Πριν από λίγες μέρες, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, Aniruddh Vashisth, δημοσίευσε μια εργασία στο διεθνές έγκυρο περιοδικό Carbon, υποστηρίζοντας ότι είχε αναπτύξει με επιτυχία έναν νέο τύπο σύνθετου υλικού από ανθρακονήματα.Σε αντίθεση με το παραδοσιακό CFRP, το οποίο δεν μπορεί να επισκευαστεί μόλις καταστραφεί, τα νέα υλικά μπορούν να επισκευαστούν επανειλημμένα.
Διατηρώντας τις μηχανικές ιδιότητες των παραδοσιακών υλικών, το νέο CFRP προσθέτει ένα νέο πλεονέκτημα, δηλαδή ότι μπορεί να επισκευαστεί επανειλημμένα υπό τη δράση της θερμότητας.Η θερμότητα μπορεί να επιδιορθώσει οποιαδήποτε ζημιά κόπωσης του υλικού και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αποσύνθεση του υλικού όταν πρέπει να ανακυκλωθεί στο τέλος του κύκλου σέρβις.Δεδομένου ότι το παραδοσιακό CFRP δεν μπορεί να ανακυκλωθεί, είναι σημαντικό να αναπτυχθεί ένα νέο υλικό που μπορεί να ανακυκλωθεί ή να επισκευαστεί χρησιμοποιώντας θερμική ενέργεια ή θέρμανση με ραδιοσυχνότητες.
Ο καθηγητής Vashisth είπε ότι η πηγή θερμότητας μπορεί να καθυστερήσει επ' αόριστον τη διαδικασία γήρανσης του νέου CFRP.Αυστηρά μιλώντας, αυτό το υλικό θα πρέπει να ονομάζεται υαλομερή ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (vCFRP, Βιτρίμερα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα).Το πολυμερές γυαλιού (Vitrimers) είναι ένας νέος τύπος πολυμερούς υλικού που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των θερμοπλαστικών και θερμοσκληρυνόμενων πλαστικών που εφευρέθηκε από τον Γάλλο επιστήμονα καθηγητή Ludwik Leibler το 2011. Το υλικό Vitrimers χρησιμοποιεί δυναμικό μηχανισμό ανταλλαγής δεσμών, ο οποίος μπορεί να εκτελέσει αναστρέψιμη ανταλλαγή χημικών δεσμών με δυναμικό τρόπο όταν θερμαίνεται, και ταυτόχρονα διατηρεί μια δομή με σταυροειδείς δεσμούς ως σύνολο, έτσι ώστε τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή να μπορούν να αυτοθεραπεύονται και να υποβάλλονται σε επανεπεξεργασία όπως τα θερμοπλαστικά πολυμερή.
Αντίθετα, τα κοινώς ονομαζόμενα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα είναι σύνθετα υλικά μήτρας ρητίνης ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRP), τα οποία μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: θερμοσκληρυνόμενα ή θερμοπλαστικά ανάλογα με τη διαφορετική δομή της ρητίνης.Τα θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά περιέχουν συνήθως εποξική ρητίνη, τους χημικούς δεσμούς στους οποίους μπορούν να ενοποιήσουν μόνιμα το υλικό σε ένα σώμα.Τα θερμοπλαστικά σύνθετα περιέχουν σχετικά μαλακές θερμοπλαστικές ρητίνες που μπορούν να λιωθούν και να υποβληθούν σε επανεπεξεργασία, αλλά αυτό θα επηρεάσει αναπόφευκτα την αντοχή και την ακαμψία του υλικού.
Οι χημικοί δεσμοί στο vCFRP μπορούν να συνδεθούν, να αποσυνδεθούν και να επανασυνδεθούν για να επιτευχθεί μια «μεσαία γείωση» μεταξύ θερμοσκληρυνόμενων και θερμοπλαστικών υλικών.Οι ερευνητές του έργου πιστεύουν ότι τα Vitrimers μπορούν να γίνουν υποκατάστατο των θερμοσκληρυνόμενων ρητινών και να αποφευχθεί η συσσώρευση θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε χώρους υγειονομικής ταφής.Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το vCFRP θα γίνει μια σημαντική αλλαγή από τα παραδοσιακά υλικά στα δυναμικά υλικά και θα έχει μια σειρά επιπτώσεων όσον αφορά το κόστος πλήρους κύκλου ζωής, την αξιοπιστία, την ασφάλεια και τη συντήρηση.
Επί του παρόντος, τα πτερύγια των ανεμογεννητριών είναι ένας από τους τομείς όπου η χρήση CFRP είναι μεγάλη και η ανάκτηση πτερυγίων ήταν πάντα ένα πρόβλημα σε αυτόν τον τομέα.Μετά τη λήξη της περιόδου υπηρεσίας, χιλιάδες αποσυρμένες λεπίδες απορρίφθηκαν στη χωματερή με τη μορφή χωματερής, γεγονός που προκάλεσε τεράστιο αντίκτυπο στο περιβάλλον.
Εάν το vCFRP μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή λεπίδων, μπορεί να ανακυκλωθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί με απλή θέρμανση.Ακόμα κι αν η επεξεργασμένη λεπίδα δεν μπορεί να επισκευαστεί και να επαναχρησιμοποιηθεί, τουλάχιστον μπορεί να αποσυντεθεί από τη θερμότητα.Το νέο υλικό μετατρέπει τον γραμμικό κύκλο ζωής των θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε κυκλικό κύκλο ζωής, που θα είναι ένα μεγάλο βήμα προς την αειφόρο ανάπτυξη.
Εάν το vCFRP μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή λεπίδων, μπορεί να ανακυκλωθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί με απλή θέρμανση.Ακόμα κι αν η επεξεργασμένη λεπίδα δεν μπορεί να επισκευαστεί και να επαναχρησιμοποιηθεί, τουλάχιστον μπορεί να αποσυντεθεί από τη θερμότητα.Το νέο υλικό μετατρέπει τον γραμμικό κύκλο ζωής των θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε κυκλικό κύκλο ζωής, που θα είναι ένα μεγάλο βήμα προς την αειφόρο ανάπτυξη.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-09-2021