Nowy rodzaj włókna węglowego można naprawiać w nieskończoność

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtona opracowali nowy, bardzo mocny i lekki materiał kompozytowy z włókna węglowego. Jego zaletą jest możliwość naprawy uszkodzeń przy pomocy ciepła.

Włókno węglowe ze względu na niewielką masę oraz ogromną wytrzymałość jest materiałem o bardzo szerokich zastosowaniach. Problem w tym, że jeśli wykonany z niego element ulegnie uszkodzeniu, to nie da się go naprawić i konieczna jest wymiana całości. Być może w przyszłości nie będzie to potrzebne, gdyż taki karbonowy element da się naprawić.

Kompozyt włókna węglowego z możliwością naprawy

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtona opracowali nowy, bardzo mocny i lekki materiał kompozytowy z włókna węglowego. Jest tak samo mocny jak typowe włókno węglowe, ale ma tę zaletę, iż można go wielokrotnie naprawiać za pomocą ciepła. Da się w ten sposób nie tylko odwrócić wszelkie uszkodzenia zmęczeniowe materiału. Umożliwia to również recykling materiału, co w przypadku zwykłego karbonu nie jest możliwe. Według konstruktorów źródło ciepła można wykorzystywać do opóźnienia procesu starzenia nowego kompozytu praktycznie w nieskończoność.

Materiał jest częścią niedawno opracowanej grupy znanej jako vitrimery wzmocnione włóknem węglowym (vCFRP). Dla porównania, materiały zwykle używane dzisiaj, to polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP). Typowe CFRP dzielą się na dwie kategorie, mianowicie termoutwardzalne oraz termoplastyczne.

Odmiany termoutwardzalne wykorzystują żywicę epoksydową z łącznikami chemicznymi, które utrzymują ją razem i trwale twardnieją. Odmiany termoplastyczne używają bardziej miękkiego kleju, który można stopić i przerobić. Ale ma to wpływ na jego wytrzymałość i sztywność.

Materiał vCFRP jest alternatywą dla wielu produktów wytwarzanych z materiałów termoutwardzalnych. Dzięki jego zastosowaniu uda się zmniejszyć ilość włókna węglowego na składowiskach odpadów.

Recykling karbonu

Obecnie jednym z miejsc, gdzie powszechnie stosuje się kompozyty z włókna węglowego, są łopaty turbin wiatrowych. Niestety mają one ograniczoną żywotność, a ponieważ nie można ich poddać recyklingowi, to w momencie wymiany muszą trafić na wysypisko.

W nadchodzących latach zajdzie konieczność wymiany tysięcy łopat turbin używanych do produkcji energii elektrycznej. Wszystkie normalnie musiałyby trafić na śmietnik, a dzięki nowemu kompozytowi nie będzie to już konieczne.

Źródło