Vài ngày trước, giáo sư Aniruddh Vashisth của 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, vốn 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 còn bổ sung một ưu điểm 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 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 sử dụng. Vì CFRP truyền thống không thể tái chế, 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 làm chậm quá trình lão hóa của CFRP mới vô thời hạn. Nói một cách chính xác, 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 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 một cách động khi được gia nhiệt, đồng thời duy trì cấu trúc liên kết chéo tổng thể, do đó polymer nhiệt rắn có thể tự phục hồi và tái chế như polymer nhiệt dẻo.
Ngược lại, vật liệu composite sợi carbon thường được gọi là vật liệu composite nền nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), có thể được chia thành hai loại: nhiệt rắn và 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 cố định vật liệu thành một khối thống 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 tạo ra một "nền tảng trung gian" giữa vật liệu nhiệt rắn và nhiệt dẻo. Các nhà nghiên cứu dự án tin rằng Vitrimers có thể thay thế nhựa nhiệt rắn và tránh sự tích tụ vật liệu composite nhiệt rắn trong các bãi chôn lấp. Các nhà nghiên cứu tin rằng vCFRP sẽ trở thành một bước chuyển đổi lớn từ vật liệu truyền thống sang vật liệu động, và sẽ có một loạt tác động về chi phí vòng đời, độ tin cậy, an toàn và bảo trì.
Hiện nay, cánh tuabin gió là một trong những lĩnh vực sử dụng vật liệu CFRP với số lượng lớn, và việc thu hồi cánh tuabin luôn là một vấn đề nan giải trong lĩnh vực này. Sau khi hết thời hạn sử dụng, hàng ngàn cánh tuabin gió đã bị thải bỏ tại các 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 phương pháp gia nhiệt đơn giản. Ngay cả khi cánh quạt đã qua xử lý không thể sửa chữa và tái sử dụng, ít nhất nó vẫn có thể bị phân hủy bởi nhiệt. Vật liệu mới này biến 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 phương pháp gia nhiệt đơn giản. Ngay cả khi cánh quạt đã qua xử lý không thể sửa chữa và tái sử dụng, ít nhất nó vẫn có thể bị phân hủy bởi nhiệt. Vật liệu mới này biến 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
