sós vízben és 72 órás savban való kezelés hatására érte el. Minden vizsgált anyagjellemző értéke jelentősen csökkent ezeknek a kezeléseknek hatására. Ezzel ellentétben, az olajban és lúgban való kezelés csak egyes anyagtulajdonságokra volt hatással. Összehasonlítva a normál melegítés és sós vizes kezelést, ki lehet mutatni, hogy a savas környezet megbontja az anyagszerkezetet.

 
2.2. Átszúródással szembeni ellenállás mérése

Az átszúródással szembeni ellenállást 200 × 200 mm-es szabad nyílású (támaszközű), kb. 230 × 230 mm-es próbatesteken végeztük el. A vizsgálati elrendezést a 2. ábra szemlélteti. Mind a négy oldalon volt feltámaszkodás, ellenben külön leerősítés (csavar, szegecs stb.) nem. A lemez közepén egy 6,5 mm-es átmérőjű „tűt” nyomtunk át, miközben regisztráltuk a nyomóerőt, valamint a benyomódás értékét. A vizsgálathoz külön szabvány nem tartozik.

A 4 mintájú statisztikai halmazok 95%-os megbízhatósági valószínűségéhez tartozó Student-eloszlási paraméterrel csökkentett átlagértéket (átlag–2,353 × szó­rás) vettük figyelembe, amely során a maximális benyomódási erő értéke FRK = 2,259 kN adódott. A vizsgált 4 minta erő-elmozdulás diagramját a 3. ábra, míg az átszúródáskor kapott vizsgálati eredményeket a 4. ábra mutatja. Megjegyzés: az 1…4 jelölés a 4 db elvégzett mérésekhez tartózó görbéket szemlélteti. Az illesztett közelítő görbe (fekete) nem a teljes adatsorra vonatkozik, felvételéhez csak a szakadó-erő eléréséig terjedő adattartományokat vettük figyelembe, viszont mind a 4 adatsort tartalmazza.

A vizsgálat tapasztalatai:
A tönkremenetel az anyagban a terhelési középponttól sugárirányban szétterjedő nyírási repedések formájában valósult meg. Az anyag a határteherbírásának kimerüléséig közel rugalmas-rideg viselkedést mutatott. A terhelés hatására „pecsétnyomás”-szerű tönkremenetel következik be. Az anyagszerkezeti változások hatására hirtelen teherbírás-csökkenést lehetett kimutatni. A vizsgálat során az anyag jelentős elmozdulásokat szenvedett, végei a csuklós megtámasztás hatására felemelkedtek a támaszokról. Összehasonlítva az adatokból kapott ~68 N/mm2-es átszúródással szembeni ellenállásértéket, egy átlagos testalkatú (90 kg-os) férfi egy lábon állva 150 cm2 felületen eloszló terheléssel 0,88 N/mm2, míg egy átlagos testalkatú (65 kg-os) nő 1 lábon állva tűsarkúban ~16 N/mm2 felületi terhelést jelent, azaz a vizsgált anyag jelentős biztonsági tartalékkal rendelkezik az átszúródással szemben.

2.3. Lineáris hőtágulási együttható mérése

A vizsgálat alapjául szolgáló szabvány az ISO 11359-2:1999 [7]. A szabványtól eltérő módon, nem 10,0 × 5,0 × 4,0 mm-es próbatesteket, hanem 10,0 × 10,0 × 5,0 mm-es próbatesteket munkáltunk ki. Ezeknek határoztuk meg a befoglaló méreteit századmilliméter pontosságú digitális tolómérő segítségével. A kísérlet során 20 °C hőmérsékletlépcsővel mértük a próbatestek hőtágulásból keletkező deformációit.

