Πριν από λίγες ημέρες, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον, Aniruddh Vashisth, δημοσίευσε μια εργασία στο διεθνές έγκυρο περιοδικό Carbon, ισχυριζόμενος 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 υποστεί ζημιά, τα νέα υλικά μπορούν να επισκευαστούν επανειλημμένα.
Διατηρώντας παράλληλα τις μηχανικές ιδιότητες των παραδοσιακών υλικών, το νέο CFRP προσθέτει ένα νέο πλεονέκτημα, ότι μπορεί να επισκευάζεται επανειλημμένα υπό την επίδραση της θερμότητας. Η θερμότητα μπορεί να επισκευάσει τυχόν ζημιές κόπωσης του υλικού και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αποσύνθεση του υλικού όταν χρειάζεται να ανακυκλωθεί στο τέλος του κύκλου λειτουργίας. 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 ραδιοσυχνοτήτων.
Ο καθηγητής Vashisth δήλωσε ότι η πηγή θερμότητας μπορεί να καθυστερήσει επ' αόριστον τη διαδικασία γήρανσης του νέου CFRP. Αυστηρά μιλώντας, αυτό το υλικό θα πρέπει να ονομάζεται Vitrimers Ενισχυμένα με Ίνες Άνθρακα (vCFRP, Vitrimers Ενισχυμένα με Ίνες Άνθρακα). Το υαλοπολυμερές (Vitrimers) είναι ένας νέος τύπος πολυμερούς υλικού που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των θερμοπλαστικών και των θερμοσκληρυνόμενων πλαστικών που εφευρέθηκε από τον Γάλλο επιστήμονα καθηγητή Ludwik Leibler το 2011. Το υλικό Vitrimers χρησιμοποιεί μηχανισμό δυναμικής ανταλλαγής δεσμών, ο οποίος μπορεί να πραγματοποιήσει αναστρέψιμη χημική ανταλλαγή δεσμών με δυναμικό τρόπο όταν θερμαίνεται, και ταυτόχρονα να διατηρήσει μια διασταυρωμένη δομή στο σύνολό της, έτσι ώστε τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή να μπορούν να αυτο-επουλώνονται και να επανεπεξεργάζονται όπως τα θερμοπλαστικά πολυμερή.
Αντίθετα, τα κοινώς αναφερόμενα ως σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακα είναι τα 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 ρητίνης. Τα θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά συνήθως περιέχουν εποξειδική ρητίνη, οι χημικοί δεσμοί της οποίας μπορούν να ενοποιήσουν μόνιμα το υλικό σε ένα σώμα. Τα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά περιέχουν σχετικά μαλακές θερμοπλαστικές ρητίνες που μπορούν να λιώσουν και να επανεπεξεργαστούν, αλλά αυτό αναπόφευκτα θα επηρεάσει την αντοχή και την ακαμψία του υλικού.
Οι χημικοί δεσμοί στο vCFRP μπορούν να συνδεθούν, να αποσυνδεθούν και να επανασυνδεθούν για να επιτευχθεί μια «μέση λύση» μεταξύ θερμοσκληρυνόμενων και θερμοπλαστικών υλικών. Οι ερευνητές του έργου πιστεύουν ότι τα Vitrimers μπορούν να υποκαταστήσουν τις θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες και να αποφύγουν τη συσσώρευση θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε χώρους υγειονομικής ταφής. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το vCFRP θα αποτελέσει μια σημαντική μετατόπιση από τα παραδοσιακά υλικά στα δυναμικά υλικά και θα έχει μια σειρά από επιπτώσεις όσον αφορά το κόστος πλήρους κύκλου ζωής, την αξιοπιστία, την ασφάλεια και τη συντήρηση.
Προς το παρόν, τα πτερύγια των ανεμογεννητριών είναι ένας από τους τομείς όπου η χρήση CFRP είναι μεγάλη και η ανάκτηση των πτερυγίων αποτελούσε πάντα πρόβλημα σε αυτόν τον τομέα. Μετά τη λήξη της περιόδου λειτουργίας, χιλιάδες αποσυρμένα πτερύγια απορρίφθηκαν σε χώρους υγειονομικής ταφής, γεγονός που προκάλεσε τεράστιες επιπτώσεις 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 με θερμότητα. Το νέο υλικό μετατρέπει τον γραμμικό κύκλο ζωής των θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε κυκλικό κύκλο ζωής, κάτι που θα αποτελέσει 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 με θερμότητα. Το νέο υλικό μετατρέπει τον γραμμικό κύκλο ζωής των θερμοσκληρυνόμενων σύνθετων υλικών σε κυκλικό κύκλο ζωής, κάτι που θα αποτελέσει ένα μεγάλο βήμα προς την αειφόρο ανάπτυξη.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Νοεμβρίου 2021
