mẽdžiagų inžinèrija Lietuvojè, natūralios konstrukcinės medžiagos (akmenys, kaulai, gintaras, molis, meteoritinė geležis, mediena) Baltijos jūros areale pradėtos naudoti prieš 10 tūkstančių metų, kai į šiaurę slenkant tirpstantiems ledynams baltų žemėse apsigyveno medžioklę ir žvejybą praktikuojantys pirmieji gyventojai.
Istorija
Pirmosios konstrukcinės medžiagos – geležies – gavyba baltų gyvenamoje teritorijoje pradėta pirmo tūkstantmečio prieš Kristų pabaigoje, o geležies lydymo krosnelės (rudnės) liekanų aptikta iš 1–4 amžiaus. Rudnėse išlydytą geležį (geležies ir šlako kruopelių gniutulą – kritą) iš vietinės pelkių rūdos (joje būdavo 18–40 % geležies) redukuojant medžio anglimis kaldavo, kol pasišalindavo šlakas. 5–9 a. Lietuvos kalviai nukaldavo iki 90 % vietinės gamybos geležies dirbinių (apie 30 rūšių); tik nedidelė dalis šių dirbinių (pvz., ginklų) buvo įvežama iš kitų kraštų. Manoma, kad baltai jau 10–11 a. mokėjo pasigaminti labai lankstų plieną (Damasko plienas); tai rodo Šiaurės vakarų Lietuvoje rasta to meto vietinės gamybos kalavijo geležtė ir ietigaliai, nukalti iš geležies ir anglinio plieno juostelių. 19 a. viduryje pradėjus palyginti pigią geležį gabenti iš kitų Europos šalių, geležies gavyba iš pelkių rūdos sunyko. Auksakalystės dirbiniai iš įvežtinio žalvario ir sidabro Lietuvoje pradėti kurti pirmame tūkstantmetyje prieš Kristų, ankstyviausias sidabro dirbinys yra Kuršių pilkapyne rasta sidabrinė romėniška 1–2 a. segė. Vario ir žalvario liejinius Lietuvoje pradėta gaminti apie 16 a. pr. Kr.; Narkūnų piliakalnyje rasta antrame–pirmame tūkstantmetyje prieš Kristų lietų samtelių, tiglių, liejimo formų ir krosnelių liekanų. 13–14 a. pradėtos lieti sidabrinės lietuviškos grivinos. 15 a. Vilniuje veikė patrankų liejykla, kurioje buvo liejami ir sviediniai, varpai, vėliau tokios liejyklos atsirado Valkininkuose, Kaune, Nesvyžiuje. 17 a. antroje pusėje Europoje prasidėjus ekonominei krizei, t. p. dėl Abiejų Tautų Respublikos karų su Rusija ir Švedija, metalo liejinių gamyba smuko ir atsigavo tik 19 a. pabaigoje, tada Kaune pradėjo veikti metalo pramonės gamyklos, turinčios ketaus liejimo cechų. 20 a. pradžioje buvo apie 12 didesnių liejyklų, kuriose lieta iš aukštakrosnėse išlydyto ketaus (įvežamo iš Vokietijos). Daugiau liejinių pradėta lieti 20 a. antroje pusėje, rekonstravus per II pasaulinį karą apgadintas liejyklas ir cechus, t. p. pastatyta naujų liejyklų; tarp jų – didžiausia Lietuvos liejykla Centrolitas (įkurta 1962; nuo 1993 akcinė bendrovė Kauno ketaus liejykla), kurioje išlydytas pirmasis ketus – viena svarbiausių konstrukcinių medžiagų. 1988 Lietuvoje nulieta 149 000 t ketaus, apie 5000 t plieno, apie 20 000 t spalvotųjų metalų liejinių. Buvo liejami staklių gamybos, laivų statybos, elektrotechnikos, automobilių, maisto pramonės mašinų ruošiniai, kai kurios jų atsarginės dalys, įvairūs buitiniai reikmenys, meno dirbiniai. Atkūrus Lietuvos nepriklausomybę ir pradėjus plėtoti rinkos ekonomiką, imta lieti sudėtingesnius buitinius (židiniai, krosnelės), dekoratyviuosius (žibintai, skulptūros, bareljefai, gėlių vazos), modernesnius techninius (šildymo katilai, orpūtės, metalinės baldų konstrukcijos ir elementai, stūmoklinių kompresorių vožtuvai ir žiedai, nestandartinė pjovimo ir kitokia įranga) liejinius; 95 % jų eksportuojama į daugiau kaip 40 Europos šalių.
