Кілька днів тому професор Вашингтонського університету Аніруддх Вашіштх опублікував статтю в авторитетному міжнародному журналі Carbon, стверджуючи, що йому вдалося успішно розробити новий тип композитного матеріалу з вуглецевого волокна. На відміну від традиційного вуглецевого волокна, який неможливо відремонтувати після пошкодження, нові матеріали можна ремонтувати багаторазово.
Зберігаючи механічні властивості традиційних матеріалів, новий вуглепластик (CFRP) додає нову перевагу, а саме те, що його можна багаторазово ремонтувати під дією тепла. Тепло може відновити будь-які пошкодження матеріалу від втоми, а також може бути використано для розкладання матеріалу, коли його потрібно переробити в кінці терміну служби. Оскільки традиційний вуглепластик не підлягає переробці, важливо розробити новий матеріал, який можна переробляти або ремонтувати за допомогою теплової енергії або радіочастотного нагрівання.
Професор Вашішт сказав, що джерело тепла може на невизначений термін затримувати процес старіння нового вуглецевого волокна (CFRP). Строго кажучи, цей матеріал слід називати вітримери, посилені вуглецевим волокном (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Склополімер (вітримери) – це новий тип полімерного матеріалу, який поєднує переваги термопластичних та термореактивних пластмас, винайдених французьким вченим професором Людвіком Лейблером у 2011 році. Вітримерний матеріал використовує механізм динамічного обміну зв'язками, який може виконувати оборотний хімічний обмін зв'язками динамічним чином при нагріванні, і водночас зберігати зшиту структуру в цілому, завдяки чому термореактивні полімери можуть самовідновлюватися та перероблятися, як термопластичні полімери.
На відміну від цього, вуглепластиковими композитними матеріалами, які зазвичай називають вуглепластиковими волокнистими композитними матеріалами (CFRP), є вуглепластикові волокнисто-армовані композитні матеріали на основі смоли (carbon-fiber matric Composite Materials), які можна розділити на два типи: термореактивні або термопластичні, залежно від структури смоли. Термореактивні композитні матеріали зазвичай містять епоксидну смолу, хімічні зв'язки в якій можуть остаточно об'єднати матеріал в одне ціле. Термопластичні композити містять відносно м'які термопластичні смоли, які можна плавити та переробляти, але це неминуче вплине на міцність та жорсткість матеріалу.
Хімічні зв'язки у vCFRP можна з'єднувати, роз'єднувати та знову з'єднувати, щоб отримати «золоту середину» між термореактивними та термопластичними матеріалами. Дослідники проекту вважають, що вітримери можуть стати заміною термореактивних смол та уникнути накопичення термореактивних композитів на звалищах. Дослідники вважають, що vCFRP стане значним переходом від традиційних матеріалів до динамічних матеріалів і матиме низку наслідків з точки зору вартості повного життєвого циклу, надійності, безпеки та обслуговування.
Наразі лопаті вітрових турбін є однією з галузей, де використання вуглепластику (CFRP) є значним, і відновлення лопатей завжди було проблемою в цій галузі. Після закінчення терміну служби тисячі списаних лопатей потрапляли на звалища, що мало величезний вплив на навколишнє середовище.
Якщо вуглепластик (vCFRP) можна використовувати для виготовлення лопатей, його можна переробити та повторно використати шляхом простого нагрівання. Навіть якщо оброблену лопатку неможливо відремонтувати та використати повторно, принаймні її можна розкласти під дією тепла. Новий матеріал перетворює лінійний життєвий цикл термореактивних композитів на циклічний життєвий цикл, що стане великим кроком до сталого розвитку.
Якщо вуглепластик (vCFRP) можна використовувати для виготовлення лопатей, його можна переробити та повторно використати шляхом простого нагрівання. Навіть якщо оброблену лопатку неможливо відремонтувати та використати повторно, принаймні її можна розкласти під дією тепла. Новий матеріал перетворює лінійний життєвий цикл термореактивних композитів на циклічний життєвий цикл, що стане великим кроком до сталого розвитку.
Час публікації: 09 листопада 2021 р.
