Kilka dni temu profesor Uniwersytetu Waszyngtońskiego Aniruddh Vashisth opublikował artykuł w międzynarodowym, autorytatywnym czasopiśmie Carbon, w którym twierdził, że udało mu się opracować nowy rodzaj kompozytu z włókna węglowego. W przeciwieństwie do tradycyjnego CFRP, którego nie da się naprawić raz uszkodzonego, nowe materiały można naprawiać wielokrotnie.
Zachowując właściwości mechaniczne tradycyjnych materiałów, nowy CFRP oferuje dodatkową zaletę: możliwość wielokrotnej naprawy pod wpływem ciepła. Ciepło może naprawić wszelkie uszkodzenia zmęczeniowe materiału, a także może być wykorzystane do jego rozkładu, gdy będzie on wymagał recyklingu po zakończeniu cyklu eksploatacyjnego. Ponieważ tradycyjnego CFRP nie można poddać recyklingowi, ważne jest opracowanie nowego materiału, który można poddać recyklingowi lub naprawie za pomocą energii cieplnej lub nagrzewania radiowego.
Profesor Vashisth stwierdził, że źródło ciepła może w nieskończoność opóźnić proces starzenia się nowego CFRP. Ściśle rzecz biorąc, materiał ten powinien nazywać się Carbon Fiber Reinforced Vitrimers (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Polimer szklany (Vitrimers) to nowy rodzaj materiału polimerowego, który łączy zalety tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych, wynaleziony przez francuskiego naukowca, profesora Ludwika Leiblera w 2011 roku. Materiał Vitrimers wykorzystuje mechanizm dynamicznej wymiany wiązań, który umożliwia dynamiczną, odwracalną wymianę wiązań chemicznych po podgrzaniu, jednocześnie zachowując usieciowaną strukturę jako całość. Dzięki temu polimery termoutwardzalne mogą samoistnie się regenerować i być ponownie przetwarzane, podobnie jak polimery termoplastyczne.
Natomiast powszechnie znane materiały kompozytowe z włókna węglowego to materiały kompozytowe z matrycą żywiczną wzmocnioną włóknem węglowym (CFRP), które można podzielić na dwa rodzaje: termoutwardzalne i termoplastyczne, w zależności od struktury żywicy. Materiały kompozytowe termoutwardzalne zazwyczaj zawierają żywicę epoksydową, której wiązania chemiczne mogą trwale scalić materiał w jedną całość. Kompozyty termoplastyczne zawierają stosunkowo miękkie żywice termoplastyczne, które można topić i ponownie przetwarzać, ale nieuchronnie wpływa to na wytrzymałość i sztywność materiału.
Wiązania chemiczne w vCFRP można łączyć, rozłączać i ponownie łączyć, aby uzyskać „złoty środek” między materiałami termoutwardzalnymi a termoplastycznymi. Naukowcy projektu uważają, że Vitrimery mogą stać się substytutem żywic termoutwardzalnych i zapobiec gromadzeniu się kompozytów termoutwardzalnych na wysypiskach śmieci. Naukowcy uważają, że vCFRP stanie się znaczącym przejściem od materiałów tradycyjnych do materiałów dynamicznych i będzie miało szereg skutków pod względem kosztów cyklu życia, niezawodności, bezpieczeństwa i konserwacji.
Obecnie łopaty turbin wiatrowych stanowią jeden z obszarów, w których CFRP jest szeroko stosowane, a odzysk łopat zawsze stanowił problem w tej dziedzinie. Po upływie okresu eksploatacji tysiące zużytych łopat trafiało na składowiska odpadów, co miało ogromny wpływ na środowisko.
Jeśli vCFRP może zostać wykorzystany do produkcji łopat, można go poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać poprzez proste podgrzanie. Nawet jeśli obrobionej łopaty nie da się naprawić i ponownie wykorzystać, to przynajmniej można ją rozłożyć pod wpływem ciepła. Nowy materiał przekształca liniowy cykl życia kompozytów termoutwardzalnych w cykliczny, co będzie dużym krokiem w kierunku zrównoważonego rozwoju.
Jeśli vCFRP może zostać wykorzystany do produkcji łopat, można go poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać poprzez proste podgrzanie. Nawet jeśli obrobionej łopaty nie da się naprawić i ponownie wykorzystać, to przynajmniej można ją rozłożyć pod wpływem ciepła. Nowy materiał przekształca liniowy cykl życia kompozytów termoutwardzalnych w cykliczny, co będzie dużym krokiem w kierunku zrównoważonego rozwoju.
Czas publikacji: 09-11-2021