Konstrukcinių medžiagų tyrimai pradėti 1924 Lietuvos universitete įkūrus Metalų technologijos katedrą (vadovas V. Mošinskis, nuo 2006 Kauno technologijos universiteto Gamybos inžinerijos katedra). Nuo 1961, įkūrus Kauno politechnikos instituto liejininkystės mokslinę laboratoriją (vadovas V. Babilius, nuo 1977 S. Bočkus), buvo tiriama (bendradarbiaujant su Kauno ketaus liejykla) indukcinio ketaus lydymo, kokilinio (N. Butkevičius, Pranas Zemlevičius, M. Želnys, Jonas Navasaitis, Vitoldas Dagys, Evaldas Jonas Majauskas), horizontaliojo tolydinio, stipriojo (S. Bočkus, Aloyzas Dobrovolskis) ketaus liejimo būdai, t. p. lydymo krosnių išklojos tinkamumas, ketaus legiravimo ir modifikavimo būdai, liejinių mechaninės savybės ir struktūra, liejininkystės raida Lietuvoje (Jonas Navasaitis). Dauguma šių tyrimų rezultatų pritaikyta Lietuvos liejyklose. 1964 Kauno politechnikos institute pradėta tirti įrankinio plieno mechaninių ir fizikinių savybių priklausomybė nuo lydinio cheminės sudėties, kristalinės struktūros (vadovas A. Pavaras), 1967 – dar ir plieno plastinės deformacijos, nuovargio ir irimo procesai, termocheminės dangos, štampų tikslumas ir patvarumas ir kitokios metalotyros problemos (vadovas Kostas Tolutis), plieno plastiškumas virsmo metu ir dirbinių deformavimasis juos apdirbant (Juozas Žvinys). Metalinių medžiagų apdorojimo ir inžinerinio naudojimo problemas Lietuvoje pradėta tirti 1960 Vilniaus Gedimino technikos universitete (1956–69 Kauno politechnikos instituto filialas, 1969–90 Vilniaus inžinerinis statybos institutas, 1990–96 Vilniaus technikos universitetas) įsteigus Metalų apdirbimo katedrą (nuo 1990 Medžiagotyros ir suvirinimo katedra); tiriama juodųjų ir spalvotųjų metalų suvirinimas ir terminis apdorojimas, plonųjų dangų technologija (vadovas A. V. Valiulis). Plonasluoksniai ir nanometriniai dariniai, jų technologijos tiriamos Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institute (įkurtas 1992), fulerenų ekstrakcija ir plonųjų vamzdelių bei sluoksnių formavimas iš gamtinių anglies junginių, specialių puslaidininkinių darinių formavimas – Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedroje. Lietuvos energetikos instituto Medžiagų tyrimo ir bandymų laboratorijoje (Darius Milčius, L. Pranevičius) su Kauno technologijos universiteto Fizikos katedros mokslininkais (J. Dudoniu, Giedriumi Laukaičiu) tiriamos vandenilio gamybos, saugojimo (alanatai, iš anglies atomų sudarytos nanomedžiagos) ir kuro elementų medžiagos. Nuo 1994 Kauno technologijos universitete įsteigtame Fizikinės elektronikos institute (nuo 2010 Medžiagų mokslo institutas) kuriamos naujos medžiagos ir technologijos, daugiausia nanotechnologijos (paviršinių plonasluoksnių darinių sintezė, puslaidininkių paviršiaus ir darinių savybių keitimas, joninių ir plazminių metodų taikymas kuriant nanostruktūras ir nanomedžiagas). Konstrukcinių medžiagų moksliniai tyrimai Kauno technologijos universitete vykdomi bendradarbiaujant su kitų Europos šalių (Lenkijos, Serbijos, Norvegijos, Rusijos, Ukrainos, Estijos, Latvijos, Baltarusijos) panašaus profilio universitetais ir institutais. 1999 įkurta Lietuvos medžiagų tyrinėtojų asociacija (prezidentas Vytautas Krivickas, nuo 2008 S. Tamulevičius), siekianti rinkti, sisteminti ir skleisti informaciją apie Lietuvoje medžiagas gaminančias ir tiriančias mokslo įstaigas, jų mokslininkų darbus, įmones, gaminančias ir naudojančias naujas medžiagas, gamintojų galimybes.
