Gratek: Το υλικό που υπόσχεται ελαφρύτερα και ανθεκτικότερα εξαρτήματα αυτοκινήτων

Στον κόσμο της αυτοκινητοβιομηχανίας, όπου κάθε γραμμάριο βάρους και κάθε ποσοστό αντοχής μετράει, μια νέα κατηγορία υλικών κάνει αίσθηση. Ονομάζεται Gratek και υπόσχεται να αναβαθμίσει ένα από τα πιο διαδεδομένα πλαστικά που χρησιμοποιούνται στα οχήματα: το πολυπροπυλένιο με πλήρωση από γυαλί. Η συνταγή; Μια ελάχιστη δόση γραφενίου (λιγότερο από 1%) είναι αρκετή για να κάνει το υλικό 20% πιο ανθεκτικό και ταυτόχρονα 18% ελαφρύτερο.

Το γραφένιο εδώ και χρόνια περιγράφεται ως το «θαυματουργό υλικό» της σύγχρονης επιστήμης. Με μορφή φύλλων πάχους ενός ατόμου και δομή σαν κηρήθρα, αυτό το δίκτυο από άτομα άνθρακα προσφέρει εξαιρετική μηχανική αντοχή, υψηλή αγωγιμότητα και αξιοσημείωτη χημική σταθερότητα. Η πρόκληση δεν ήταν ποτέ τι μπορεί να κάνει το γραφένιο, αλλά πώς μπορεί να ενσωματωθεί μαζικά σε βιομηχανικές εφαρμογές χωρίς να δημιουργήσει περισσότερα προβλήματα από όσα λύνει.

Αυτό ακριβώς προσπάθησε να λύσει ο Nello David Sansone, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Multifunctional Composites Manufacturing Laboratory του University of Toronto. Σε συνεργασία με την Axiom Group, ανέπτυξε μια τεχνική ένταξης νανοπλακιδίων γραφενίου σε προπυλένιο, ξεπερνώντας ένα βασικό εμπόδιο που είχε σταθεί μέχρι τώρα τροχοπέδη σε αντίστοιχες προσπάθειες.

Το μεγαλύτερο πρόβλημα με την προσθήκη γραφενίου σε πλαστικά ήταν η τάση του να δημιουργεί συσσωματώματα κατά την επεξεργασία. Οι συσσωματώσεις αυτές συγκέντρωναν τοπικά μηχανικές τάσεις, οδηγώντας συχνά σε ρωγμές και πρόωρη αστοχία του υλικού. Η καινοτομία του Sansone ήταν μια ιδιόκτητη διαδικασία στην οποία τα νανοπλακίδια κολλούν αποκλειστικά στις γυάλινες ίνες μέσα στο πολυπροπυλένιο. Έτσι αποφεύγεται η δημιουργία ανεπιθύμητων συσσωματωμάτων και οι ίνες ενισχύονται σημαντικά.

Αποτέλεσμα όλων αυτών είναι το Gratek: ένα σύνθετο υλικό που απαιτεί λιγότερες γυάλινες ίνες, προσφέροντας παράλληλα υψηλότερη αντοχή και χαμηλότερο βάρος. Μόνο αυτό του δίνει σημαντικό πλεονέκτημα για την παραγωγή εξαρτημάτων αυτοκινήτων, όπου ο συνδυασμός αντοχής και ελαφρότητας μπορεί να μεταφραστεί σε καλύτερη οδηγική συμπεριφορά, μειωμένη κατανάλωση και χαμηλότερες εκπομπές.

Ένα ακόμη, πιο πρακτικό πλεονέκτημα για τις βιομηχανικές γραμμές παραγωγής είναι ότι η μειωμένη περιεκτικότητα σε γυάλινες ίνες μειώνει τη φθορά στα εργαλεία και τα μηχανήματα που κόβουν ή τρυπούν το υλικό. Αυτό μεταφράζεται σε μικρότερο κόστος συντήρησης και πιο αποδοτική παραγωγική διαδικασία.

Υπάρχει όμως και ένας συμβιβασμός: το Gratek μπορεί να παραχθεί μόνο σε μαύρο χρώμα, λόγω του γραφενίου. Αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα για επιμέρους εξαρτήματα, όπως καλύμματα ή δομικά τμήματα που δεν είναι ορατά, αλλά περιορίζει τη χρήση του σε μέρη όπου απαιτούνται άλλες αποχρώσεις. Για αυτό, ο Sansone ανέπτυξε ένα δεύτερο υλικό, το Clatek. Σε αυτή την περίπτωση, η ενίσχυση γίνεται με νανοσωλήνες από άργιλο. Το Clatek προσφέρει παρόμοια μηχανική απόδοση, αλλά έχει λευκό χρώμα και μπορεί να βαφτεί ή να χρωματιστεί, ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές όπου η αισθητική είναι καθοριστική.

Οι προοπτικές αξιοποίησης των δύο υλικών φαίνονται ήδη ελκυστικές. Το Gratek αναμένεται να υπογραφεί από έναν μεγάλο κατασκευαστή αυτοκινήτων μέχρι το τέλος του έτους, κάτι που θα το φέρει από το εργαστήριο στην παραγωγή. Το Clatek, από την άλλη, προβλέπεται να γίνει εμπορικά διαθέσιμο μέσα στα επόμενα δύο χρόνια. Αν οι υπολογισμοί επιβεβαιωθούν, μπορεί να μιλάμε για μια στροφή στη βιομηχανία των σύνθετων υλικών και μάλιστα σε κλίμακα που σπάνια πετυχαίνουν καινοτομίες σε αυτόν τον τομέα.

Ο Sansone εργάζεται στο AegisX μέσω της start-up του NanoMorphix, μια νέα φόρμουλα που στοχεύει στην ανάπτυξη διαφανούς και υφασμάτινης θωράκισης για στρατιωτικές, αεροδιαστημικές και προσωπικές εφαρμογές προστασίας. Πρόκειται για έναν τομέα όπου η ανάγκη για ελαφριά και προηγμένα υλικά είναι τεράστια και η τεχνογνωσία του γύρω από τις νανοδομές φαίνεται έτοιμη να προσφέρει λύσεις.