۱۱ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امیر خُلَم-گرانول‌های پلاستیکی بازیافتی (تصویر نمایشی) -نیک گَمُن/گتی ایمیجز
مهندسی مدرن به موادی نیاز دارد که علاوه بر حفظ شکل خود، کارهای بیشتری انجام دهند. آنها باید سبک و در عین حال قوی‌تر از فولاد باشند، بتوانند در برابر گرمای شدید مقاومت کنند و به اندازه کافی انعطاف‌پذیر باشند تا بدون از دست دادن عملکرد، از آسیب‌ها بهبود یابند.
در صنایعی مانند هوافضا، دفاع و خودرو، چنین موادی می‌توانند به معنای وسایل نقلیه ایمن‌تر، عمر مفید طولانی‌تر و ضایعات زیست‌محیطی کمتر باشند.محققان دانشگاه تگزاس A&M اکنون به این هدف نزدیک‌تر شده‌اند.
آنها قابلیت‌های جدیدی را در کوپلی‌استر ترموست آروماتیک (ATSP)، یک پلاستیک فوق‌العاده بادوام و قابل بازیافت که می‌تواند خود را ترمیم کند، شکل خود را بازیابی کند و در استفاده‌های مکرر استحکام خود را حفظ کند، کشف کرده‌اند.این کشف می‌تواند معیارهای جدیدی را برای قابلیت اطمینان و پایداری در تولید با کارایی بالا تعیین کند.
این پروژه که توسط وزارت دفاع ایالات متحده پشتیبانی می‌شود، متخصصان مهندسی هوافضا و علوم مواد از دانشگاه تگزاس A&M و دانشگاه تولسا را گرد هم آورد.
دکتر محمد نراقی، استاد مهندسی هوافضا، این کار را در کنار دکتر آندریاس پلیکارپو از دانشگاه تولسا رهبری کرد.آنها عملکرد ATSP را تحت فشار شدید، گرما و آسیب‌های مکرر بررسی کردند.
نراقی خاطرنشان کرد که مواد هوافضا باید دما و ضربه‌های بالا را بدون به خطر انداختن ایمنی تحمل کنند.
تبادل پیوند در ATSP به آن اجازه می‌دهد تا در صورت آسیب دیدن، “خودترمیمی بر اساس تقاضا” را انجام دهد.این ماده همچنین در خودروها نویدبخش است. توانایی آن در بازیابی شکل پس از برخورد می‌تواند ایمنی مسافران را بهبود بخشد و نیاز به تعویض قطعات را کاهش دهد.
برخلاف پلاستیک‌های سنتی، ATSP را می‌توان بارها بازیافت کرد، که آن را برای صنایعی که هدفشان کاهش ضایعات بدون کاهش عملکرد است، جذاب می‌کند.
نراقی توضیح داد که ATSP تقویت‌شده را می‌توان در چرخه‌های متعدد خرد، قالب‌گیری مجدد و بدون از دست دادن خواص شیمیایی یا دوام آن، دوباره استفاده کرد.وقتی با الیاف کربن جفت می‌شود، ATSP چندین برابر قوی‌تر از فولاد می‌شود و در عین حال سبک‌تر از آلومینیوم باقی می‌ماند.
این ترکیب استحکام و سبکی، آن را به کاندیدای اصلی برای کاربردهای با کارایی بالا تبدیل می‌کند که در آن هر کیلوگرم اهمیت دارد.
ین تیم از آزمایش خزش چرخه‌ای استفاده کرد تا ببیند ATSP چگونه انرژی کرنش را در طول کشش مکرر ذخیره و آزاد می‌کند.آنها دو نقطه دمایی کلیدی را شناسایی کردند: دمای گذار شیشه‌ای، زمانی که زنجیره‌های پلیمری آزادانه‌تر حرکت می‌کنند، و دمای انجماد، زمانی که پیوندها به اندازه کافی فعال می‌شوند تا تغییر شکل و ترمیم را ممکن سازند.
در آزمایش‌های خستگی خمشی چرخه عمیق، نمونه‌ها تا دمای ۱۶۰ درجه سانتیگراد گرم شدند تا ترمیم آغاز شود. ATSP صدها چرخه گرمایش تنشی را تحمل کرد و حتی پس از ترمیم، دوام آن بهبود یافت.
نراقی این فرآیند را به پوستی تشبیه کرد که می‌تواند کشیده شود، التیام یابد و به شکل اولیه خود بازگردد.
در یک آزمایش سخت‌تر، این ماده پنج چرخه گرمایش آسیب‌دیده شدید را در دمای ۲۸۰ درجه سانتیگراد پشت سر گذاشت. پس از دو چرخه، تقریباً به استحکام کامل خود بازگشت.
تا چرخه پنجم، به دلیل خستگی مکانیکی، راندمان به حدود ۸۰٪ کاهش یافت، اما پایداری شیمیایی آن دست نخورده باقی ماند. تصویربرداری نشان داد که کامپوزیت ترمیم‌شده با ساختار اولیه خود مطابقت نزدیکی دارد و تنها سایش جزئی ناشی از نقص‌های تولید دارد.
این تحقیق توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی (AFOSR) تأمین مالی و با ATSP Innovations انجام شد.
نراقی این همکاری‌ها را در هدایت پروژه و کمک به تبدیل کنجکاوی تحقیقاتی به کاربردهای عملی مؤثر دانست.
یافته‌ها به آینده‌ای اشاره دارند که در آن پلاستیک‌های با کارایی بالا نه تنها در شرایط سخت دوام می‌آورند، بلکه با آسیب‌ها سازگار شده و بهبود می‌یابند و انتظارات از استحکام، ایمنی و پایداری را تغییر می‌دهند.
