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国际新闻

美国开发可反复修复CFRP 或迈出可持续发展重大一步
来源:中国复材展组委会  2021-11-09 11:11:00
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-11560.html       日前,华盛顿大学教授Aniruddh Vashisth在国际权威期刊Carbon上发表论文称其成功开发了一种新型碳纤维复合材料。与一旦损坏无法修复的传统CFRP不同,新材料可以被反复修复。


       新型CFRP在保持传统材料力学性能的同时,又增加了一个新的优点,即能够在热能作用下反复修复。热量可以修复材料的任何疲劳损伤,在材料服役周期末需要回收时,也可以被用来对该材料分解。由于传统的CFRP无法被回收,开发一种可以使用热能或射频加热方式进行回收或修复的新材料至关重要。

      Vashisth教授表示,热源可以无限推迟新型CFRP的老化过程。严格意义上讲,该材料应该被称为碳纤维增强玻璃高分子(vCFRP,Carbon Fiber Reinforced Vitrimers)。玻璃高分子(Vitrimers)是2011年由法国科学家Ludwik Leibler教授发明的一种结合了热塑性和热固性塑料优点的新型高分子材料。Vitrimers材料利用动态键交换机理,受热时能以动态方式进行可逆化学键交换,并同时在整体上保持交联结构,从而使热固性聚合物能像热塑性聚合物那样自修复和再加工。

       相比之下,通常所说的碳纤维复合材料是碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),根据树脂结构的不同分为热固性或热塑性两种。热固性复合材料通常含有环氧树脂,其中的化学键能够使材料永久固结为一体。热塑性复合材料含有相对较软的热塑性树脂,可以被熔化和重新加工,但这样势必对材料的强度和刚度造成影响。

        vCFRP中的化学键能够连接、断开、再连接,从而获得介于热固性和热塑性材料之间的“中间地带”。项目研究人员认为,Vitrimer可以成为热固性树脂的替代品,避免热固性复合材料在垃圾填埋场的堆积。研究者相信,vCFRP将成为传统材料向动态材料的重大转移,在全生命周期成本、可靠性、安全性和维护方面产生一系列影响。


       当下,风力发电机叶片是CFRP用量较大的领域之一,而叶片的回收一直是该领域面临的难题。服役期满后,数以千计的退役叶片以填埋的方式被丢弃在垃圾填埋场,给环境造成了巨大的影响。

       如果能够采用vCFRP来进行叶片制造,也许能通过简单的加热对其进行回收再利用。即使处理后的叶片不能被修复和重新使用,至少也可以用热能对其进行分解。新材料将热固性复合材料的线性生命周期转化为循环生命周期,这将是迈向可持续发展的一大步。 文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-11560.html