Sürdürülebilir ve Sert Olan Bir Materyal Üretmek Mümkün mü?
Dayanıklı ve hafif olmalarından dolayı karbon-fiber merkezli kompozit materyaller; uçaklar, rüzgâr türbinleri, golf kulüplerine kadar her türlü ürün ve uygulamayı geliştirmek amacıyla metallerin yerine kullanılabilir. Ancak bir kez hasar görmüş ya da tehlikeye girmiş karbon-fiber materyallerinin çoğunu onarmak ya da geri dönüştürmek bu çalışmadan önce çok zordu.
2 Kasım’da Carbon Dergisi’nde yayınlanan yazıda, yeni tip karbon-fiberle geliştirilmiş materyallerin, genelde kullanılan materyaller kadar dayanıklı ve hafif olduğunu ve bu klasik materyallerin aksine zarar görmüş olanlarının ısıtılarak defalarca kez kullanılabildiği belirtilmiştir. Yani bu çalışmayla, materyallerinin kullanım süreleri bittiğinde parçalanmaları ve geri dönüştürülmeleri için bir yol bulunmuştur.
Washington Üniversitesi Makine Mühendisliği Asistan Profesörü ve çalışmanın ortağı Aniruddh Vashisth, “Üretim aşamasında en çok ihtiyaç duyulan, geri dönüştürülmeye yatkın kompozitlerdir. Bu çalışmada, klasik ısı kaynaklarını ya da radyo frekans ısıtma yöntemini kullanarak materyali geri dönüştürmeyi ve kullanım ömrünü arttırabilmeyi, gösterdik” dedi.
Materyal; yakın zamanda geliştirilen, karbon-fiber ile güçlendirilmiş, adını Latince ‘cam’ kelimesinden alan, katı ve akışkan özelliklerine sahip olan vitrimerler* grubundandır. Materyal bugünlerde, spor ya da havacılık malzemelerinde kullanılan karbon-fiber ile güçlendirilmiş polimerlerde dahi kullanılabilmektedir.
Klasik karbon-fiberle güçlendirilen polimerler, iki kategoriye ayrılır; termoset ve termoplastik. ‘Set’ versiyonu, içerdiği kimyasalları birbirine bağlayan, kalıcı ve sert olmasını sağlayan, tutkal gibi bir materyal olan epoksi içerir. ‘Plastik’ versiyonda ise yumuşak tutkal vardır. Böylece kolayca eritilebilir ve geri dönüştürülebilir ancak yeterince dayanıklı ve sert olamaz. Oysa vitrimerler, iki versiyon arasında orta bir yolu sağlayarak materyallerle bağlanabilir, bağlanmayabilir ya da yeniden bağlayabilir.
Vashisth, “Versiyonların/ Kategorilerin her birini insanlarla dolu odalar olarak düşünün. Termoset odasındaki tüm insanların bir arada durduğunu ve birbirlerinin hareket etmesine izin vermediklerini düşünün. Termoplastik odasındaki insanların birbirlerinin ellerini tutarak her yere hareket edebildiklerini düşünün. Vitrimer odasındaki insanlar ise sadece yanındakilerinin elini tutabildiklerini düşünün. Ancak vitrimer odasındakiler, el ele tutuşma kapasitelerini değiştirebilirler ve yeni kişilerin yanına giderek onlarla da el sıkışabilirler; böylece toplam bağlantı sayısında değişiklik meydana gelmez. İşte bu yeniden bağlanabilmeler ile materyallerin nasıl onarılabildiğini ve kimyasal birleşmeler (el sıkışmalar) altında mekanizmanın nasıl çalıştığını anlatmak için çalışmanın ilk atomik ölçüde simülasyonunu gösterdik” dedi.
Araştırma ekibi vitrimerlerin, termosetlere alternatif birçok uygun ürün üretilebileceğine inanmaktadır. Termoset kompozitlerinin çöplüklerde yığılmaya başlamasından dolayı bu üretime çok fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Ekip onarılabilen vitrimerlerin, yaşam döngüsü maliyeti, güvenilirlik ve bakım açısından diğerlerinden önemli ve olumlu farklılıklara sahip dinamik bir malzeme olduğunu düşünmektedir.
Çalışmanın ortağı, Rensselaer Politeknik Enstitüsü Mekanik, Havacılık ve Nükleer Mühendisliği Profesörü Nikhil Koratkar, “Bu materyaller, plastiklerin lineer hayat döngüsünü geri dönüştürülebilir hale getirir ve bu da sürdürülebilirlik için harika bir adımdır” dedi.
Araştırma ekibinde Rensselear Politeknik Enstitüsü’nden Mithil Kamble ile Catalin Picu ve Beijing Üniversitesi Kimya Teknolojisi’nden Hongkun Yang ile Dong Wang’da vardır. Araştırma; ABD Ordusu, NASA Dikey Uçuş Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi Araştırma Programı, Ulusal Bilim Vakfı, Washington Üniversitesi, Rensseleaer Politeknik Enstitüsü Bölüm Başkanı Edward t. ve John A. Clark ile Kimya ve Materyal Yazılımı Şirketi tarafından finanse edilmektedir.
*vitrimer= Vitrimerler, termoset polimerlerden türetilen ve onlara çok benzeyen bir plastik sınıfıdır.
Kaynak : sciencedaily.com
