دکتر محمد نراقی پژوهشگر دانشگاه Texas A&M با همکاری دانشگاه Tulsa موفق به شناسایی و توسعه قابلیت‌های جدید در یک پلاستیک فوق مقاوم به نام Aromatic Thermosetting Copolyester (ATSP) شده است.
به گزارش تکناک، این پلاستیک می‌تواند بارها بدون افت کیفیت بازیافت شود، شکل اولیه خود را بازیابد و حتی در صورت آسیب‌دیدگی به‌طور خودکار ترمیم شود. این پیشرفت علمی می‌تواند مسیر صنایع پیشرفته مانند هوافضا، پزشکی، الکترونیک و خودروسازی را دگرگون کند.
مهندسی مدرن امروز به موادی نیاز دارد که علاوه بر استحکام بالا، سبک‌تر از فلزات سنتی باشند و بتوانند در برابر شرایط سخت از جمله دمای بسیار بالا و فشارهای مکانیکی شدید دوام بیاورند. چنین موادی می‌توانند در هواپیماها، فضاپیماها، خودروهای پیشرفته و تجهیزات پزشکی، ایمنی را افزایش دهند، طول عمر تجهیزات را بالا ببرند و به کاهش چشمگیر ضایعات کمک کنند.
پروژه اخیر با حمایت مالی وزارت دفاع ایالات متحده و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی آمریکا (AFOSR) انجام شده و گروهی از متخصصان مهندسی هوافضا و علوم مواد را گرد هم آورده است. سرپرستی این تحقیقات بر عهده دکتر محمد نراقی، استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه Texas A&M بوده و دکتر Andreas Polycarpou از دانشگاه Tulsa نیز در این پروژه مشارکت داشته است.
پلاستیک فوق مقاوم ATSP با ساختاری خاص، توانایی «خودترمیمی در لحظه» را دارد؛ به این معنا که در صورت ایجاد آسیب، پیوندهای داخلی آن فعال می‌شوند و ساختار ماده را بازسازی می‌کنند. این ویژگی در صنعت هوافضا حیاتی است، چرا که قطعات باید تحت دماهای بسیار بالا و فشارهای شدید، بدون کاهش عملکرد، ایمنی خود را حفظ کنند.
همچنین این ماده برای صنعت خودروسازی بسیار ارزشمند است. توانایی بازگشت به شکل اولیه پس از ضربه یا تصادف می‌تواند خطرات جانی را کاهش دهد و هزینه‌های ناشی از تعویض قطعات را به حداقل برساند. علاوه بر این، ATSP برخلاف پلاستیک‌های معمولی، می‌تواند به دفعات خرد، دوباره قالب‌گیری و استفاده شود، بدون آنکه ترکیب شیمیایی یا دوام آن دچار افت شود.
هنگامی که این پلیمر با الیاف کربن تقویت می‌شود، چندین برابر فولاد استحکام پیدا می‌کند و در عین حال وزن آن کمتر از آلومینیوم باقی می‌ماند. این ترکیب از سبکی و مقاومت، آن را به گزینه‌ای ایدئال برای پروژه‌هایی تبدیل می‌کند که کاهش وزن در آنها اهمیت حیاتی دارد.
پژوهشگران برای بررسی عملکرد این پلاستیک فوق مقاوم، آزمایش‌های مختلفی انجام دادند، که عبارت‌انداز:
- آزمون خزش چرخه‌ای: بررسی ذخیره و آزادسازی انرژی کرنشی در کشش‌های مکرر. در این آزمایش، دو دمای کلیدی شناسایی شد؛ دمای گذار شیشه‌ای که زنجیره‌های پلیمری حرکت آزادانه‌تری دارند و دمای شیشه‌ای شدن، که در آن پیوندهای شیمیایی فعال و امکان تغییر شکل و ترمیم فراهم می‌شود.
- آزمون خستگی خمشی عمیق: نمونه‌ها تا دمای 160 درجه سانتی‌گراد گرم شدند تا فرایند ترمیم فعال شود. ATSP توانست صدها چرخه فشار–گرمایش را تحمل و حتی پس از ترمیم، دوام بیشتری پیدا کند.
- آزمون آسیب شدید: در این مرحله، ماده پنج چرخه آسیب–گرمایش را در دمای 280 درجه سانتی‌گراد پشت سر گذاشت. پس از دو چرخه، تقریباً به استحکام اولیه بازگشت و تا چرخه پنجم حدود 80 درصد استحکام خود را حفظ کرد. این افت ناشی از خستگی مکانیکی بود، در حالی که ساختار شیمیایی همچنان پایدار باقی ماند. تصاویر میکروسکوپی نیز نشان دادند که ساختار ترمیم‌شده به شکل اولیه بسیار نزدیک بوده و تنها فرسایش جزئی ناشی از نقص‌های ساخت مشاهده شده است.
این پژوهش با همکاری شرکت ATSP Innovations اجرا شد. به گفته دکتر نراقی، مشارکت میان دانشگاه‌ها، حمایت مالی نهادهای نظامی و همکاری با صنعت، نقشی کلیدی در پیشبرد این پروژه داشته و باعث شده است تا ایده‌ای علمی به مرحله‌ای عملی و کاربردی برسد.
نتایج این تحقیق می‌تواند استانداردهای جدیدی برای استحکام، ایمنی و پایداری مواد در صنایع ایجاد کند. در آینده، پلاستیک‌هایی مانند ATSP قادر خواهند بود نه تنها شرایط سخت و آسیب‌های شدید را تحمل کنند، بلکه می‌توانند به‌طور فعال با آنها سازگار شوند و عملکرد خود را بازیابند. این ویژگی‌ها می‌تواند میزان ضایعات صنعتی را کاهش دهد، هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کم کند و مسیر تولید پایدار را هموار سازد.
به گفته کارشناسان، فناوری‌های مشابه می‌توانند تا چند سال آینده در تولید هواپیماهای فوق‌سبک، خودروهای ایمن‌تر، تجهیزات پزشکی بادوام و حتی تجهیزات الکترونیکی مقاوم در برابر ضربه و حرارت، نقش مهمی ایفا کنند.
