فناوری جدید سوئیسی امکان بازیافت کامپوزیت‌های اپوکسی کابین هواپیما را فراهم کرد

پلیمر اپوکسی یکی از مواد کلیدی در علم مواد است که با پیوند ترکیبات مختلف، کامپوزیت‌هایی با ویژگی‌های برتر می‌سازد. با‌این‌حال، پس از عمل‌آوری اپوکسی‌های رایج، پیوند تشکیل‌شده دائمی است که جداسازی مواد برای بازیافت را بسیار دشوار می‌کند. اکنون پژوهشگران آزمایشگاه‌های فدرال سوئیس برای علوم و فناوری مواد (امپا) با همکاری شرکت الانتاس، کامپوزیتی مبتنی بر اپوکسی ابداع کرده‌اند که این مشکل را برطرف می‌کند.

فناوری کلیدی این دستاورد، یک افزودنی حاوی فسفر است که در طول تولید با اپوکسی مخلوط می‌شود. این افزودنی علاوه بر خاصیت کندکنندگی شعله، به ماده امکان می‌دهد تحت شرایط مناسب نرم یا از‌هم‌گسسته شود. مواد به‌کاررفته در ساخت هواپیما باید سبک، مقاوم و در داخل کابین مطابق با استانداردهای سخت‌گیرانه ایمنی در برابر آتش باشند.

پژوهشگران در این پروژه روی بخش‌های داخلی هواپیما و قطار، از جمله کف‌پوش کابین مسافران تمرکز کردند. در مرکز این ساختار، یک لایه لانه‌زنبوری سبک از جنس آرامید قرار دارد و چند لایه بافته‌شده از فیبر شیشه یا کربن در بالا و پایین آن با رزین اپوکسی ترکیب می‌شوند تا سازه‌ای محکم ایجاد شود.

اپوکسی یک ترموست یا گرماسخت است و در طول عمل‌آوری، شبکه‌ای مولکولی و دائمی ایجاد می‌کند که مانع تفکیک کامپوزیت می‌شود. در نتیجه، فیبرهای ارزشمند کربن یا شیشه پس از پایان عمر قطعه درون ماتریس اپوکسی محبوس می‌مانند و این کامپوزیت‌ها معمولاً سوزانده یا دفن می‌شوند.

شیمی اپوکسی امپا با استفاده از مولکول‌های فعال حاوی فسفر، پیوندهای پویا را وارد ترموست می‌کند. این شبکه تحت شرایط دما و پردازش مناسب دچار واکنش‌های تبادل پیوند می‌شود و امکان تغییر چیدمان را فراهم می‌کند که ویژگی یادشده امکان نرم شدن و شکل‌دهی مجدد اپوکسی را از طریق بازیافت ترمومکانیکی میسر می‌سازد.

دانشمندان در پروژه جدید با همکاری الانتاس توانستند سیستم اپوکسی را به اندازه‌ای تجزیه کنند که ساختاری ساندویچی تفکیک شده و هسته لانه‌زنبوری آرامید و الیاف تقویت‌کننده بازآوری شوند. تیم پژوهشی اعلام کرده است که بازیافت رزین از محلول حاصل نیز امکان‌پذیر خواهد بود.

در آزمون‌های انجام‌شده، فرمولاسیون حاوی ۲٫۵ درصد فسفر توانست نرخ اوج آزادسازی گرما را تا ۷۵ درصد و تولید دود را تا ۷۲٫۵ درصد کاهش دهد. کامپوزیت جدید علاوه بر انطباق با استانداردهای ایمنی آتش، ویژگی‌های مکانیکی هم‌سطح با مواد پایه متداول را حفظ کرده است.

امپا در حال ارزیابی بهره‌گیری از این سامانه در بخش‌های انرژی، ساختمان‌سازی، خودرو، قطار، شناورها و توربین‌های بادی است. چالش اصلی کنونی به افزایش مقیاس تولید مربوط می‌شود و پژوهشگران در تلاش‌اند این فناوری را به مرحله تولید صنعتی برسانند.