wlokno weglowe

Nowy typ włókna węglowego potrafi się regenerować i umożliwi recykling tworzyw sztucznych na większą skalę

Włókno węglowe to świetne tworzywo, które ma jednak jedną poważną wadę. Jeśli dojdzie do jego uszkodzenia, najczęściej okazuje się ono trwałe, przez co produkt z niego wykonany nadaje się do wyrzucenia. Zespół naukowców z Uniwersytetu Waszyngtońskiego twierdzi, że wie jak naprawić to tworzywo. Jest tu oczywiście pewien haczyk.

I tak, owszem, obecnie istnieją już metody pozwalające na częściową naprawę kompozytów z włókna węglowego. Nie są one jednak zazwyczaj na tyle skuteczne, żeby element naprawiony w taki sposób nadawał się w pełni do ponownego użytku.

Wszak carbon to materiał, który wykorzystywany jest w bardzo zaawansowanych konstrukcjach, bardzo często poddawanych ekstremalnym obciążeniom. Dlatego też takie elementy, jeśli zostaną uszkodzone, są najczęściej wyrzucane.

Naprawa włókna węglowego jest możliwa

Zespół naukowców z Uniwersytetu Waszyngtońskiego stwierdził, że istnieje pewna metoda naprawy włókna węglowego. O ile włókno spełnia odpowiednie warunki. Zacznijmy od początku: obecnie większość produktów z włókna węglowego jest wytwarzana z dwóch typów polimerów wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP): termoutwardzalnych i termoplastycznych.

Częściej stosowanym rodzajem są CFRP termoutwardzalne, zawierające polimer epoksydowy, który zapewnia dużą sztywność takiego tworzywa, ale – raz utwardzony – bardzo trudno poddaje się późniejszej obróbce. CFRP termoplastyczne z kolei wykorzystują bardziej miękki klej polimerowy, który można w razie potrzeby stopić. Niestety, nie są one tak mocne ani sztywne jak termoutwardzalne CFRP.

Czytaj również: Czy włókno węglowe można ulepszyć? Można. Wystarczy sól

Mając na uwadze te właściwości obu rodzajów CFRP, zespół z Waszyngtonu kierowany przez prof. Aniruddhę Vashistha skupił się na badaniu właściwości nowej grupy materiałów tworzonych z włókna węglowego, zwanych vitrimerami wzmacnianymi włóknem węglowym (vCFRP). Naukowcy twierdzą, że łączą one najlepsze właściwości duroplastów i termoplastów.

Vitrimery, tak samo jak polimery termoutwardzalne od których pochodzą, początkowo tworzą bardzo silne wiązania chemiczne, co w efekcie końcowym bardzo skutkuje mocnym i sztywnym materiałem. Różnica polega na tym, że te wiązania można chwilowo poluzować (czy też osłabić) za pomocą tradycyjnych źródeł ciepła lub źródeł ciepła o częstotliwości radiowej, co pozwala na przykład na samoregenerację pęknięć lub innych defektów powstałych na takim tworzywie. Gdy vitrimery ostygną, ogniwa odbudowują się, a materiał odzyskuje swoją siłę.

W ten sposób podobno możliwe jest wielokrotne naprawianie uszkodzonych lub zdegradowanych vCFRP, a ostatecznie rozłożenie ich w celu recyklingu.

Materiały te mogą zmienić liniowy cykl życia tworzyw sztucznych na ich recykling, co byłoby wielkim krokiem w kierunku zrównoważonego rozwoju

– mówi prof. Nikhil Koratkar.