ما هي تقنية Kuzeyboru Polestra™؟

مادة حشو هجينة مبتكرة للأنظمة البوليمرية المركبة: تكنولوجيا Polestra™ من كوزي بورو

ما هي تكنولوجيا Polestra™؟ غالباً ما يتم اختيار الأنابيب في مشاريع البنية التحتية بناءً على التكلفة الفورية. ومع ذلك، فإن التكلفة الحقيقية للأنبوب الذي سيبقى تحت الأرض لعقود من الزمن لا تتحدد بسعر الشراء الفقط، بل بمدى متانته. ولهذا السبب بالتحديد قمنا بتطوير تكنولوجيا Polestra™. تعد Polestra™ تكنولوجيا حشو هجينة مبتكرة للأنظمة البوليمرية المركبة، تم تطويرها من قبل مركز البحث والتطوير التابع لشركة كوزي بورو. وتعتبر Polestra™، التي تم تطويرها لتحسين الخصائص الميكانيكية والحرارية للأنظمة المركبة ذات المصفوفة البلاستيكية الحرارية (thermoplastic matrix)، تركيبة هجينة مبتكرة تتجاوز نهج الحشو التقليدي أحادي المكون. تم تصميم هذه البنية أساساً للاستخدام في مجموعات المنتجات القائمة على البوليمر؛ وهي حل هندسي متقدم تقنياً يعمل على زيادة معايير المقاومة الميكانيكية العالية (الصلابة، وتخميد الصدمات)، والمقاومة الكيميائية الفائقة، والخفة الهيكلية، والفعالية من حيث التكلفة على النطاق الصناعي في وقت واحد.

نظام الحشو الهجين في شكل حبيبات: Polestra™

يعتمد النجاح الثرموديناميكي والمورفولوجي لـ Polestra™ على التفاعل التآزري بين الأطوار الموجودة في بنيتها. وهو نظام حشو هجين مدعم بجزيئات غير عضوية (inorganic) مختارة لتعزيز الأداء الميكانيكي والاستقرار الهيكلي للمادة، ومعدل بطور مرن (elastomeric phase) للقضاء على مخاطر الهشاشة (brittleness) المحتملة وإجهادات الواجهة البينية التي يمكن أن تخلقها الهياكل غير العضوية الصلبة داخل المصفوفة.
وبفضل الطور المرن، يبني النظام جسراً ممتازاً بين الحشوات غير العضوية والمصفوفة البوليمرية، مما يخلق بنية تزيد من مقاومة الصدمات (impact strength).
وفي المرحلة النهائية، تم صياغة Polestra™ في مورفولوجيا حبيبات صلبة حيث تتوزع مكوناتها العضوية وغير العضوية بشكل متجانس بفضل قدرتها العالية على التشتيت (dispersion)، دون الإخلال بتدفق المصهور في عمليات البثق (extrusion).

توصيف المواد - تحليلات البنية المجهرية

يجب تقييم فعالية نظام الحشو الهجين Polestra™ داخل المصفوفة البلاستيكية الحرارية من خلال البنية المورفولوجية وتفاعلات الواجهة البينية التي تشكلها المكونات.
وفي هذا السياق، تم فحص التجانس الهيكلي المجهري، وتشتت الجسيمات، وجودة الترابط بين الأطوار لمادة الحشو الهجينة باستخدام صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM-Scanning Electron Microscopy).

صورة البنية المجهرية عبر SEM لنظام الحشو الهجين غير العضوي Polestra™

صورة خريطة الإشارات العنصرية لمادة الحشو الهجينة Polestra™

زيادة الأداء في أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) المموجة مزدوجة الجدار

في التحليلات الميكانيكية التي أُجريت على أنابيب HDPE المدعمة بمادة الحشو الهجينة Polestra™، تم تحديد أن قيم الصلابة الحلقية (ring stiffness) للأنابيب تراوحت بين 9.43 و12.20 كيلو نيوتن/متر مربع (بمتوسط ≈10.7 كيلو نيوتن/متر مربع).
وفي المقابل، لوحظ أن هذه القيم بقيت عند مستويات تتراوح بين 6.12 و9.06 كيلو نيوتن/متر مربع (بمتوسط ≈7.45 كيلو نيوتن/متر مربع) في الأنابيب المرجعية المنتجة بتركيبات الحشو القياسية.