Medienos medžiagos
Medienos medžiagos kurui, namams statyti, baldams ir įvairiems ūkio padargams gaminti Lietuvoje buvo naudojamos jau senovėje. Jų pramoninė gamyba pradėta 14 a., kai atsirado būdos (minimos 1379 Kęstučio ir Jogailos paliaubų sutartyje su Vokiečių ordinu) – pirmosios miško verslo įmonės, gaminančios įvairius medienos gaminius. Iki 17–18 a. iš medienos lentų ir rąstelių baldus gaminosi patys valstiečiai, vėliau juos ėmė gaminti amatininkai. Pramoniniu būdu iš medienos medžiagų baldus gaminti pradėta 19 a. pabaigoje, kai Kaune pastatytas pirmasis baldų fabrikas Elena (1879). 20 a. pradžioje pradėta gaminti fanerą, lukštą, o 6 dešimtmetyje – medienos plokštes (drožlių, plaušų, izoliacines), naudojamas korpusiniams baldams, medinėms konstrukcijoms ir kitokiems medienos dirbiniams.
Pirmieji medienos medžiagų tyrimai pradėti 1941 Vytauto Didžiojo universitete įkūrus Medžio ir grūdų technologijos katedrą (vedėjas A. Gravrogkas). Intensyviau medienos medžiagas imta tirti nuo 1960 Kauno politechnikos institute (nuo 1990 Kauno technologijos universitetas) atkūrus Medienos mechanikos technologijos katedrą (vedėjas Č. Jakimavičius); svarbesni tyrimai: hidroterminis medienos apdirbimas ir konservavimas, racionalus jos naudojimas (A. Kajalavičius), medienos džiovinimas ir džioviklių parametrai, medienos apdirbimo įrenginiai (A. Baltrušaitis, J. Ruseckas), medienos medžiagų technologija (pjaustymo optimizavimas naudojant kompiuterinę įrangą, neardomo baldinio junginio stiprumas ir irimas), medienos standartizacijos problemos (B. Papreckis), medienos klijavimo ir apdailos medžiagos (Algirdas Enrikas Barkauskas), medienos apdailos procesai, įtempių relaksacija polimeruose (J. Gydas), medienos mechaninės savybės (Č. Jakimavičius). Nuo 1993 prie katedros veikia Standartizacijos technikos komitetas Mediena (pirmininkas B. Papreckis), leidžiantis periodinį informacinį leidinį Miškas. Mediena. Standartizacija. Technologija, Medienos medžiagų ir gaminių laboratorija, sudaryta mokslo grupė įrangos ir medienos medžiagų tyrimams.
