Enkele dagen geleden publiceerde Aniruddh Vashisth, hoogleraar aan de Universiteit van Washington, een artikel in het internationaal toonaangevende tijdschrift Carbon, waarin hij beweerde een nieuw type koolstofvezelcomposietmateriaal te hebben ontwikkeld. In tegenstelling tot traditioneel CFRP, dat niet meer te repareren is als het eenmaal beschadigd is, kan het nieuwe materiaal herhaaldelijk worden gerepareerd.
Het nieuwe CFRP behoudt de mechanische eigenschappen van traditionele materialen, maar biedt een extra voordeel: het kan herhaaldelijk gerepareerd worden door middel van warmte. Warmte kan eventuele vermoeidheidsschade aan het materiaal herstellen en kan ook gebruikt worden om het materiaal af te breken wanneer het aan het einde van de gebruikscyclus gerecycled moet worden. Omdat traditioneel CFRP niet gerecycled kan worden, is het belangrijk om een nieuw materiaal te ontwikkelen dat wel gerecycled of gerepareerd kan worden met behulp van thermische energie of radiofrequentieverwarming.
Professor Vashisth zei dat de warmtebron het verouderingsproces van het nieuwe CFRP oneindig kan vertragen. Strikt genomen zou dit materiaal koolstofvezelversterkte vitrimeren (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers) genoemd moeten worden. Glaspolymeer (Vitrimeren) is een nieuw type polymeermateriaal dat de voordelen van thermoplastische en thermohardende kunststoffen combineert, uitgevonden door de Franse wetenschapper professor Ludwik Leibler in 2011. Vitrimerenmateriaal maakt gebruik van een dynamisch bindingsuitwisselingsmechanisme, waardoor het bij verhitting een omkeerbare chemische bindingsuitwisseling op dynamische wijze kan uitvoeren, terwijl tegelijkertijd de dwarsverbonden structuur als geheel behouden blijft. Hierdoor kunnen thermohardende polymeren zichzelf herstellen en net als thermoplastische polymeren worden herverwerkt.
Daarentegen zijn de algemeen bekende koolstofvezelcomposietmaterialen in feite koolstofvezelversterkte harsmatrixcomposietmaterialen (CFRP), die, afhankelijk van de harsstructuur, in twee typen kunnen worden onderverdeeld: thermohardende en thermoplastische composieten. Thermohardende composietmaterialen bevatten meestal epoxyhars, waarvan de chemische bindingen het materiaal permanent tot één geheel consolideren. Thermoplastische composieten bevatten relatief zachte thermoplastische harsen die kunnen worden gesmolten en opnieuw verwerkt, maar dit heeft onvermijdelijk invloed op de sterkte en stijfheid van het materiaal.
De chemische bindingen in vCFRP kunnen worden verbonden, verbroken en opnieuw verbonden om een "tussenweg" te creëren tussen thermohardende en thermoplastische materialen. Onderzoekers zijn van mening dat vitrimers een alternatief kunnen vormen voor thermohardende harsen en de ophoping van thermohardende composieten op stortplaatsen kunnen voorkomen. Zij geloven dat vCFRP een belangrijke verschuiving zal betekenen van traditionele naar dynamische materialen en een reeks gevolgen zal hebben voor de totale levenscycluskosten, betrouwbaarheid, veiligheid en onderhoud.
Momenteel is de productie van CFRP-vezelversterkte kunststoffen (CFRP) een van de grootste toepassingen van windturbinebladen, maar het hergebruik ervan is altijd een probleem geweest. Na afloop van hun levensduur worden duizenden afgedankte bladen op stortplaatsen gedumpt, wat een enorme impact heeft op het milieu.
Als vCFRP gebruikt kan worden voor de productie van rotorbladen, kan het gerecycled en hergebruikt worden door middel van eenvoudige verhitting. Zelfs als het behandelde blad niet gerepareerd en hergebruikt kan worden, kan het in ieder geval door verhitting ontleed worden. Het nieuwe materiaal transformeert de lineaire levenscyclus van thermohardende composieten in een cyclische levenscyclus, wat een grote stap is richting duurzame ontwikkeling.
Als vCFRP gebruikt kan worden voor de productie van rotorbladen, kan het gerecycled en hergebruikt worden door middel van eenvoudige verhitting. Zelfs als het behandelde blad niet gerepareerd en hergebruikt kan worden, kan het in ieder geval door verhitting ontleed worden. Het nieuwe materiaal transformeert de lineaire levenscyclus van thermohardende composieten in een cyclische levenscyclus, wat een grote stap is richting duurzame ontwikkeling.
Geplaatst op: 09-11-2021
