انقلابی سبک با اثری سنگین در صنعت آینده

به گزارش می‌متالز، از ترموپلاستیک‌های مهندسی‌شده مثل پلی‌آمید‌ها (Polyamide) گرفته تا کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر، پلیمر‌ها در صنایعی مثل هوافضا، خودروسازی، ساخت‌وساز و الکترونیک جا باز کرده‌اند. این مواد با نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگی و انعطاف‌پذیری در طراحی، به گزینه‌ای ایدئال برای کنار زدن فولاد سنتی تبدیل شده‌اند. بازار جهانی جایگزین‌های فلزات هم رو به رشد است؛ پیش‌بینی‌ها می‌گویند این بازار تا سال ۲۰۳۲ به ۳۸۴ میلیارد دلار می‌رسد، با نرخ رشد سالانه ۹.۱۴ درصد که نشان‌دهنده استقبال گسترده از این تحول است.

یکی از انگیزه‌های اصلی این تغییر، نیاز به کاهش وزن در حمل‌ونقل است. در خودروسازی و هوافضا، مواد سبک‌تر یعنی مصرف سوخت و آلودگی کمتر، چیزی که با قوانین سخت‌گیرانه زیست‌محیطی دنیا همخوانی دارد. مثلاً پلیمر‌هایی مثل پلی‌کربنات‌ها در قطعات خودرو، از بدنه تا اجزای داخلی، نه‌تنها دوام و مقاومت شیمیایی زیادی دارند، بلکه هزینه‌های تعمیر و نگهداری را هم کم می‌کنند. شرکت‌های خودروسازی حالا از کامپوزیت‌های پلیمری استفاده می‌کنند و بدون لطمه به استحکام، وزن را بسیار کاهش داده‌اند یا در موتورها، قطعات پلاستیکی تقویت‌شده جای فلزات سنگین را گرفته‌اند تا بازدهی بیشتر شود.

صنعت ساخت‌وساز هم از این موج بی‌نصیب نمانده. پلیمر‌های تقویت‌شده با فیبر (FRP) حالا در پل‌ها، ستون‌ها و حتی نمای ساختمان‌ها به کار می‌روند؛ چون در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و شرایط سخت جوی مقاوم‌اند. این مواد عمر سازه‌ها را طولانی‌تر می‌کند و هزینه‌های تعمیر را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، فرایند‌های پیشرفته پلیمرسازی، موادی مثل پلیمر‌های دوبعدی را به میدان آورده‌اند که از فولاد قوی‌ترند، اما مثل پلاستیک سبک‌اند؛ مثلاً در مناطق زلزله‌خیز، این مواد به خاطر انعطاف‌پذیری و سبکی، گزینه‌ای عالی برای تقویت سازه‌ها شده‌اند.

در هوافضا، اهمیت پلیمر‌های سبک دوچندان است. هر گرم کاهش وزن در هواپیما‌ها یعنی صرفه‌جویی در سوخت و کاهش ردپای کربن پلاستیک‌های مهندسی‌شده. حالا پلیمر‌های در بال‌ها، بدنه و حتی قطعات موتور جایگزین فلزات شده‌اند، چون هم استاندارد‌های سخت‌گیرانه دما و فشار را تحمل می‌کنند و هم از زنگ‌زدگی خبری نیست. این تغییر، نشان‌دهنده حرکت به سمت پایداری و صرفه اقتصادی در صنایعی است که فولاد به خاطر وزن و آسیب‌پذیری‌اش دیگر جواب‌گو نیست.

البته، پلیمر‌ها هنوز مشکلاتی دارند. رسانایی گرمایی و استحکام مکانیکی کمترشان در مقایسه با فلزات، گاهی دست‌وپایشان را در محیط‌های پرتنش می‌بندد. در دما‌های خیلی بالا یا بار‌های سنگین، هنوز فولاد حرف اول را می‌زند، ولی علم مواد بیکار ننشسته؛ چاپ سه‌بعدی حالا امکان ساخت شکل‌های پیچیده پلیمری را داده که هم کارایی را افزایش می‌‎دهد و هم ضایعات را کم می‌کند. این فناوری، در‌های جدیدی باز کرده تا پلیمر‌ها حتی در جا‌هایی که قبلاً فقط فلز جواب می‌داد، وارد شوند.

محیط‌ زیست هم در این داستان نقش بزرگی دارد. تولید فولاد انرژی زیادی می‌خواهد و گاز‌های گلخانه‌ای فراوانی آزاد می‌کند. ما خیلی از پلیمر‌ها با انرژی کمتر ساخته می‌شوند و قابل بازیافت‌اند؛ چیزی که با هدف‌های اقتصاد چرخشی جور درمی‌آید. مثلاً تحقیقات جدید روی پلیمر‌های زیستی، موادی ساخته که هم تجزیه‌پذیرند و هم در صنایع سنگین کار می‌کنند. این یعنی کاهش وابستگی به منابع فسیلی و حرکت به سمت آینده‌ای سبزتر.

پلیمر‌ها که با سبکی، دوام، هزینه کم و فایده‌های زیست‌محیطی‌شان جای فولاد را می‌گیرند، هنوز در جا‌هایی محدودیت‌هایی دارند، ولی نوآوری مداوم، از چاپ سه‌بعدی تا مواد دو بعدی، دامنه کاربردشان را در حمل‌ونقل، ساخت‌وساز، هوافضا و الکترونیک حسابی گسترده کرده است. این فقط یک پیشرفت فنی نیست؛ گامی بلند است به سمت صنعتی پایدارتر که هم کارآمدتر است و هم با سیاره‌مان سازگارتر. صنعت فولاد هنوز نفس می‌کشد، اما پلیمر‌ها در حال نوشتن فصل تازه‌ای از رقابت مواد هستند. برای کسانی که به آینده فکر می‌کنند، نادیده گرفتن این تغییرات می‌تواند گامی به‌سوی افول باشد.

منابع:

1. https://www.linkedin.com/pulse/steel-consumption-future-replacement-overview-emerging-mishra
2. https://www.zionmarketresearch.com/report/metal-replacement-market
3. https://www.plasticsengineering.org/۲۰۲۴/۱۰/lightweight-plastics-transforming-metal-based-applications-۰۰۷۰۲۶/
4. https://www.machinedesign.com/materials/article/۲۱۸۳۴۸۴۵/replacing-metal-with-plastic
5. https://news.mit.edu/۲۰۲۲/polymer-lightweight-material-۲d-۰۲۰۲

منبع: فولاد مبارکه اصفهان