Fotoğraf : Bir polimerizasyon yüzeyi ve bir 3-D yazıcı ile bir DCPD (disiklopentadien monomeri) jeli yukarı doğru yükseltiliyor ve tamamen sertleştirilmiş bir spiral ürün ile elde ediliyor.
Frontal polimerizasyon yaklaşımı enerji kullanımını önemli ölçüde azaltıyor.
Bu yaklaşım ile, mevcut endüstriyel üretim tekniklerinden 10 kat daha düşük enerji kullanarak şekillendirilmiş kompozit paneller gibi uçak montajında kullanılan malzemeler üretilebilir. Elde edilen polimerler ve kompozitler, geleneksel olarak üretilenlere benzer özellikler – dayanıklılık, ısı dayanıklılığı, eğilme direnci ve kimyasal direnç – sergiliyor.
Yöntem, farklı formlarda çok çeşitli polimer ve kompozit ürünlerin üretilmesinde yararlı olabilir. Otomobil, tekne ve uçak gövdeleri için güçlü, hafif şekilli malzemeler bunlardan bazıları.
Yüksek performanslı termoset bileşenleri üretmek, şu anda basınç altında ısıtılarak önceden şekillendirilmiş monomer reçinelerini düzelten otoklavlar gerektirir. Otoklavın boyutu, bileşenin boyutuna göre ölçeklenir, bu nedenle bazıları çok büyüktür. Süreç yavaştır ve özellikle büyük bileşenler için yüksek miktarda enerji kullanır.
Havacılık mühendisleri Scott R. White ve Philippe H. Geubelle, kimyager Jeffrey S. Moore, malzeme bilimcisi Nancy R. Sottos ve Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign Üniversitesi’nden bilim adamları birlikte yeni uygun maliyetli bir yöntem geliştirdiler.
Araştırmacılar, bir Boeing 787 fiber takviyeli kompozit gövdenin küçük bir bölümünün geleneksel kürleme yöntemi ile 96.000 kilovat saat elektrik enerjisi gerektirdiğini tahmin ediyorlar ki bu da bir yıl içinde yaklaşık dokuz konutun kullandığı elektriğe eşdeğer. Yeni kürleme yöntemi ile, aynı parçadaki enerji ihtiyacının, yaklaşık 2 saniyeliğine 25 wattlık bir akkor ampulü yakmaya yetecek kadar yani 9,6 miliwatt saate düşeceğini düşünüyorlar.
Ekibin ilk adımı, monomer disiklopentadien (DCPD) veya DCPD-fiber karışımının bir solüsyonunu veya jelini şekillendirmek olmuş. Daha sonra preshaped özellikteki malzemenin polimerizasyonunu başlatmak için bir ısı kaynağı kullanmışlar. Sistem bir kez başlatıldığında, monomer, bir otoklav veya enerji santrali gerektirmeden, bir termoset ürüne polimerize etmek için yeterli iç enerjiye sahip.
İşlem, frontal polimerizasyon olarak adlandırılıyor çünkü reaksiyon, hızlı hareket eden bir hava sistemi bir hat veya ön kısım boyunca monomer reçinesi veya monomer-fiber karışımı boyunca hızlı bir şekilde hareket ediyor. DCPD (monomer disiklopentadien )’nin ön polimerizasyonu, yüksek performanslı, çapraz bağlanmış termoset polidisiklopentadien (pDCPD) polimerleri veya polimer kompozitleri üretiyor.
Fotoğraf : Bu FROMP (Frontal Halka Açma Metatez Polimerizasyonu) örneğinde, “n” polimer tekrar sayısıdır ve “m” çapraz bağlanma derecesidir.
Illinois araştırmacılarının kullandıkları spesifik tepki, rutenyum katalizli frontal halka açma metatez polimerizasyonudur ve kısaca FROMP ile gösterilmektedir. Diğer araştırmacılar daha önce FROMP geliştirdiler, ancak kullanımı kısa “pot ömrü” ile sınırlıydı. Örneğin, ısıtılmayan bir DCPD monomer reçinesi ya da lif karışımı 30 dakika içinde sertleşir. Çoğu durumda, bu, polimerizasyona başlamadan önce başlangıç malzemesini doğru şekilde şekillendirmek için çok hızlı gelişir.
Grubun kilit katkısı, DCPD monomerlerinin işleme penceresini 30 dakikadan 30 saate kadar uzatan alkil fosfit inhibitörlerinin yakın zamanda keşfidir. İnhibitörler, bir dizi pDCPD polimeri ve kompozit yapı oluşturmak için FROMP’nin kullanılmasını mümkün kılıyor.
Araştırmacılar spiral formlar ve DCPD moleküler model oluşturmak için 3 boyutlu bir yazıcı kullandılar. Kabartma harflerle spor yapan polimer şekilleri ürettiler. Ve fiber takviyeli kompozit paneller yaptılar. Ürünler, endüstriyel olarak üretilen karşılaştırılabilir polimerler ve kompozitlere benzer özelliklere sahiptir ve yüksek performanslı uygulamalar için uygundur.
Başlatma ısısı gereken yegane enerji olduğundan, yöntem, geleneksel kürlemeden çok daha az enerji kullanır. Ayrıca daha hızlıdır ve pahalı otoklavlara da gerek yoktur.
Louisiana Eyalet Üniversitesi’nden frontal polimerizasyon öncüsü John A. Pojman Srl, “Yazarlar, FROMP pot ömrünün yararlı hedefe nasıl genişletileceğini ve en önemlisi, yararlı materyallerin geleneksel yöntemlerden daha hızlı ve ucuz bir şekilde nasıl üretileceğini gösterdi.” diyor.
White, “Biz bu tekniği karmaşık yapıları üretmek amacıyla tamamen yeni yöntemler geliştirmek için kullanmayı umuyoruz. Bu araştırmayla ilgili birkaç ABD patentini aldık, ancak henüz ticarileştirilmedi.” diyor.
Kaynak : acs.org