Cách đây vài ngày, giáo sư Aniruddh Vashisth thuộc Đại học Washington đã công bố một bài báo trên tạp chí quốc tế uy tín Carbon, tuyên bố rằng ông đã phát triển thành công một loại vật liệu composite sợi carbon mới. Không giống như CFRP truyền thống, không thể sửa chữa khi bị hư hỏng, vật liệu mới này có thể được sửa chữa nhiều lần.
Trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học của vật liệu truyền thống, vật liệu CFRP mới bổ sung thêm một ưu điểm mới, đó là khả năng tự sửa chữa nhiều lần dưới tác động của nhiệt. Nhiệt có thể khắc phục mọi hư hỏng do mỏi của vật liệu, và cũng có thể được sử dụng để phân hủy vật liệu khi cần tái chế sau khi kết thúc chu kỳ sử dụng. Vì vật liệu CFRP truyền thống không thể tái chế, nên việc phát triển một vật liệu mới có thể tái chế hoặc sửa chữa bằng năng lượng nhiệt hoặc gia nhiệt bằng tần số vô tuyến là rất quan trọng.
Giáo sư Vashisth cho biết nguồn nhiệt có thể làm chậm quá trình lão hóa của vật liệu CFRP mới một cách vô thời hạn. Nói chính xác hơn, vật liệu này nên được gọi là Vitrimers gia cường sợi carbon (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Polymer thủy tinh (Vitrimers) là một loại vật liệu polymer mới kết hợp những ưu điểm của nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, được phát minh bởi nhà khoa học người Pháp, Giáo sư Ludwik Leibler vào năm 2011. Vật liệu Vitrimers sử dụng cơ chế trao đổi liên kết động, có thể thực hiện trao đổi liên kết hóa học thuận nghịch một cách năng động khi được nung nóng, đồng thời duy trì cấu trúc liên kết chéo tổng thể, nhờ đó các polymer nhiệt rắn có thể tự phục hồi và tái chế giống như các polymer nhiệt dẻo.
Ngược lại, các vật liệu composite sợi carbon thường được biết đến là vật liệu composite nền nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), có thể được chia thành hai loại: nhiệt rắn hoặc nhiệt dẻo tùy theo cấu trúc nhựa khác nhau. Vật liệu composite nhiệt rắn thường chứa nhựa epoxy, các liên kết hóa học trong đó có thể hợp nhất vật liệu thành một khối vĩnh viễn. Vật liệu composite nhiệt dẻo chứa các loại nhựa nhiệt dẻo tương đối mềm, có thể nóng chảy và tái chế, nhưng điều này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến độ bền và độ cứng của vật liệu.
Các liên kết hóa học trong vCFRP có thể được kết nối, ngắt kết nối và kết nối lại để tạo ra một “điểm trung gian” giữa vật liệu nhiệt rắn và vật liệu nhiệt dẻo. Các nhà nghiên cứu dự án tin rằng Vitrimer có thể trở thành chất thay thế cho nhựa nhiệt rắn và tránh sự tích tụ các vật liệu composite nhiệt rắn trong bãi rác. Họ tin rằng vCFRP sẽ tạo ra một bước chuyển lớn từ vật liệu truyền thống sang vật liệu năng động, và sẽ có một loạt tác động về chi phí vòng đời, độ tin cậy, an toàn và bảo trì.
Hiện nay, cánh quạt tuabin gió là một trong những lĩnh vực sử dụng nhiều vật liệu CFRP, và việc tái chế cánh quạt luôn là một vấn đề nan giải trong lĩnh vực này. Sau khi hết thời gian sử dụng, hàng nghìn cánh quạt đã qua sử dụng bị vứt bỏ tại các bãi rác, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường.
Nếu vCFRP có thể được sử dụng để sản xuất cánh quạt, nó có thể được tái chế và tái sử dụng bằng cách gia nhiệt đơn giản. Ngay cả khi cánh quạt đã qua xử lý không thể sửa chữa và tái sử dụng, ít nhất nó cũng có thể bị phân hủy bằng nhiệt. Vật liệu mới này chuyển đổi vòng đời tuyến tính của vật liệu composite nhiệt rắn thành vòng đời tuần hoàn, đây sẽ là một bước tiến lớn hướng tới sự phát triển bền vững.
Nếu vCFRP có thể được sử dụng để sản xuất cánh quạt, nó có thể được tái chế và tái sử dụng bằng cách gia nhiệt đơn giản. Ngay cả khi cánh quạt đã qua xử lý không thể sửa chữa và tái sử dụng, ít nhất nó cũng có thể bị phân hủy bằng nhiệt. Vật liệu mới này chuyển đổi vòng đời tuyến tính của vật liệu composite nhiệt rắn thành vòng đời tuần hoàn, đây sẽ là một bước tiến lớn hướng tới sự phát triển bền vững.
Thời gian đăng bài: 09/11/2021