Aprangos medžiagos
Natūralios aprangos medžiagos (odos, kailiai) Lietuvoje pradėtos naudoti vėlyvojo paleolito (apie 12 000 pr. Kr.) laikotarpiu. Buvo pinamas apavas iš medžio žievių arba siuvamas iš žvėries kailių, apsiaustai iš odų ir kailių. Vienas seniausių vyrų ir moterų galvos apdangalų buvo vilnonės žalvariu puoštos kepurėlės, kurių liekanų randama jau pirmųjų amžių po Kristaus kapuose. Vilniaus Žemutinės pilies ir Senojo arsenalo teritorijoje rasta 13–14 a. odos dirbinių (pakinktų, apavo liekanų). Pramoniniu būdu aprangos (avalynės, drabužių, galvos apdangalų, galanterijos dirbinių) medžiagas gaminti pradėta 19 a.; didžiausi odos gamybos centrai buvo Vilniuje (gamino avalynės pado odas, juchtą, odines pirštines) ir Šiauliuose (gamino kietąsias ir minkštąsias odas), daugiau aprangos medžiagų pradėta gaminti nuo 20 a. antros pusės.
Aprangos medžiagų moksliniai tyrimai pradėti 1956 Kauno politechnikos institute (nuo 1990 Kauno technologijos universitetas) įkūrus Odos ir tekstilės gaminių technologijos katedrą (nuo 1993 Aprangos ir polimerinių gaminių katedra). Svarbesni tyrimai atlikti 7 dešimtmetyje prie katedros įkūrus Avalynės ir siuvimo technologijos mokslinę laboratoriją (veikė 1962–93). Joje buvo tiriama natūralių odų struktūros ypatumai, savybės ir jų tarpusavio priklausomybė (vadovė Nijolė Majauskienė), minkštų medžiagų klijuotinių sujungimų mechaninių savybių prognozavimas ir gerinimas (vadovas V. Rajeckas), aprangos medžiagų mechaninis stabilumas (vadovas M. V. Gutauskas). Naudojantis tyrimų rezultatais patikslinta avalynės gamybos iš raguočių odų technologija (Regina Arcišauskaitė, Vaclovas Tričys), sukurtas originalus metodas avalynės formos stabilumui nustatyti (S. A. Ratautas), būdas sintetinių kaučiukų avalynės padams klijuoti (Artūras Petravičius), imta tirti minkštųjų medžiagų ir jų sujungimų deformacijas ir įtempius optinės poliarizacijos ir lazerinės interferencijos metodais (J. Liukaitis), sukurtas kompleksas (apie 20 pavadinimų) prietaisų heterogeninių polimerinių membranų, apkrautų pneumatine arba hidrauline apkrova, bandymams (M. V. Gutauskas). Svarbesni 21 a. pradžios moksliniai tyrimai – polimerų adhezija (vadovė V. Jankauskaitė), medžiagų mechaninis stabilumas (vadovas M. V. Gutauskas; J. A. Palaima ir kiti), didelės polimerų deformacijos (vadovas J. Liukaitis).
Tekstilės medžiagos
Seniausios tekstilės medžiagos – audeklo skiautė ir iš liepos karnų pinti dembliai Lietuvoje rasti iš neolito laikų. Viduriniais amžiais Vakarų Europoje buvo naudojamas specialios struktūros audinys (vadinamasis pagoniškasis atlasas), gabentas iš Lietuvos. Pramoniniu būdu tekstilės medžiagas gaminti Lietuvoje pradėta 16 a., kai ėmė kurtis audimo cechai. Plėtojantis tekstilės pramonei 18 a. išplito Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės didikų Oginskių, Radvilų, A. Tyzenhauzo manufaktūrų darbo kilimai, drobė, gelumbė, šilkas. Daug drabužiams skirtų audinių (aksomo, brokato, raštuoto šilko) buvo įvežama iš kitų šalių. Daugiau tekstilės medžiagų gaminti pradėta 20 a. pirmoje pusėje atkūrus nepriklausomybę – buvo statomos naujos tekstilės įmonės, atstatomos per I pasaulinį karą sugriautos senosios. Daugiausia buvo audžiami lininiai, vilnoniai, medvilniniai, šilkiniai audiniai, mezgamos megztinės medžiagos. Tekstilės medžiagų gamyba atsinaujino po II pasaulinio karo atstačius daugelį per jį sugriautų ir pastačius naujų tekstilės įmonių; labiausiai plėtėsi megztinių medžiagų, skirtų apatiniams ir viršutiniams drabužiams, kilimų ir kiliminių dirbinių gamyba.
