Empa’dan Geliştirilen Yeni Kompozit Malzeme: Tren ve Uçakların Geri Dönüşümünü Kolaylaştıracak

İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları (Empa) tarafından geliştirilen yeni, alev geciktirici epoksi kompozit malzeme, hafif, fiber takviyeli malzemelerin kullanımındaki en büyük zorluklardan birine çözüm olabilir: Kullanım ömrü sonunda ne olacakları.

Bu malzeme, yangın güvenliği, mekanik dayanım, düşük ağırlık ve geri dönüştürülebilirlik özelliklerini bir araya getirmek üzere tasarlandı. Bu özellikler özellikle uçak ve tren içlerinde büyük önem taşıyor. Empa, Alman özel kimya grubu ALTANA’nın bir parçası olan endüstriyel ortak Elantas ile birlikte, İnosuisse tarafından desteklenen bir proje kapsamında bu geri dönüştürülebilir epoksi sistemini geliştirdi.

Geleneksel epoksi kompozitlere alternatif: Geri Dönüştürülebilirlik

Araştırmacıların incelediği kompozit, uçak ve tren kabin zeminlerinde kullanılan çok katmanlı bir “sandviç” yapısıdır. Bu yapı, aramid petek çekirdekten oluşur ve cam veya karbon fiberden örülmüş katmanlarla çevrilidir; epoksi reçinesi ise bağlayıcı görevi görür.

Bu kombinasyon, mukavemet ve ağırlık arasında faydalı bir denge sağlar, ancak geleneksel epoksi, bileşenin kullanım ömrü sonunda büyük bir sorun yaratır. Geleneksel epoksiler normalde eritilip yeniden şekillendirilemezken, geleneksel epoksi kompozitlerin kimyasal olarak ayrılması da zordur. Sonuç olarak, bu tür malzemeler genellikle yakılarak imha edilir veya depolama alanlarına gönderilir.

Empa araştırmacıları artık, epoksinin davranışını değiştiren bir fosfor içeren katkı maddesi geliştirdiler. Bu katkı maddesi, üretim sırasında reçineye eklendiğinde, yangın geciktirici özellikler sağlarken aynı zamanda sertleşmiş epoksinin belirli koşullar altında yumuşatılıp yeniden şekillendirilebilmesini sağlar. Bu durum, “termo-mekanik geri dönüşüm” olarak bilinen bir yönteme olanak tanır.

Araştırmacılar ve Elantas daha sonra, yalnızca reçineyi yeniden şekillendirmek yerine kompozitin farklı bileşenlerini geri kazanmayı amaçlayan bir işlem geliştirdiler.

Uygun bir çözücü ve biraz ısı kullanarak, kompozit aramid petek çekirdek ve örülmüş fiber katmanlar dahil olmak üzere bireysel bileşenlerine ayrılabilir. Bu durum özellikle değerli olabilir çünkü aramid petek ve karbon fiber gibi malzemeler nispeten pahalıdır. Bunları geri kazanmak hem çevresel hem de ekonomik faydalar sağlayabilir. Empa’ya göre, epoksi de potansiyel olarak çözeltiden geri kazanılabilir; ancak araştırmacılar bu konuyu gelecekteki çalışmalarında incelemeyi planlıyorlar.

Sonuçta elde edilen malzemenin, geleneksel epoksinin sahip olduğu avantajlı mekanik özelliklere neredeyse aynı oranda sahip olduğu ve ilgili yangın güvenliği gereksinimlerini karşıladığı belirtiliyor. Araştırmacı Sabyasachi Gaan’a göre, bu kombinasyon özellikle uçak içlerinde büyük önem taşıyor. Uçaklarda kullanılan malzemelerin hem sıkı yangın güvenliği gereksinimlerini karşılaması hem de mümkün olduğunca az ağırlığa sahip olması gerekir. Bu özellikleri bozmadan geri dönüştürülebilirliği sağlamak, uzun zamandır çözülmesi gereken bir malzeme sorunuydu.

“Bir malzemeyi yangına dayanıklı hale getirdiğinizde, her zaman diğer özelliklerini değiştirirsiniz” diyen Gaan, Empa’nın duyurusunda yaptığı açıklamada, projenin şu ana kadar teknolojinin endüstriyel uygulama düzeyindeki potansiyelini gösterdiğini belirtti. Bir sonraki adım, hem üretim hem de geri dönüşüm süreçlerinin ölçeklendirilmesidir. Araştırmacılar ayrıca, bu geri dönüştürülebilir, yangına dayanıklı epoksinin ulaşım sektörünün dışındaki alanlarda da, örneğin enerji ve inşaat sektörlerinde kullanılıp kullanılmayacağını araştırmaktadırlar.

Eğer bu sistem başarıyla ölçeklenebilirse, sadece bireysel uçak veya tren parçalarının geri dönüştürülmesini sağlayarak daha geniş bir etki yaratabilir. Fiber takviyeli kompozitler, yüksek performans ve düşük ağırlık kombinasyonu nedeniyle tercih edilir; ancak karmaşık yapıları nedeniyle kullanım ömrü sonunda bileşenlerin ayrılması her zaman zor olmuştur. Bu performansı korurken aynı zamanda bileşenlerin ayrılabilmesini sağlayan bir malzeme sistemi, hafif kompozitleri çok daha sürdürülebilir hale getirebilir.