بلاگ گروه صنعتی رازین

طراحی فرایندهای نوین، امکان بازیابی مواد اولیه از کامپوزیت‌های پلیمری چقرمه را فراهم آورده است.

منقضی شده

طی اقدامی موفقیت آمیز، دانشمندان در آزمایشگاه ملی انرژی Oak Ridge موفق به طراحی مسیر بسته‌ای برای سنتز پلیمری فوق چقرمه و تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) و سپس بازیافت تمام مواد سازنده این محصول شده اند.

این ماده کامپوزیتی فوق چقرمه که سبک نیز میباشد، مناسب برای کاهش وزن کلی خودرو و وسایل حمل و نقل و افزایش بازده سوختی تلقی می‌شود و کاربرد بالقوه‌ای در صنایع خودروسازی و هوافضا دارد. کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن در گذشته نیز تولید می‌شدند اما بازیافت آن ها تقریبا ناممکن و یا بسیار دشوار بود و نیز فرایند بازیافت آن‌ها، اثر کربن (Carbon Footprint) بالایی برجا می‌گذاشت. اما نوآوری این گروه در آن است که CFRP تولیدی آن‌ها قابل بازیابی و برگشت به مواد اولیه است. ایشان به تازگی نتایج تحقیقاتی خود را در ژورنال Cell Reports Physical Science چاپ کرده اند.

sxf.jpg

آنیسور رحمان، شیمیست ORNL می‌گوید:"ما ابتدا پیوندهای عرضی دینامیکی درون پلیمر گنجانده و سپس با اضافه کردن کراس لینکر مخصوص، آن را به ماده‌ای ترموست مانند بدل کردیم. اتصالات عرضی دینامیک به ما این امکان را می‌دهد تا در صورت لزوم، آن‌ها را شکسته و ماده را مجدد فراوری کرده و یا بازیافت کنیم."

در این صورت پلیمر و الیاف کربن می‌توانند بدون آنکه از لحاظ استحکام مکانیکی افت کنند بازیابی و مجدد فراوری شده و محصولی با چقرمگی و خواص مکانیکی اولیه به ارمغان آورند.

gthhg.jpg

سایتو، همکار آنیسور رحمان در باره این ماده گفته است:"در این محصول، پلیمر و الیاف کربن به دلیل حضور پیوندهای دینامیکی، چسبندگی بین سطحی بالایی دارند. مواد در سطح مشترک خود از طریق برهم کنش‌های کوالانسی با یک دیگر پیوند برقرار می‌کنند، پیوندهایی که با استفاده از مواد شیمیایی خاص و یا حرارت از هم باز خواهند شد. امکان برقراری این پیوند شیمایی منوط به عامل دار کردن پلیمر است و در نهایت محصول به دلیل ویژگی های بین سطحی که دارد، رفتاری فوق چقرمه خواهد داشت. پلیمرهای ترموست رایج همچون اپوکسی‌ها، پیوند شیمیایی دائمی با موادی همچون فلزات، کربن، بتن، شیشه، سرامیک و پلاستیک برقرار کرده و قادر به تشکیل مواد چند جزئی همچون کامپوزیت‌ها هستند. اما در ماده‌ای که تیم ORNL سنتز کرده اند، پلیمر، الیاف کربن و کراس لینکر بعد از تشکیل محصولی شبیه محصولات ترموست، توسط الکلی به نام پیناکول به راحتی از هم جدا شده و قابل بازیافت هستند. در نتیجه محصول بدون اتلاف وزنی به اجزاء اولیه آن تبدیل خواهد شد. از مزایای دیگر چنین ماده‌ای، قابلیت بهبود و بازیابی آن در مواجهه با تشکیل میکروترک‌ها درون خود است. به دلیل حضور پیوندهای عرضی دینامیکی، محصول در صورت تشکیل ریزترک، قابلیت بازیابی و ترمیم خود را دارد. محصولاتی از این دسته کمک شایانی به کاهش اثر کربن و گازهای گلخانه‌ای و توسعه اقتصاد چرخه‌ای خواهند کرد.

hnryh.png

سایتو ادعا دارد که چقرمگی محصول تولیدی آن‌ها تقریبا دو برابر چقرمگی یک کامپوزیت اپوکسی رایج است. همچنین استحکام کششی این محصول بالاتر از محصولات مشابه خود، یعنی محصولات ترموست تقویت شده با الیاف کربن بود. این مقدار (استحکام کششی) 731 مگاپاسکال بیشتر از فولاد ضد زنگ و بیشتر از یک کامپوزیت اپوکسی CFRP استفاده شده در اتومبیل بود. در این ماده نیروی چسبندگی بین الیاف و پلیمر 43% بیشتر نسبت به حالتی است که کامپوزیت فاقد پیوندهای عرضی دینامیک باشد. هرچند نیروی cohesive در این حالت بیشتر است اما در عین حال اضافه کردن گروه‌های عاملی مورد نظر روی پلیمر باعث شده است تا در صورت لزوم به راحتی الیاف از پلیمر جداشوند و پیوند میان آن‌ها از بین برود. محصول تولیدی سایتو و رحمان SEBS حاوی گروه‌های بورونیک استر است. این گروه عاملی با کراس لینکر و الیاف کربن پیوند کوالانسی تشکیل داده و محصولی چقرمه به ارمغان می‌آورد.

در این تحقیق دانشمندان دریافتند که درجه کراس لینک دینامیکی مهم است. طی آزمون‌های انجام شده چنین برداشت شد که حضور اتصالات عرضی به میزان 5% بهتر از حضور آن به میزان 50% خواهد بود و رفتار چقرمه‌تری خواهد داشت. در صورت افزایش این میزان به بیشتر از 5%، شکنندگی پلیمر افزایش خواهد یافت.

در آینده افراد این تیم مایل هستند تا تحقیقات مشابهی در زمینه کامپوزیت‌های حاوی الیاف شیشه انجام دهند. چنین تحقیقاتی امکان پیشرفت و توسعه در زمینه‌های متعددی همچون وسایل برقی، توربین‌های بادی، وسایل نقلیه زمینی و هوایی به ارمغان خواهد آورد.   

© کلیه حقوق محفوظ و متعلق است به شرکت توسعه پتروشیمی رازین خاورمیانه.
طراحی و مدیریت سایت: کانون تبلیغاتی هنرپرداز