Tekstilės medžiagų inžinerijos tyrimai pradėti 1932 Vytauto Didžiojo universitete (1946–50 Kauno universitetas). Intensyviau imta tirti nuo 1941 universitete įkūrus Tekstilės technologijos katedrą. J. Indriūnas (1947 išleido pirmąjį tekstilės vadovėlį lietuvių kalba – Pluoštinės medžiagos) su kitais pradėjo tekstilės mokslinius tyrimus Lietuvoje. Tirtas pluoštinių medžiagų nuovargis, jų technologija, atsparumas dėvėjimuisi, audinio paviršiaus struktūra. Šiuos tyrimus išplėtojo J. Indriūno mokinys A. Matukonis (1962–88 vadovavo Kauno politechnikos instituto Tekstilės technologijos katedrai); su kitais dar tyrė nevienarūšių cheminių siūlų, t. p. gaminių iš jų mechanines ir technologines savybes, nevienarūšių tekstilės medžiagų sandarą ir savybes, pasiūlė naujų atvirkštinės įtempio relaksacijos ir trinties tarp siūlų audinyje metodų. Audinių relaksacines savybes, jų sandaros nustatymą ir projektavimo metodologiją tyrė V. M. Milašius (1988–93 vadovavo Kauno technologijos universiteto Tekstilės technologijos katedrai) – jis pasiūlė integralinio audinio sandaros įvertinimo koeficientą, kuris iki šiol yra pats tiksliausias iš neempirinių koeficientų. Tekstilės medžiagų mechaninį stabilumą, jo prognozavimą ir gerinimą nagrinėjo M. V. Gutauskas (sukūrė medžiagotyros prietaisų ir aparatų, tarp jų patentuotą tekstilės medžiagų grifų matavimo prietaisą). Tirdamas nevienarūšes tekstilės sistemas J. A. Palaima pasiūlė naują jų mechaninį elgsenos modelį ir įrenginį šioms sistemoms tirti. Mezginių sandarą ir jų projektavimą nagrinėja R. Čiukas (1993–2007 vadovavo Kauno technologijos universiteto Tekstilės katedrai), jis sukūrė mezginių automatizuotojo projektavimo teoriją ir parengė naują mezginių kilpos modelį. A. J. Vitkauskas 1999 sukūrė tekstilės medžiagų relaksacinių reiškinių naujų modeliavimo būdų tų medžiagų relaksacinėms savybėms prognozuoti. Tirdamas tekstilės medžiagų relaksacines ir kitokias savybes R. Milašius (2007–14 vadovavo Kauno technologijos universiteto Tekstilės technologijos katedrai) pasiūlė šioms savybėms projektuoti skirtą spartesnį būdą, grindžiamą matematinės statistikos kriterijais.
Kauno technologijos universitete vykdomi nauji techninės tekstilės savybių prognozavimo, t. p. pradėti nanotekstilės formavimo ir savybių tyrimai. Lietuvos tekstilės institute (įkurtas 1961, nuo 2010 Fizinių ir technologijos mokslų centras) buvo tiriamos cheminių siūlų savybės, jų perdirbimo technologija, atliekami techninės tekstilės tyrimai – kuriamos balistinės apsaugos priemonės, orą praleidžiančios daugiasluoksnės medžiagos, apsaugos nuo cheminių, radiologinių ir bakteriologinių medžiagų priemonės, gerinamos jų savybės, pradedama taikyti jų gamybos technologija. Tekstilės inžinerijos mokslininkai daug prisidėjo prie šios srities terminijos tobulinimo – jų pastangomis 2001 parengtas ir išleistas Aiškinamasis tekstilės terminų žodynas. 1969–95 ėjo Kauno technologijos universiteto tęstinis mokslo darbų rinkinys Tekstilės ir odos technologija, tekstilės moksliniai darbai spausdinami žurnaluose Materials Science, Cheminė technologija, Mechanika.
