عمليات الليزر تتيح إنتاج طبقات خالية من مواد PFAS

يقوم علماء في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر بتطوير تقنيات ليزر جديدة لإنتاج طبقات وظيفية خالية من مواد PFAS على نطاق صناعي.

 التصنيع القائم على الليزر بدلاً من مجرد استبدال المواد

تتعرض المواد الفلورية متعددة وفائقة الألكيل (PFAS) لضغوط تنظيمية متزايدة بسبب مخاطرها البيئية والصحية. لذلك، يعمل معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر (ILT) في إطار عدة مشاريع بحثية على تطوير عمليات قائمة على الليزر تُمكن من إنتاج طبقات وظيفية خالية من PFAS على المكونات المعدنية، والمحامل الانزلاقية، ووصلات منع التسرب، وإطارات الأسطوانات المطاطية.  وتتمثل أبرز هذه المشاريع في: ريبييك  وEPOS وLEMBAS وpureWaterSeal.

ولا يقتصر الأمر هنا على مجرد استبدال المواد الخام؛ فوفقًا للمعهد، تلعب عملية التصنيع نفسها الدور الحاسم في تحديد ما إذا كانت المواد البديلة ستُحقق الخصائص المطلوبة، مثل الحماية من التآكل، وتقليل الاحتكاك، أو مقاومة الالتصاق. تتيح أشعة الليزر توجيه الطاقة المطلوبة بشكل موجه محليًا ولمدة زمنية محددة، مما يحمي المكونات الحساسة للحرارة ويتجنب عمليات التسخين بالأفران المجهدة والمستهلكة للطاقة.

 طبقات طلاء PEEK للمكونات ذات الإجهاد العالي

في مشروع ريبييك، يطور معهد فراونهوفر عملية هجينة يتم فيها أولاً وضع طبقة معدنية محددة الهيكل باستعمال الليزر، ثم صهر مسحوق PEEK موضعياً. ينشأ عن ذلك ربط وثيق وقوي بين المعدن والبلاستيك. وتستهدف هذه العملية تطبيقات مختلفة، من بينها المحامل الانزلاقية، ووصلات منع التسرب، والمكابس، والصمامات المغناطيسية.

أما المشروع التابع EPOS، فيدرس البناء متعدد الطبقات لطلاءات PEEK على مكونات المحامل الانزلاقية كبيرة الحجم. والهدف هو تحقيق سمك أكبر للطبقات دون الحاجة لتسخين المكونات بالكامل. ويسهم الشركاء الصناعيون في هذا المشروع بخبراتهم في عمليات الطلاء وتحليل المواد.

 طبقات طلاء للأسطوانات المطاطية

في مشروع LEMBAS، يطور المعهد بالتعاون مع شركاء صناعيين طبقات مضادة للالتصاق خالية من PFAS للأسطوانات المطاطية، والتي تُستخدم في صناعات الأفلام البلاستيكية، والورق، والتغليف. وبدلاً من طبقات الطلاء القائمة على السيليكون، يتم استخدام بوليمرات عالية الأداء مثل PEEK، أو البولي أميد، أو البولي بروبيلين. تقوم أشعة الليزر بصهر الطلاء موضعياً دون إلحاق الضرر بالمطاط الحساس لدرجات الحرارة.

 وصلات منع تسرب خالية من PFAS مع مواد تشحيم قائمة على الماء

يجمع مشروع pureWaterSeal بين وصلات منع التسرب الخالية من PFAS ومواد التشحيم القائمة على الماء. تعتمد هذه التقنية على طبقات الكربون الشبيهة بالألماس (DLC)، والتي يتم بعد ذلك هيكلتها بدقة متناهية باستخدام الليزر. ويهدف ذلك إلى تقليل الاحتكاك والتآكل وزيادة العمر الافتراضي لوصلات منع التسرب. وتجري حالياً اختبارات النماذج الأولية في مضخات محطات الطاقة الجيومحرارية (محتطات الطاقة الحرارية الأرضية)، مع التخطيط لتطبيقات أخرى في المركبات، والسفن، توربينات الرياح.

 الليزر كتقنية مفتاحية

وفقًا لتقييم معهد فراونهوفر، فإن التخلي التام عن مواد PFAS لن ينجح إلا من خلال التآزر بين المواد البديلة المناسبة وعمليات التصنيع التكيفية. وتتيح عمليات الليزر المعالجة المستهدفة لأنظمة الطبقات المختلفة لمختلف التطبيقات الصناعية — بداية من المحامل الانزلاقية مروراً بالأسطوانات ووصولاً إلى أنظمة منع التسرب.