تُصمَّم المواد البلاستيكية المستخدمة في عزل الكابلات عالية الجهد أو في المواد المركّبة المتينة بحيث لا تنصهر أبدًا بعد معالجتها. وهذه ميزة في الاستخدام اليومي، لكنها صداع حقيقي عند إعادة التدوير. اختبر فريق مشروع VIT الأوروبي إمكانية التوفيق بين الأمرين، وطوّر مواد تنبّه إلى التلف بتغيّر لونها ويمكن إعادة معالجتها بعد تسخينها. وفي النهاية يمكنك أن تعرف كم فيك من مهندس المواد.
تنتهي البلاستيكات المتصلدة بالحرارة حيث تكون المتانة مهمة: في المواد المركّبة والطلاءات والعوازل الكهربائية التي تعمل تحت جهد عالٍ. وأكبر مزاياها هي في الوقت نفسه أكبر عيوبها. فهي مصمَّمة بحيث لا تنصهر ولا تسيل بعد معالجتها. لذلك تكون مستقرة أثناء الخدمة، لكن عندما ينتهي عمرها يصعب جدًا استخدامها مجددًا.
وقد تصدّى لهذه المشكلة فريق مشروع VIT، الذي موّله الاتحاد الأوروبي ضمن إجراءات ماري سكودوفسكا كوري وتولّت تنسيقه جامعة بارما في إيطاليا.
راهن الباحثون على الفيتريمرات. وهي بوليمرات تتصرف أثناء الاستخدام كالمواد المتصلدة بالحرارة التقليدية، لكنها عند تسخينها يمكن أن تغيّر شكلها ويمكن إصلاحها أو إعادة معالجتها. وكان الهدف واضحًا: تطوير مواد تجمع بين الوظيفة وإمكانية إعادة التدوير.
سار العمل على عدة جبهات في وقت واحد. وتناول الباحثون:
من أبرز النتائج مجموعة مواد تُظهر الإجهاد أو الخدوش أو الرطوبة أو دخول الأكسجين عبر تغيّر مرئي في اللون أو في التألق الفلوري. ويعود ذلك إلى جزيئات خاصة تُسمّى الميكانوفورات.
«بفضل الميكانوفورات لدينا، أي الجزيئات البصرية، يمكن كشف التلف أو مرور الرطوبة أو الأكسجين بالعين المجرّدة، لأن الشقوق أو الأكسجين أو الرطوبة تسبّب تغيّرًا واضحًا في اللون»، توضّح منسّقة المشروع روبرتا بيناللي (Roberta Pinalli).
وهذا يعني عمليًا فرصة لرصد الخدوش الصغيرة والشقوق الدقيقة قبل أن تتحول إلى تلف أخطر. ومن المهم أن الاستجابة البصرية أمكن الحفاظ عليها أو استعادتها في أنظمة مختارة حتى بعد إعادة معالجة المادة. فالإشارة لا تختفي مع دورة الحياة الأولى للبلاستيك.
فحص شركاء المشروع كيف ستتصرف المواد الجديدة في عزل الكابلات عالية الجهد وفي المواد المركّبة وفي الأجزاء المتصلدة بالحرارة. والكابلات ميدان اختبار جيد، لأن البولي إيثيلين المتشابك المستخدم على نطاق واسع في عزلها يصعب إعادة تدويره.
لذلك اختبر الفريق أيونومرات قائمة على البولي إيثيلين وتركيبات من الفيتريمرات بوصفها بدائل محتملة. والنتيجة واعدة: فقد تبيّن أن خصائصها الكهربائية مماثلة لخصائص المواد التقليدية.
كان أصعب ما في الأمر الحفاظ على المتانة الميكانيكية. فقد كانت الخاصية الأكثر حساسية لإعادة المعالجة. وكما تذكر بيناللي، ففي المواد القائمة على البولي إيثيلين «لاحظنا بعد إعادة التدوير سلوكًا أكثر صلابة».
يؤكد هذا الرصد أن المادة يمكن إعادة معالجتها، لكن سلوكها الميكانيكي يعتمد بشدة على تاريخ المعالجة وظروف إعادة التدوير. وفي عزل الكابلات أو المواد المركّبة، حيث يجب أن تبقى المعايير متوقعة لفترة طويلة، تلك مسألة محورية.
وأظهر الباحثون أيضًا أن أنظمة فيتريمر مختارة تبلّغ عن حالتها بنفسها يمكن إعادة معالجتها أربع مرات على الأقل مع الحفاظ على استجابتها الوظيفية. ولم تُختبر دورات أكثر حتى الآن. وبعد المزيد من المعالجة صارت المواد أقل مرونة وأضعف ميكانيكيًا من بعض النواحي، وإن بقيت صلابتها إجمالًا دون تغيير.
كما أثبت الفريق طرق معالجة ذات صلة بالصناعة: البثق التفاعلي والقولبة بالانضغاط والقولبة بالحقن، جُرّبت على أنظمة مختارة قائمة على البولي إيثيلين. ومع ذلك تبقى العقبة الرئيسية هي نقل كيمياء المختبر إلى تصنيع موثوق.
«معدات المعالجة هي أكبر عائق، لأن معالجة الفيتريمر تختلف ريولوجيًا اختلافًا كبيرًا عن معالجة اللدائن الحرارية: فاللزوجة مختلفة بشكل ملحوظ، ولزوجة الفيتريمر أعلى من لزوجة اللدائن الحرارية»، تؤكد المنسّقة.
وسيعني ذلك للشركات تكييف نطاقات درجات حرارة العملية وبروتوكولات التجفيف وأزمنة المعالجة وظروف الخلط. فالكيمياء الجديدة وحدها لا تكفي، بل لا بد من تغييرات في خط الإنتاج أيضًا.
تُظهر قصة VIT جيدًا كم من التخصصات تلتقي عند العمل على بلاستيك واحد. فهناك التصميم الجزيئي وكيمياء البوليمرات، والهندسة الكهربائية المرتبطة بعزل الكابلات، وكذلك هندسة العمليات ومعالجة البلاستيك. ويضيف كل مجال من هذه المجالات جزءه: فبعضهم يجعل المادة تغيّر لونها عند التشقق، وآخرون يتحققون من أنها ما زالت تعزل جيدًا، وآخرون يبحثون عن طريقة لبثقها وقولبتها على نطاق صناعي.
أظهر مشروع VIT أن الفيتريمرات الذكية قادرة على تشخيص التلف ودعم إصلاحه والسماح بإعادة المعالجة. غير أن استبدال المواد المتصلدة بالحرارة المستخدمة اليوم، التي يصعب إعادة تدويرها، سيتطلب تحققًا طويل الأمد وطرق اختبار موحّدة وعمليات يستطيع القطاع الصناعي تطبيقها بموثوقية. فالطريق من بلاستيك يغيّر لونه عند التشقق إلى كابل في شبكة الكهرباء لا يزال طويلًا، لكن الخطوات الأولى قد اتُّخذت.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文