Medžiagų inžinerijos specialistų rengimas
Konstrukcinių medžiagų inžinerijos specialistus pradėta rengti 1922 Lietuvos universitete (1930–46 Vytauto Didžiojo universitetas), daugiau jų rengta nuo 1924, universitete įkūrus Metalų technologijos katedrą (nuo 2006 Gamybos inžinerijos katedra); 1946–50 – Kauno universitete, 1950–90 – Kauno politechnikos institute, nuo 1990 Kauno technologijos universitete. Medienos inžinerijos specialistus Lietuvoje pradėta rengti nuo 1941, Vytauto Didžiojo universitete įkūrus Medžio ir grūdų technologijos katedrą; daugiau specialistų imta rengti nuo 1960 Kauno politechnikos institute atkūrus Medienos mechaninės technologijos katedrą. Aprangos medžiagų specialistus pradėta rengti 1956, kai Kauno politechnikos institute buvo įsteigta Odos ir tekstilės gaminių technologijos katedra (nuo 1993 Aprangos ir polimerinių gaminių katedra). Tekstilės inžinerijos specialistus pradėta rengti 1932 Vytauto Didžiojo universitete, kai J. Indriūnas ėmė dėstyti verpimo ir audimo kursą; 1946–50 jie rengti Kauno universitete; daugiau imta rengti nuo 1950 Kauno politechnikos institute.
Knygos, vadovėliai
Svarbesni medžiagų inžinerijos veikalai: pirmąjį konstrukcinių medžiagų vadovėlį lietuvių kalba Metalų mokslas. Liejininkystės pagrindai 1933 parašė V. Mošinskis; kiti svarbesni veikalai: Konstrukcinių medžiagų technologija ir medžiagotyra (autorių kolektyvas, 1991), L. Kulikauskas Medžiagotyra (1997), Jonas Navasaitis Lietuviška geležis (2003), Juozas Žvinys Konstrukciniai lydiniai (2 dalys 1999–2000). Pirmąjį medienos inžinerijos vadovėlį lietuvių kalba Baldžiaus vadovas (1963) parašė Č. Jakimavičius; kiti svarbesni veikalai: Č. Jakimavičius Medienotyra (1998), A. Morkevičiaus ir B. Papreckio Mediena ir jos gaminiai (2004). Aprangos medžiagų inžinerijos veikalai: D. Verbickienė, A. Mažuolis Avalynės gamybos technologija (1987), J. Liukaitis Aprangos medžiagų tyrimo metodai (2004), R. Barkauskas Siuvimo technologiniai įrenginiai. Ypatumai ir analizė (2004), Odos, gumos ir plastiko gaminių technologija (autorių kolektyvas, 2006), Eglė Mackevičienė, Romualdas Titas, Virginijus Urbelis Drabužių konstravimas (2007). Tekstilės inžinerijos vadovėliai: A. Matukonis, V. M. Milašius, J. Katunskis Audimas (1983), A. Matukonis, J. A. Palaima, A. J. Vitkauskas Tekstilės medžiagotyra (1989), A. Matukonis, V. M. Milašius Audinių struktūra (1993), R. Čiukas, B. Tvarijonavičienė, D. Mikučionienė Trikotažo technologija (2000), Medžiagotyra (autorių kolektyvas, 2003).
1403
194
2710
1760
1159
926