اختصاصی بسپار/ پلیمرهای هوشمند انقلابی در صنعت حمل‌ونقل مدرن
بسپار/ایران پلیمر در دهه‌های اخیر، رشد سریع فناوری‌های نوین و افزایش فشارهای زیست‌محیطی موجب شده است تا صنایع حمل‌ونقل، به‌ویژه خودروسازی، هوافضا و حمل‌ونقل دریایی، به‌دنبال موادی سبک، مقاوم، قابل بازیافت و با عملکرد بالا باشند. کامپوزیت‌های پلیمری به‌عنوان مصالحی با خواص منحصربه‌فرد نظیر وزن کم، مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و خواص عایق حرارتی و الکتریکی، پیشتاز این تحولات هستند.
البته که در صنعت خودرو، پلیمرهای سبک‌وزن سهم زیادی در کاهش وزن خودروها و بهبود بهره‌وری سوخت دارند. بر اساس گزارش مؤسسه McKinsey & Company، استفاده از پلیمرها و کامپوزیت‌های پلیمری در خودروهای سبک، می‌تواند تا 30٪ در مصرف سوخت صرفه‌جویی ایجاد کند. در همین حال، در هواپیماهای مدرن مانند Boeing 787 Dreamliner، بیش از 50٪ از وزن سازه‌ای از مواد کامپوزیتی شامل پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف کربن تشکیل شده است .
اما با ورود نسل جدیدی از پلیمرها تحت عنوان پلیمرهای هوشمند (Smart Polymers) و خودترمیم‌شونده (Self-healing Polymers)، نقش این مواد از «جایگزین فلزات» به «عناصر فعال و پاسخ‌گو» تغییر یافته است. پلیمرهای حساس به دما – (Thermo-responsive polymers)پلیمرهای حساس به نور (Photo-responsive polymers) – پلیمرهای مغناطیسی (Magneto-responsive polymers) این پلیمرها قادرند در برابر محرک‌های محیطی نظیر دما، نور، میدان مغناطیسی یا آسیب مکانیکی واکنش نشان دهند، تغییر ساختار داده یا خود را ترمیم کنند.چنین ویژگی‌هایی نه‌تنها موجب افزایش طول عمر اجزا و کاهش هزینه‌های تعمیرات در سامانه‌های حمل‌ونقل می‌شود، بلکه ایمنی عملکرد و بهره‌وری انرژی را نیز به‌طور قابل توجهی ارتقا می‌دهد.
مزایا و ارزش اقتصادی پلیمرهای هوشمند و خودترمیم شونده
| مزیت پلیمر هوشمند / خودترمیم شونده | فاکتور |
| تشخیص ترکچه و ترک و بازیابی عملکرد پیش از شکست نهایی | ایمنی |
| کاهش تعمیرات دستی و توقف سیستم | هزینه نگهداری |
| افزایش ماندگاری قطعات و سازه‌ها | طول عمر |
| کاهش پسماند و جایگزینی مکرر قطعات | پایداری محیطی |
افزون بر این، روندهای آینده‌نگر در صنعت حمل‌ونقل از جمله خودروهای الکتریکی، خودروهای خودران، پهپادها و ماموریت‌های فضایی، نیاز روزافزونی به موادی دارند که نه‌تنها سبک و مقاوم باشند، بلکه قادر به تشخیص شرایط محیطی و پاسخ به آن‌ها نیز باشند. پلیمرهای هوشمند، با قابلیت‌هایی همچون تشخیص آسیب، ترمیم خودکار، تغییر شکل یا رنگ در پاسخ به شرایط محیطی، می‌توانند به این نیازها پاسخ دهند و فصل جدیدی از نوآوری‌ها را رقم بزنند.
