Vor wenigen Tagen veröffentlichte Professor Aniruddh Vashisth von der University of Washington einen Artikel in der international anerkannten Fachzeitschrift Carbon. Darin behauptete er, erfolgreich einen neuen Typ von Kohlefaser-Verbundwerkstoff entwickelt zu haben. Im Gegensatz zu herkömmlichem CFK, das nach einer Beschädigung nicht mehr repariert werden kann, können neue Materialien wiederholt repariert werden.
Das neue CFK behält die mechanischen Eigenschaften herkömmlicher Werkstoffe bei und bietet einen neuen Vorteil: Es kann durch Hitzeeinwirkung wiederholt repariert werden. Hitze kann Ermüdungsschäden am Material reparieren und es zudem zersetzen, wenn es am Ende des Nutzungszyklus recycelt werden muss. Da herkömmliches CFK nicht recycelt werden kann, ist die Entwicklung eines neuen Materials wichtig, das mithilfe von Wärmeenergie oder Hochfrequenzerhitzung recycelt oder repariert werden kann.
Professor Vashisth erklärte, dass Wärme den Alterungsprozess von neuem CFK unbegrenzt verzögern könne. Streng genommen handelt es sich bei diesem Material um kohlenstofffaserverstärkte Vitrimere (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Glaspolymere (Vitrimere) sind ein neuartiges Polymermaterial, das die Vorteile von thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffen vereint und 2011 vom französischen Wissenschaftler Professor Ludwik Leibler erfunden wurde. Vitrimere nutzen einen dynamischen Bindungsaustauschmechanismus, der bei Erwärmung einen reversiblen chemischen Bindungsaustausch dynamisch durchführen und gleichzeitig die vernetzte Struktur aufrechterhalten kann, sodass duroplastische Polymere selbstheilend und wie thermoplastische Polymere wiederverwertbar sind.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei den allgemein als Kohlefaserverbundwerkstoffe bezeichneten Werkstoffen um kohlenstofffaserverstärkte Harzmatrix-Verbundwerkstoffe (CFK), die sich je nach Harzstruktur in zwei Typen unterteilen lassen: Duroplaste und Thermoplaste. Duroplastische Verbundwerkstoffe enthalten üblicherweise Epoxidharz, dessen chemische Bindungen das Material dauerhaft zu einem Körper verfestigen. Thermoplastische Verbundwerkstoffe enthalten relativ weiche thermoplastische Harze, die geschmolzen und wiederverarbeitet werden können, was jedoch zwangsläufig die Festigkeit und Steifigkeit des Materials beeinträchtigt.
Die chemischen Bindungen in vCFRP können geknüpft, gelöst und wiederhergestellt werden, um einen Mittelweg zwischen duroplastischen und thermoplastischen Materialien zu schaffen. Die Projektforscher sind überzeugt, dass Vitrimere duroplastische Harze ersetzen und die Ansammlung duroplastischer Verbundwerkstoffe auf Mülldeponien verhindern können. Sie gehen davon aus, dass vCFRP einen bedeutenden Wandel von traditionellen hin zu dynamischen Werkstoffen mit sich bringen und eine Reihe von Auswirkungen auf die Gesamtlebenszykluskosten, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wartung haben wird.
Derzeit werden CFK-Rotorblätter häufig bei Windkraftanlagen eingesetzt, und die Wiederverwertung der Rotorblätter stellt in diesem Bereich seit jeher ein Problem dar. Nach Ablauf der Nutzungsdauer werden Tausende ausgemusterter Rotorblätter auf Mülldeponien entsorgt, was enorme Auswirkungen auf die Umwelt hat.
Wenn vCFRP für die Rotorblattherstellung verwendet werden kann, lässt es sich durch einfaches Erhitzen recyceln und wiederverwenden. Selbst wenn das behandelte Rotorblatt nicht repariert und wiederverwendet werden kann, lässt es sich zumindest durch Hitze zersetzen. Das neue Material verwandelt den linearen Lebenszyklus von Duroplast-Verbundwerkstoffen in einen zyklischen Lebenszyklus und stellt damit einen großen Schritt in Richtung nachhaltiger Entwicklung dar.
Wenn vCFRP für die Rotorblattherstellung verwendet werden kann, lässt es sich durch einfaches Erhitzen recyceln und wiederverwenden. Selbst wenn das behandelte Rotorblatt nicht repariert und wiederverwendet werden kann, lässt es sich zumindest durch Hitze zersetzen. Das neue Material verwandelt den linearen Lebenszyklus von Duroplast-Verbundwerkstoffen in einen zyklischen Lebenszyklus und stellt damit einen großen Schritt in Richtung nachhaltiger Entwicklung dar.
Beitragszeit: 09.11.2021