A vizsgálat tapasztalatai:
A vizsgált anyag szövetszerkezete nem homogén, szálas struktúrájú, ezért az anyag viselkedése nem izotróp, a vizsgálati anyag közepes lineáris hőtágulási együtthatója a = 4,57 10–5 [1/°K] = 4,57 10–5 [1/°C] adódott, mely megfelel az izotróp műanyagok 4 10–5…20 10–5 [1/°K] adattartományának. Azon belül is a polivinil-klorid (PVC) (5,04 10–5 1/°K)-nek vagy a polietilén-tereftalát (PET) (5,94 10–5 1/°K)-nak [8].

3. Az új Green Track gyűjtőtálca szerkezeti kialakítása

A tálca eddigi keresztbordás kialakítása, illetve az összefolyó központi elhelyezése megkívánta a teljesen szabályos 60, illetve 77 cm-es aljkiosztást. Tehát a telepítés előtt az aljrendezés is a feladatok közé tartozott. Jelen módosítással a keresztbordát felváltotta a hosszborda, a tálca közepébe pedig bekerült egy ovális vastagított terület, melyen belül bárhova helyezhető a lefolyócső. Így már a szabálytalan aljkiosztás nem akadálya az alkalmazhatóságnak. Tekintettel arra, hogy a Green Track polimer kompozit tálcák hosszirányban teherviselő szerkezetek, a kellő merevség elérése érdekében a lemezszerkezeteket hosszirányú merevítőbordákkal látták el, ezáltal a tálcák hajlítási merevsége – az eredeti állapothoz mérten – jelentősen megnőtt, adott teher hatására pedig a lehajlási értékek csökkentek. A jelen munkaszakasz során legyártott tálcák és az ősminta-prototípus (5. ábra) a pályázat megvalósítási helyszínén találhatók [1], [2].

4. Összefoglalás

Az elvégzett laboratóriumi vizsgálatok eredményeiből megállapítható, hogy az öregítések és a vegyi, valamint egyéb kezelések akár több tíz százalékkal módosítják a jellemző anyagparamétert a kezeletlen esethez képest. A Green Track közúti és vasúti tálcáknak nincs determinált gyártási iránya, ezért a biztonság javára való közelítés miatt az alábbi tervezési anyagparamétereket határozzuk meg (figyelembe véve a 95%-os megbízhatósághoz tartozó Student-eloszlási paramétert) [9].

• a Young-modulus esetén: E = 3,48 GPa,
• a szakítószilárdság esetén:
  Rm = 60,05 MPa,
• a hajlítószilárdság esetén:
  Rfm = 133,71 MPa,
• a nyírószilárdság esetén:
  Tfm = 133,71 MPa.

Az átszúródással szembeni ellenállás tervezési értéke: F = 2,259 kN a használt vizsgálati elrendezésben és anyagvastagsággal: kb. 5 mm.
A lineáris hőtágulási együttható tervezési értéke: a = 4,57 10–5 1/°C = 4,57 10–5 1/°K.
Az elkészített laborvizsgálati jelentésünk a Green Track közúti és vasúti környezetvédelmi tálcák laboratóriumi anyagvizsgálatait részletezi, azok eredményeit elemzi. Az eredmények felhasználhatók a Green Track tálcák szerkezeti tervezéséhez, illetve a jövőben a vizsgálatok és eredményeik alapját képezhetik a Green Track tálcák NMÉ (Nemzeti Műszaki Értékelési), esetlegesen ETA (Európai Műszaki Értékelési) engedélyének, illetve a CE jelének megszerzésében [9].

5. Köszönetnyilvánítás

Köszönjük Dinnyés Józsefnek (Shop­as­sis­tant Kft.), Hajdu Csabának (Hajna Hungary Kft.), a Gate Nonprofit Kft.-nek és munkatársaiknak, hogy munkánkat folyamatosan segítették, illetve azt, hogy részt vehetünk a 2013. PIAC_13-1-2013-0078 azonosító számú „Green Track környezetvédelmi gyűjtőtálcarendszer piacorientált továbbfejlesztése a teljes körű vasúti és közúti alkalmazhatóság érdekében” című pályázat kutatási munkáiban.