أنابيب HDPE المموجة مزدوجة الجدار SN8, Ø200 المنتجة بتكنولوجيا حشو Polestra™ (يسار)، مقارنة خاصية الصلابة الحلقية في الأنابيب المموجة مزدوجة الجدار المنتجة بتكنولوجيا حشو Polestra™ الهجينة وتلك المنتجة بالحشو التقليدي (يمين)

تعتبر هذه الزيادة الميكانيكية الكبيرة، والتي تعادل حوالي 43%، قيمة حرجة لسلامة الهيكل الهيكلي لأنظمة الأنابيب المموجة مزدوجة الجدار. ذلك لأن الصلابة الحلقية هي المؤشر الأكثر أساسية لقدرة الأنبوب في تطبيقات البنية التحتية تحت الأرض على مقاومة الانحراف العمودي (vertical deflection) الذي سيتعرض له تحت ثقل ردم التربة وأحمال المرور الديناميكية.

يعمل التعديل المرن في البنية الهجينة لـ Polestra™ على تحسين نقل الحمل، مما يزيد بشكل كبير من قدرة المادة على تخميد هذه الإجهادات الخارجية.

التغير الهيكلي لأنابيب HDPE المموجة مزدوجة الجدار SN8, Ø200 المنتجة بتكنولوجيا حشو Polestra™ نتيجة لاختبار المرونة الحلقية (ID: القطر الداخلي)

أظهرت نتائج اختبار المرونة الحلقية أن جميع الأنابيب التي تم تقييمها حافظت على سلامتها الهيكلية تحت التشوه المحدد، ولم يحدث أي شقوق مرئية، أو انفصال بين الطبقات (delamination)، أو انهيار للجدار.

التأثيرات على عملية البثق والاستدامة

تعمل مادة الحشو الهجينة Polestra™ على تحسين سيولة المصهور في أنظمة البثق (extrusion)، مما يوفر سهولة في المعالجة ويقلل من تكاليف الإنتاج الأحادية. إن توافقها العالي مع المواد الخام الأصلية للبولي إيثيلين، لا سيما في خطوط بثق الأنابيب المموجة، يقلل بشكل كبير من معدلات الهدر (الخردة)، مما يوفر نموذج إنتاج مستداماً ومرناً من الناحية التشغيلية.

يقدم الطور المرن المدمج في النظام إمكانية تشغيل فائقة (processability) بفضل المرونة التي يضفيها على المصهور؛ حيث يزيد من كفاءة البثق وعمر القالب عن طريق تخميد إجهادات القص (shear stress) داخل القالب.

براءة الاختراع والمساهمة في المنظومة العلمية

تجسدت تكنولوجيا الحشو الهجين Polestra™ نتيجة لرؤية نظامية وطويلة المدى في البحث والتطوير. وقد دخلت حقوق الملكية الفكرية لهذه التركيبة الفريدة مرحلة الحماية من خلال طلب براءة اختراع.

وقد نُشر مقالنا البحثي، الذي يكشف بكل شفافية علمية عن زيادة أداء Polestra™ في إنتاج أنابيب HDPE المموجة مزدوجة الجدار والتأثيرات المورفولوجية لنظام الحشو غير العضوي الهجين المعدل بالطور المرن، في مجلة MDPI-Polymers، وهي واحدة من المجلات الأكاديمية المرموقة عالمياً (من الفئة Q1) في مجال علوم البوليمرات.

(للوصول إلى المقال عبر معرف الكائن الرقمي doi: https://doi.org/10.3390/polym18030385).

إن هذا المنشور النوعي ومنظومة براءات الاختراع التي خرجت من مختبرات مركز البحث والتطوير لشركة كوزي بورو لتندمج في الأدبيات العالمية، هي المؤشر الأكثر ملموسية لمهمتنا في إنتاج تكنولوجيات مستدامة قائمة على أسس علمية ومبتكرة وذات قيمة مضافة في صناعة الأنابيب البلاستيكية.