För några dagar sedan publicerade professor Aniruddh Vashisth vid University of Washington en artikel i den internationellt auktoritativa tidskriften Carbon, där han hävdade att han framgångsrikt hade utvecklat en ny typ av kolfiberkompositmaterial. Till skillnad från traditionellt CFRP, som inte kan repareras när det väl är skadat, kan nya material repareras upprepade gånger.
Samtidigt som de mekaniska egenskaperna hos traditionella material bibehålls, tillför det nya CFRP en ny fördel, det vill säga att det kan repareras upprepade gånger under inverkan av värme. Värme kan reparera eventuella utmattningsskador på materialet och kan också användas för att bryta ner materialet när det behöver återvinnas i slutet av användningscykeln. Eftersom traditionell CFRP inte kan återvinnas är det viktigt att utveckla ett nytt material som kan återvinnas eller repareras med hjälp av termisk energi eller radiofrekvensuppvärmning.
Professor Vashisth sa att värmekällan kan fördröja åldringsprocessen hos ny CFRP på obestämd tid. Strängt taget borde detta material kallas kolfiberförstärkta vitrimerer (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Glaspolymer (Vitrimerer) är en ny typ av polymermaterial som kombinerar fördelarna med termoplast och härdplast, uppfunnen av den franske forskaren professor Ludwik Leibler 2011. Vitrimermaterialet använder en dynamisk bindningsutbytesmekanism, som kan utföra reversibelt kemiskt bindningsutbyte på ett dynamiskt sätt vid uppvärmning, och samtidigt bibehålla en tvärbunden struktur som helhet, så att härdplaster kan vara självläkande och återbearbetas som termoplastpolymerer.
Däremot är de vanligen kallade kolfiberkompositmaterialen kolfiberförstärkta hartsmatriskompositmaterial (CFRP), som kan delas in i två typer: härdplast eller termoplast beroende på hartsstrukturen. Härdplastkompositmaterial innehåller vanligtvis epoxiharts, vars kemiska bindningar permanent kan konsolidera materialet till en enda kropp. Termoplastkompositer innehåller relativt mjuka termoplasthartser som kan smältas och återbearbetas, men detta kommer oundvikligen att påverka materialets styrka och styvhet.
De kemiska bindningarna i vCFRP kan anslutas, kopplas bort och återanslutas för att uppnå en "medelväg" mellan härdplast och termoplastiska material. Projektforskarna tror att vitrimerer kan bli ett substitut för härdplaster och undvika ansamling av härdplastkompositer på deponier. Forskarna tror att vCFRP kommer att bli ett stort skifte från traditionella material till dynamiska material, och kommer att ha en rad effekter när det gäller livscykelkostnader, tillförlitlighet, säkerhet och underhåll.
För närvarande är vindkraftverksblad ett av de områden där användningen av CFRP är stor, och återvinningen av blad har alltid varit ett problem inom detta område. Efter att användningsperioden löpt ut kasserades tusentals uttjänta blad på soptippar, vilket orsakade en enorm miljöpåverkan.
Om vCFRP kan användas för tillverkning av blad kan det återvinnas och återanvändas genom enkel uppvärmning. Även om det behandlade bladet inte kan repareras och återanvändas kan det åtminstone brytas ner genom värme. Det nya materialet omvandlar den linjära livscykeln för härdplastkompositer till en cyklisk livscykel, vilket kommer att vara ett stort steg mot hållbar utveckling.
Om vCFRP kan användas för tillverkning av blad kan det återvinnas och återanvändas genom enkel uppvärmning. Även om det behandlade bladet inte kan repareras och återanvändas kan det åtminstone brytas ner genom värme. Det nya materialet omvandlar den linjära livscykeln för härdplastkompositer till en cyklisk livscykel, vilket kommer att vara ett stort steg mot hållbar utveckling.
Publiceringstid: 9 november 2021
