کامپوزیت هیبریدی پلی آمید ۱۱ زیست پایه با گرافن و دی اکسید تیتانیوم برای قطعات سبک خودرو

پلی آمید ۱۱ زیست پایه (PA11) که عمدتا از روغن کرچک ساخته می شود، به دلیل چقرمگی، مقاومت شیمیایی، پایداری ابعادی و جذب رطوبت نسبتا کم، برای کاربردهای حمل ونقل جذاب است؛ اما برای قطعات مهندسی سبک تر به تقویت نیاز دارد. مقاله ای داوری شده که در ۵ نوامبر ۲۰۲۶ در ژورنال Journal of Composites Science منتشر شد، کامپوزیت های هیبریدی PA11 را بررسی می کند که هم زمان با نانوصفحات گرافن (Gr) و ذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) تقویت شده اند.

پژوهشگران دانشگاه ملک عبدالعزیز در جده، عربستان سعودی، هفت فرمولاسیون شامل PA11 خالص، PA11 تقویت شده با گرافن و کامپوزیت های هیبریدی PA11/Gr/TiO2 ساختند. ساخت با اکستروژن مذاب دومارپیچه در حدود ۲۲۰ درجه سانتی گراد و سپس قالب گیری فشاری در ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار حدود ۱۵ مگاپاسکال انجام شد؛ یعنی نمونه ها ورق های آزمایشگاهی بودند، نه قطعات ساخته شده خودرو.

به گزارش مقاله، پرکننده های هیبریدی بلورینگی PA11 را بیشتر کردند: دمای تبلور از ۱۵۸٫۵ به ۱۶۳٫۲ درجه سانتی گراد و درجه بلورینگی از ۲۰٫۴ به ۲۵٫۶ درصد رسید. دماهای تخریب حرارتی T5٪، T10٪ و Tmax نیز از ۳۸۴٫۵، ۳۹۸٫۵ و ۴۳۴ درجه سانتی گراد به ترتیب به ۴۱۱٫۰، ۴۲۵٫۰ و ۴۵۹ درجه سانتی گراد افزایش یافتند. در بیشترین بارگذاری هیبریدی (۲ درصد گرافن و ۲ درصد TiO2)، مدول و استحکام ها حدود ۳۰ تا ۴۸ درصد بیشتر از PA11 خالص شدند و مدول ذخیره در ۲۵ درجه سانتی گراد حدود ۶۳ درصد افزایش یافت.

در آزمون پاسخ آتش، بیشینه نرخ آزادسازی گرما (pHRR) از ۶۱۰ به ۳۶۵ وات بر گرم کاهش یافت؛ یعنی ۴۰٫۲ درصد کمتر، و دمای متناظر با آن از ۴۳۸ به ۴۶۰ درجه سانتی گراد بالا رفت. با این حال، یک بده بستان روشن هم دیده شد: کرنش شکست از حدود ۲۸ درصد در PA11 خالص به ۱۰٫۵ درصد در بیشترین بارگذاری هیبریدی رسید؛ یعنی ماده سفت تر و قوی تر شد اما شکل پذیری اش کمتر شد.

این نتیجه مربوط به ورق ها و نمونه های آزمایشگاهی است و هیچ قطعه واقعی خودرویی در آن آزموده نشده است؛ کاربرد خودرویی در مقاله به عنوان ظرفیت بالقوه برای قطعات سبک، پوشش ها و محفظه های الکتریکی مطرح شده است. خود مقاله هم تاکید می کند که پیش از تجاری سازی، دوام درازمدت، پیرشدن در محیط و ایمنی آتش در کاربرد واقعی باید بررسی شود. با این حال، مقاله نشان می دهد که ترکیب گرافن و TiO2 در یک ترموپلاستیک زیست پایه می تواند هم زمان استحکام، پایداری حرارتی و پاسخ آتش را بهبود دهد.

منبع: Journal of Composites Science (ام دی پی آی، مقاله داوری شده)، ۵ نوامبر ۲۰۲۶، https://www.mdpi.com/2504-477X/10/11/596

مرضیه رهنورد آهن