Несколько дней назад профессор Вашингтонского университета Анируддх Вашишт опубликовал статью в авторитетном международном журнале Carbon, в которой заявил об успешной разработке нового типа композитного материала на основе углеродного волокна. В отличие от традиционного углепластика, который невозможно восстановить после повреждения, новые материалы можно ремонтировать многократно.
Сохраняя механические свойства традиционных материалов, новый углепластик обладает новым преимуществом: его можно многократно ремонтировать под воздействием тепла. Тепло может устранить любые усталостные повреждения материала, а также может быть использовано 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 помощью тепловой энергии или радиочастотного нагрева.
Профессор Вашист заявил, что источник тепла может неограниченно замедлить процесс старения нового углепластика. Строго говоря, этот материал следует называть витримерами, армированными углеродным волокном (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Стеклополимер (витримеры) – это новый тип полимерного материала, сочетающий в себе преимущества термопластичных и термореактивных пластиков, разработанный французским учёным профессором Людвиком Лейблером в 2011 году. Витримеры используют механизм динамического обмена связями, который позволяет осуществлять обратимый обмен химическими связями в динамическом режиме при нагревании, сохраняя при этом сшитую структуру в целом, благодаря чему термореактивные полимеры способны к самовосстановлению и переработке подобно термопластичным полимерам.
В отличие от них, композиционные материалы с углеродным волокном, обычно называются композиционными материалами на основе смоляной матрицы, армированными углеродным волокном (CFRP). Их можно разделить на два типа: термореактивные и термопластичные, в зависимости от структуры смолы. Термореактивные композиционные материалы обычно содержат эпоксидную смолу, химические связи в которой обеспечивают прочное соединение материала в единое целое. Термопластичные композиты содержат относительно мягкие термопластичные смолы, которые можно плавить и перерабатывать, но это неизбежно скажется на прочности и жесткости материала.
Химические связи в vCFRP могут быть соединены, разъединены и повторно соединены, что позволяет получить «золотую середину» между термореактивными и термопластичными материалами. Исследователи проекта полагают, что Vitrimers может стать заменой термореактивным смолам и предотвратить накопление термореактивных композитов на свалках. Исследователи полагают, что vCFRP станет важным шагом от традиционных материалов к динамическим и окажет ряд положительных эффектов с точки зрения стоимости полного жизненного цикла, надежности, безопасности и обслуживания.
В настоящее время лопасти ветряных турбин являются одной из областей применения углепластика, и их утилизация всегда была проблемой в этой области. После истечения срока службы тысячи отработанных лопастей были выброшены на свалки, что оказало огромное воздействие на окружающую среду.
Если vCFRP можно использовать для производства лопаток, его можно переработать и использовать повторно простым нагревом. Даже если обработанная лопатка не подлежит ремонту и повторному использованию, её, по крайней мере, можно разложить под действием тепла. Новый материал преобразует линейный жизненный цикл термореактивных композитов в циклический, что станет важным шагом на пути к устойчивому развитию.
Если vCFRP можно использовать для производства лопаток, его можно переработать и использовать повторно простым нагревом. Даже если обработанная лопатка не подлежит ремонту и повторному использованию, её, по крайней мере, можно разложить под действием тепла. Новый материал преобразует линейный жизненный цикл термореактивных композитов в циклический, что станет важным шагом на пути к устойчивому развитию.
Время публикации: 09 ноября 2021 г.
