Vor einigen Tagen veröffentlichte Professor Aniruddh Vashisth von der University of Washington in der international renommierten Fachzeitschrift Carbon einen Artikel, in dem er behauptete, er habe erfolgreich einen neuen Typ von Kohlefaser-Verbundwerkstoff entwickelt.Im Gegensatz zu herkömmlichem CFK, das nach einer Beschädigung nicht repariert werden kann, können neue Materialien wiederholt repariert werden.
Während die mechanischen Eigenschaften herkömmlicher Materialien erhalten bleiben, bietet das neue CFK einen neuen Vorteil: Es kann unter Hitzeeinwirkung wiederholt repariert werden.Hitze kann etwaige Ermüdungsschäden am Material reparieren und kann auch zur Zersetzung des Materials verwendet werden, wenn es am Ende des Betriebszyklus recycelt werden muss.Da herkömmliches CFK nicht recycelt werden kann, ist es wichtig, ein neues Material zu entwickeln, das mithilfe von Wärmeenergie oder Hochfrequenzerwärmung recycelt oder repariert werden kann.
Professor Vashisth sagte, dass die Wärmequelle den Alterungsprozess des neuen CFK auf unbestimmte Zeit verzögern kann.Streng genommen sollte dieses Material als Carbon Fiber Reinforced Vitrimers (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers) bezeichnet werden.Glaspolymer (Vitrimere) ist eine neue Art von Polymermaterial, das die Vorteile thermoplastischer und duroplastischer Kunststoffe vereint, die 2011 vom französischen Wissenschaftler Professor Ludwik Leibler erfunden wurden. Vitrimer-Material nutzt einen dynamischen Bindungsaustauschmechanismus, der einen reversiblen chemischen Bindungsaustausch auf dynamische Weise durchführen kann beim Erhitzen und behalten gleichzeitig eine vernetzte Struktur als Ganzes bei, so dass duroplastische Polymere selbstheilend sein und wie thermoplastische Polymere wiederverarbeitet werden können.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei den allgemein als Kohlefaserverbundwerkstoffe bezeichneten kohlenstofffaserverstärkten Harzmatrix-Verbundwerkstoffen (CFK) um zwei Typen: Duroplaste und Thermoplaste entsprechend der unterschiedlichen Harzstruktur.Duroplastische Verbundwerkstoffe enthalten in der Regel Epoxidharz, dessen chemische Bindungen das Material dauerhaft zu einem Körper verfestigen können.Thermoplastische Verbundstoffe enthalten relativ weiche thermoplastische Harze, die geschmolzen und wiederverarbeitet werden können, was jedoch zwangsläufig Auswirkungen auf die Festigkeit und Steifigkeit des Materials hat.
Die chemischen Bindungen in vCFRP können verbunden, getrennt und wieder verbunden werden, um einen „Mittelweg“ zwischen duroplastischen und thermoplastischen Materialien zu erhalten.Die Projektforscher glauben, dass Vitrimer ein Ersatz für duroplastische Harze werden und die Ansammlung duroplastischer Verbundwerkstoffe auf Mülldeponien verhindern kann.Forscher gehen davon aus, dass vCFRP einen großen Wandel von traditionellen Materialien hin zu dynamischen Materialien bedeuten und eine Reihe von Auswirkungen auf die gesamten Lebenszykluskosten, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wartung haben wird.
Derzeit sind Rotorblätter von Windkraftanlagen einer der Bereiche, in denen CFK am häufigsten eingesetzt wird, und die Wiederherstellung von Rotorblättern war in diesem Bereich schon immer ein Problem.Nach Ablauf der Servicezeit wurden Tausende ausgemusterter Rotorblätter auf der Mülldeponie entsorgt, was enorme Auswirkungen auf die Umwelt hatte.
Wenn vCFRP für die Rotorblattherstellung verwendet werden kann, kann es durch einfaches Erhitzen recycelt und wiederverwendet werden.Auch wenn die behandelte Klinge nicht repariert und wiederverwendet werden kann, kann sie zumindest durch Hitze zersetzt werden.Das neue Material wandelt den linearen Lebenszyklus von Duroplast-Verbundwerkstoffen in einen zyklischen Lebenszyklus um, was einen großen Schritt in Richtung nachhaltiger Entwicklung darstellt.
Wenn vCFRP für die Rotorblattherstellung verwendet werden kann, kann es durch einfaches Erhitzen recycelt und wiederverwendet werden.Auch wenn die behandelte Klinge nicht repariert und wiederverwendet werden kann, kann sie zumindest durch Hitze zersetzt werden.Das neue Material wandelt den linearen Lebenszyklus von Duroplast-Verbundwerkstoffen in einen zyklischen Lebenszyklus um, was einen großen Schritt in Richtung nachhaltiger Entwicklung darstellt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.11.2021