Vài ngày trước, giáo sư Aniruddh Vashisth của Đại học Washington đã công bố một bài báo trên tạp chí uy tín quốc tế 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 một khi bị hư hỏng, vật liệu mới có thể được sửa chữa nhiều lần.
Trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học của vật liệu truyền thống, CFRP mới bổ sung thêm một lợi thế mới, đó là nó có thể được sửa chữa nhiều lần dưới tác động của nhiệt. Nhiệt có thể sửa chữa bất kỳ hư hỏng do mỏi nào của vật liệu và cũng có thể được sử dụng để phân hủy vật liệu khi cần tái chế vào cuối chu kỳ bảo dưỡng. Vì CFRP truyền thống không thể tái chế được nên điều quan trọng là phải phát triển một vật liệu mới có thể tái chế hoặc sửa chữa bằng năng lượng nhiệt hoặc gia nhiệt tần số vô tuyến.
Giáo sư Vashisth cho biết nguồn nhiệt có thể trì hoãn vô thời hạn quá trình lão hóa của CFRP mới. Nói một cách chính xác, vật liệu này nên được gọi là Vitrimers gia cường bằng sợi carbon (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Polymer thủy tinh (Vitrimers) là một loại vật liệu polymer mới kết hợp các ưu điểm của nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn do nhà khoa học người Pháp, Giáo sư Ludwik Leibler phát minh 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 theo cách động khi được gia nhiệt, đồng thời duy trì cấu trúc liên kết chéo như một tổng thể, do đó polyme nhiệt rắn có thể tự phục hồi và tái chế như polyme nhiệt dẻo.
Ngược lại, vật liệu composite sợi carbon thường được gọi là vật liệu composite ma trận nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), có thể được chia thành hai loại: nhiệt rắn hoặc nhiệt dẻo theo cấu trúc nhựa khác nhau. Vật liệu composite nhiệt rắn thường chứa nhựa epoxy, các liên kết hóa học trong đó có thể cố định vật liệu thành một khối duy nhất. Vật liệu composite nhiệt dẻo chứa nhựa nhiệt dẻo tương đối mềm có thể được nấu 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 có được "điểm trung gian" giữa vật liệu nhiệt rắn và vật liệu nhiệt dẻo. Các nhà nghiên cứu dự án tin rằng Vitrimers có thể trở thành vật liệu thay thế cho nhựa nhiệt rắn và tránh tích tụ vật liệu composite nhiệt rắn trong bãi chôn lấp. Các nhà nghiên cứu tin rằng vCFRP sẽ trở thành sự thay đổi lớn từ vật liệu truyền thống sang vật liệu động và sẽ có một loạt tác động về mặt chi phí vòng đời, độ tin cậy, an toàn và bảo trì.
Hiện nay, cánh tua bin gió là một trong những lĩnh vực sử dụng CFRP lớn và việc thu hồi cánh luôn là vấn đề trong lĩnh vực này. Sau khi hết thời hạn sử dụng, hàng nghìn cánh tua bin gió đã được thải bỏ tại bãi chôn lấp dưới dạng bãi chôn lấp, gây ra tác động rất 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 có thể bị phân hủy bởi nhiệt. Vật liệu mới này biến 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 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 có thể bị phân hủy bởi nhiệt. Vật liệu mới này biến 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 phát triển bền vững.
Thời gian đăng: 09-11-2021