- صنعت خودرو (حمل‌ونقل جاده‌ای)
پلیمرها به‌عنوان یکی از مولفه‌های کلیدی طراحی خودروهای مدرن شناخته می‌شوند. از دهه ۱۹۸۰ صنعت خودرو به دلایلی همچون کاهش وزن، بهینه‌سازی مصرف سوخت، کاهش هزینه تولیدی، زیبایی، طراحی متنوع و مقاومت به خوردگی به‌صورت پیوسته جایگزینی فلزات با پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌های پلیمری را گسترش داده است.
مهم‌ترین دلایل فنی استفاده از پلیمرها در خودرو
| دلایل استفاده از پلیمرها | نیاز صنعتی |
| چگالی کمتر نسبت به فولاد و آلومینیوم | کاهش وزن خودرو |
| هر 10٪ کاهش وزن باعث 7٪ کاهش مصرف سوخت می‌شود. | کاهش مصرف سوخت |
| سهولت ساخت قطعه با فارایندهای رانشگری، قالبگیری تزریقی | طراحی پیچیده و انعطاف‌پذیر |
| به‌ویژه در قطعات بیرونی و شاسی خودروها | مقاومت به خوردگی |
| در ضربه‌گیرها و سیستم‌های تعلیق | جذب انرژی و ایمنی |
در خودروهای الکتریکی (EV)، مصرف پلیمر به‌طور متوسط 20٪ بیشتر از خودروهای احتراقی است . چرا که خودروهای الکتریکی به‌علت تفاوت‌های بنیادی در ساختار فنی (باتری، موتور الکتریکی، شاسی سبک، سیستم خنک‌کننده خاص و …) نسبت به خودروهای احتراقی، نیازمند انتخاب متفاوت و هوشمندانه مواد هستند. پلیمرها در این مسیر نقش حیاتی ایفا می‌کنند.
در خودروهای الکتریکی، هر کیلوگرم کاهش وزن می‌تواند بازده پیمایش را تا 2 کیلومتر افزایش دهد.
اما کاربردها و نمونه‌های تجاری استفاده از پلیمرهای هوشمند و خودترمیم شونده در صنعت خودرو
- رنگ‌های خودترمیم‌شونده بدنه
- سپرها و قطعات خارجی مقاوم به ضربه
- اجزای داخلی مقاوم به سایش و خراش
نمونه‌های تجاری:
- : Nissan Scratch Shield پوشش خودترمیم‌شونده برای رنگ بدنه خودرو که در چند ساعت و دمای اتاق، خراش‌ها را حذف می‌کند.
- :PPG Industries توسعه رزین‌های اکریلیک هوشمند با خاصیت self-healing برای رنگ‌های شفاف خودرو
- شرکت Autonomic Materials Inc. توسعه اپوکسی‌های خودترمیم‌شونده برای بخش‌های زیرکاپوت و سیستم انتقال حرارت
- LG Chem Self-healing Film فیلم‌های هوشمند برای نمایشگر لمسی در خودروهای مدرن.
- Covestro’s PU Coatings پوشش‌های پلی‌یورتان مقاوم و خودترمیم‌شونده برای پنل‌ها و اجزای داخلی خودرو.
- صنعت هوافضا
در صنعت هوافضا که در آن وزن، ایمنی، قابلیت اطمینان و هزینه‌های نگهداری از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، استفاده از مواد پیشرفته همچون پلیمرهای هوشمند (Smart Polymers) و مواد خودترمیم‌شونده (Self- healing Materials) به یک ماده حیاتی تبدیل شده است. این پلیمرها قادرند به طور فعال به آسیب‌ها (ترک، سایش، شکست و تنش‌های گرمایی) واکنش نشان داده و با مکانیسم‌های شیمیایی یا فیزیکی، خود را ترمیم کنند.
دلایل کلیدی استفاده از پلیمرهای هوشمند در هوافضا
(ادامه دارد …)
مهندس گلرخ فرد ذوالفقاری، دانشجوی دکترای مهندسی پلیمر
متن کامل این مقاله را در شماره 272 ماهنامه بسپار که در نیمه حرداد ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
