Несколько дней назад профессор Вашингтонского университета Анирудд Вашистх опубликовал статью в авторитетном международном журнале Carbon, в которой утверждал, что ему удалось успешно разработать новый тип композитного материала из углеродного волокна. В отличие от традиционного CFRP, который невозможно отремонтировать после повреждения, новые материалы можно ремонтировать многократно.
Сохраняя механические свойства традиционных материалов, новый углепластик обладает еще одним преимуществом: его можно многократно ремонтировать под воздействием тепла. Тепло может устранить любые усталостные повреждения материала, а также использоваться для его разложения при необходимости переработки по окончании срока службы. Поскольку традиционный углепластик не подлежит переработке, важно разработать новый материал, который можно перерабатывать или ремонтировать с использованием тепловой энергии или радиочастотного нагрева.
Профессор Вашист заявил, что источник тепла может неограниченно замедлить процесс старения нового углепластика. Строго говоря, этот материал следует называть углеволокнистыми витримерами (vCFRP, углеволокнистые витримеры). Стеклополимеры (витримеры) — это новый тип полимерного материала, сочетающий в себе преимущества термопластичных и термореактивных пластмасс, изобретенный французским ученым профессором Людвиком Лейблером в 2011 году. Витримеры используют динамический механизм обмена связей, который позволяет осуществлять обратимый химический обмен связей динамическим образом при нагревании, и в то же время сохранять сшитую структуру в целом, благодаря чему термореактивные полимеры могут самовосстанавливаться и перерабатываться подобно термопластичным полимерам.
В отличие от них, обычно называемые композитными материалами из углеродного волокна представляют собой композитные материалы на основе углеродного волокна, армированные смолой (CFRP), которые можно разделить на два типа: термореактивные и термопластичные в зависимости от структуры смолы. Термореактивные композитные материалы обычно содержат эпоксидную смолу, химические связи в которой позволяют прочно скрепить материал в единое целое. Термопластичные композиты содержат относительно мягкие термопластичные смолы, которые можно расплавить и переработать, но это неизбежно повлияет на прочность и жесткость материала.
Химические связи в vCFRP могут соединяться, разъединяться и снова соединяться, образуя «золотую середину» между термореактивными и термопластичными материалами. Исследователи проекта считают, что витримеры могут стать заменой термореактивным смолам и предотвратить накопление термореактивных композитов на свалках. Ученые полагают, что vCFRP станет значительным шагом вперед по сравнению с традиционными материалами и окажет ряд последствий на протяжении всего жизненного цикла, в плане стоимости, надежности, безопасности и технического обслуживания.
В настоящее время лопасти ветротурбин являются одной из областей, где широко используется CFRP, и переработка лопастей всегда была проблемой в этой сфере. После истечения срока службы тысячи отработанных лопастей выбрасываются на свалки, что оказывает огромное негативное воздействие на окружающую среду.
Если vCFRP можно использовать для изготовления лопастей, его можно перерабатывать и повторно использовать простым нагревом. Даже если обработанную лопасть нельзя отремонтировать и использовать повторно, по крайней мере, ее можно разложить под воздействием тепла. Новый материал преобразует линейный жизненный цикл термореактивных композитов в циклический, что станет большим шагом на пути к устойчивому развитию.
Если vCFRP можно использовать для изготовления лопастей, его можно перерабатывать и повторно использовать простым нагревом. Даже если обработанную лопасть нельзя отремонтировать и использовать повторно, по крайней мере, ее можно разложить под воздействием тепла. Новый материал преобразует линейный жизненный цикл термореактивных композитов в циклический, что станет большим шагом на пути к устойчивому развитию.
Дата публикации: 09.11.2021
