اختصاصی بسپار/ چندسازه‌ها(کامپوزیت ها)ی سبک اروپایی برای خودرو و هوافضا؛ تا ۳۵ درصد کاهش وزن با مواد زیست‌پایه
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر یک پروژه پژوهشی اتحادیه اروپا نشان داده است که می‌توان با ترکیب مواد زیست‌پایه و الیاف کربن بازیافتی، قطعات چندسازه‌ای (کامپوزیتی) سبک برای خودرو، هوافضا و ترابری عمومی تولید کرد؛ قطعاتی که در برخی کاربردها تا ۳۵ درصد سبک‌تر از نمونه‌های متداول‌اند، بدون آن‌که الزامات کارکردی، ایمنی و دوام قربانی شوند.
پروژه Forest با حمایت مالی اتحادیه اروپا و هماهنگی مرکز فناوری پلاستیک اسپانیا AIMPLAS انجام شده است. مواد توسعه‌یافته در این پروژه بیش از ۵۰ درصد مواد زیست‌پایدار دارند و ترکیبی از مواد اولیه زیست‌پایه، الیاف کربن بازیافتی و افزودنی‌های کارکردی هستند.
کاهش وزن در کنار مصرف انرژی کم‌تر
دستاورد پروژه فقط به سبک‌سازی قطعات محدود نیست. بهینه‌سازی فراورش چندسازه‌ها، مصرف انرژی تولید را در مقایسه با روش‌های متداول ۱۵ تا ۲۵ درصد کاهش داده است.
استفاده از شیمی پخت سریع‌تر، زمان چرخه تولید را ۲۰ تا ۴۰ درصد کاهش داده و روش‌های تولید یک‌مرحله‌ای نیز برخی مراحل میانی را حذف کرده‌اند. ساده‌تر شدن ابزار و قالب نیز به کاهش ۱۵ تا ۲۰ درصدی هزینه‌های مهندسی منجر شده است.
سه قطعه برای اثبات امکان تولید صنعتی
برای بررسی کارکرد مواد در شرایط واقعی، سه نمونه کاربردی ساخته و ارزیابی شده است.
نخست، محفظه باتری خودروی برقی با همکاری Stellantis تولید شده است. این قطعه از ماتریس زیست‌پایه بنزوکسازین، الیاف کربن بازیافتی و افزودنی‌های زیست‌پایه بازدارنده شعله و محافظ در برابر تداخل الکترومغناطیسی ساخته شده و از نظر کارکرد سازه‌ای، مقاومت در برابر آتش و محافظت EMI مورد ارزیابی قرار گرفته است.
نمونه دوم، قاب سقف کابین هواپیما است که در آن ورق چندسازه‌ای گرمانرم تقویت‌شده با الیاف کربن بازیافتی با روکش‌گیری پلی‌آمید زیست‌پایه (PA) ترکیب شده است. این ساختار به‌عنوان جای‌گزینی سبک‌تر و زیست‌پایدارتر برای قاب‌های متداول مبتنی بر بسپار فنولیک توسعه یافته و کارکرد مورد نیاز کاربرد هوافضایی را حفظ کرده است.
نمونه سوم نیز سازه‌ای برای سقف اتوبوس است که از نخ الیاف کربن بازیافتی و پلی‌آمید زیست‌پایه با فرایند پالتروژن گرمانرم تولید می‌شود؛ فرایندی پیوسته و قابل خودکارسازی که امکان افزایش مقیاس تولید را دارد.
سه بسپار زیست‌پایه برای سه نیاز متفاوت
پروژه Forest هم‌زمان سه سامانه بسپاری زیست‌پایه را تا مقیاس نمونه اولیه توسعه داده است: بسپار اکریلیک زیست‌پایه، بنزوکسازین زیست‌پایه و PA6 زیست‌پایه.
بسپار اکریلیک مبتنی بر Elium شرکت Arkema به حدود ۲۵ درصد محتوای زیست‌پایه رسیده و در عین حال بازیافت‌پذیری، فراورش و خواص گرما-مکانیکی خود را حفظ کرده است.
در مقابل، بنزوکسازین توسعه‌یافته به حدود ۸۵ تا ۸۷ درصد کربن تجدیدپذیر رسیده است. این ماده برای قالب‌گیری فشاری SMC در کاربردهای خودرویی توسعه یافته است. PA نیز در دو نسخه با محتوای زیست‌پایه جزئی و کامل ساخته شده و برای پالتروژن و روکش‌گیری بهینه شده است.
بازگرداندن الیاف کربن به چرخه تولید
بخش دیگری از پروژه به یکی از چالش‌های مهم چندسازه‌ها یعنی پسماند الیاف کربن اختصاص داشته است. هدف، بازیابی تا ۱۰۰ درصد پسماند این الیاف و تبدیل دوباره آن به محصولات نیمه‌ساخته باکیفیت بوده است.
نتایج پروژه نشان داده که الیاف کربن بازیابی‌شده در صورت فراورش مناسب می‌توانند بخش زیادی از کارکرد مکانیکی اولیه خود را حفظ کنند.
در مجموع، Forest نشان می‌دهد سبک‌سازی ترابری الزاما به معنی استفاده بیشتر از مواد نو و پرمصرف نیست. ترکیب بسپارهای زیست‌پایه، الیاف کربن بازیافتی و فرایندهای کم‌مصرف‌تر اکنون از مرحله آزمایش ماده فراتر رفته و در قالب قطعات واقعی خودرو، هواپیما و اتوبوس به نمایش درآمده است.
