İyileştirilebilen Karbon Fiber Kompozit Uzun Ömürlü ve Sürdürülebilir Malzemelerin Önünü Açıyor
Fotoğraf: Yardımcı Doçent Aniruddh Vashisth, ekibinin üzerinde çalıştığı iyileştirilebilen bir karbon fiber kompozit malzeme örneğini elinde tutuyor.
Yüksek mukavemete sahip oluşları ve hafif olmaları nedeni ile, karbon fiber bazlı kompozit malzemeler, kullanıldıkları uçaklardan rüzgar türbinlerine ve golf sopalarına kadar her türlü ürün ve uygulamayı geliştirmek üzere adım adım metallerin yerini alıyor. Ancak bir takas söz konusu. En yaygın şekilde kullanılan karbon fiber malzemelerin, bir kez hasar gördüklerinde, onarılmaları veya geri dönüştürülmeleri imkansıza yakındır.
Bu hafta Carbon dergisinde yayımlanan bir makalede, UW makine mühendisliği Yardımcı Doçenti olan Aniruddh Vashisth’in de dahil olduğu bir araştırma ekibi, geleneksel olarak kullanılan versiyonları kadar güçlü ve hafif olan, ancak ısı ile tekrardan iyileştirilebilen, yorulma hasarını tersine çeviren ve ömrünün sonuna geldiğinde malzemeyi parçalayıp geri dönüştürebilmeyi sağlayan yeni bir karbon fiber takviyeli malzeme türüne yer veriyor.
Vashisth, “Yorulmaya dayanıklı kompozitlerin geliştirilmesi üretim camiasında büyük bir ihtiyaç.” diyor. “Bu makalede, yaşlanma prosesini süresiz olarak tersine çevirmek ve ertelemek için geleneksel ısı kaynaklarının veya radyo frekanslı ısıtmanın kullanılabileceği bir malzeme sunuyoruz.”
Malzeme, karbon fiber takviyeli vitrimerler (vCFRP) olarak bilinen, yakın dönemde geliştirilen bir grubun parçasıdır. Spor malzemelerinden havacılığa kadar, günümüzde sıklıkla kullanılan malzemeler karbon fiber takviyeli polimerlerdir (CFRP).
Geleneksel CFRP’ler genellikle, termoset ve termoplastik olmak üzere, iki kategoriye ayrılırlar. “Set” versiyonu, onu bir arada tutan kimyasal bağların kalıcı olarak sertleştiği tutkal benzeri bir malzeme olan, epoksiyi kapsar. “Plastik” versiyonu ise, daha yumuşak bir tutkal türünü kapsar, bu sayede tekrar eritilebilir ve yeniden işlenebilirler, ancak bu durum, yüksek mukavemet ve sertlik için bir dezavantaj haline gelmektedir. Diğer bir yandan, vitrimerler ise, bu iki versiyon arasında bir orta yol sağlayarak bağlantı kurabilir, bağlantıyı kaldırabilir ve yeniden bağlantı kurabilirler.
Fotoğraf: Vashisth çalışmada, iyileştirilebilen vitrimerin altında yatan mekaniği anlamaya yardımcı olmak için, arka planda monitörlerde görülebilen, atomik ölçekli bir simülasyon yazılımı kullandı.
Vashisth, “Bu malzemelerin her birinin, bir oda dolusu insan olduğunu hayal edin.” diyor. “Termoset odasında, tüm insanlar el ele tutuşuyor ve bırakmıyorlar. Termoplastik odasında, insanlar el sıkışıyor ve etrafta dolaşıyorlar. Vitrimer odasında, insanlar komşularıyla el sıkışıyorlar, ancak, karşılıklı bağlantıların toplam sayısı aynı kalacak şekilde, bir el sıkışma ve yeni komşular edinme kapasitesine sahipler. Bu yeniden bağlantılar ile malzeme onarılıyor. Makale, bu kimyasal el sıkışmalarının altında yatan mekanizmaları anlamak için atomik ölçekli simülasyonları kullanan ilk makale konumunda.”
Araştırma ekibi, günümüzde termosetlerden üretilen birçok ürün için vitrimerlerin uygun bir alternatif olabileceğine inanıyor, bu da termoset kompozitler çöplüklerde birikmeye başladığından ötürü oldukça ihtiyaç duyulan bir gelişme. Ekip, iyileştirilebilir vCFRP’lerin yaşam döngüsü maliyeti, güvenilirlik, güvenlik ve bakım açılarından farklı bir dizi değerlendirme ile, bu dinamik malzemeye büyük bir geçiş olacağını söylüyor.
Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nde (RPI) John A. Clark ve Edward T. Crossan Makina, Havacılık ve Nükleer Mühendisliği Profesörü ve Vashisth’in yeni makaledeki ortak yazarlarından biri olan Nikhil Koratkar, “Bu malzemeler, plastiklerin doğrusal yaşam döngüsünü dairesel bir döngüye çevirebilir, bu sayede de sürdürülebilirliğe büyük bir adım atılmış olacak.” diyor.
Araştırma ekibinde Koratkar ve Vashisth’in yanısıra Mithil Kamble ve RPI’den Profesör Catalin Picu ve Pekin Kimya Teknolojisi Üniversitesi’nden Hongkun Yang ve Profesör Dong Wang da yer aldı.
Kaynak: phys.org
