לפני מספר ימים, פרופסור אנירוד ושיסט מאוניברסיטת וושינגטון פרסם מאמר בכתב העת הבינלאומי Carbon, בו טען כי פיתח בהצלחה סוג חדש של חומר מרוכב מסיבי פחמן. בניגוד לחומר מרוכב מסיבי פחמן מסורתי (CFRP), שלא ניתן לתקן אותו לאחר שניזוק, חומרים חדשים ניתנים לתיקון שוב ושוב.
תוך שמירה על התכונות המכניות של חומרים מסורתיים, ה-CFRP החדש מוסיף יתרון חדש, כלומר, ניתן לתקן אותו שוב ושוב תחת פעולת חום. חום יכול לתקן כל נזק עייפות של החומר, וניתן גם להשתמש בו לפירוק החומר כאשר יש צורך למחזר אותו בסוף מחזור השירות. מכיוון שלא ניתן למחזר CFRP מסורתי, חשוב לפתח חומר חדש שניתן למחזר או לתקן באמצעות אנרגיה תרמית או חימום בתדרי רדיו.
פרופסור ושיסט אמר שמקור החום יכול לעכב ללא הגבלת זמן את תהליך ההזדקנות של סיבי פחמן (CFRP) חדשים. מבחינה דידקנית, חומר זה צריך להיקרא ויטרימרים מחוזקים בסיבי פחמן (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). פולימר זכוכית (Vitrimers) הוא סוג חדש של חומר פולימרי המשלב את היתרונות של פלסטיק תרמופלסטי ותרמוסטי שהומצא על ידי המדען הצרפתי פרופסור לודוויק לייבלר בשנת 2011. חומר הויטרימרים משתמש במנגנון חילופי קשרים דינמי, שיכול לבצע חילופי קשרים כימיים הפיככים באופן דינמי כאשר מחומם, ובמקביל לשמור על מבנה צולב בכללותו, כך שפולימרים תרמוסטיים יכולים להיות בעלי יכולת ריפוי עצמית ולעיבוד מחדש כמו פולימרים תרמופלסטיים.
לעומת זאת, חומרים מרוכבים סיבי פחמן, המכונים בדרך כלל חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן (CFRP), ניתנים לחלוקה לשני סוגים: תרמוסט או תרמופלסטי בהתאם למבנה השרף השונה. חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מכילים בדרך כלל שרף אפוקסי, אשר קשרים כימיים בו יכולים לאחד את החומר לצמיתות לגוף אחד. חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מכילים שרפים תרמופלסטיים רכים יחסית הניתנים להמסה ולעיבוד חוזר, אך הדבר ישפיע בהכרח על חוזק וקשיחות החומר.
ניתן לחבר, לנתק ולחבר מחדש את הקשרים הכימיים ב-vCFRP כדי להשיג "דרך ביניים" בין חומרים תרמוסטיים וחומרים תרמופלסטיים. חוקרי הפרויקט מאמינים כי ויטרימרים יכולים להפוך לתחליף לשרפים תרמוסטיים ולמנוע הצטברות של חומרים מרוכבים תרמוסטיים במזבלות. החוקרים מאמינים כי vCFRP יהפוך למעבר משמעותי מחומרים מסורתיים לחומרים דינמיים, ויהיו לו שורה של השפעות מבחינת עלות מחזור החיים המלא, אמינות, בטיחות ותחזוקה.
כיום, להבי טורבינות רוח הם אחד התחומים בהם השימוש ב-CFRP גדול, ושחזור להבים תמיד היה בעיה בתחום זה. לאחר תום תקופת השירות, אלפי להבים שיצאו משימוש הושלכו למזבלה בצורה של פסולת, מה שגרם להשפעה עצומה על הסביבה.
אם ניתן להשתמש ב-vCFRP לייצור להבים, ניתן למחזר אותו ולעשות בו שימוש חוזר באמצעות חימום פשוט. גם אם לא ניתן לתקן ולעשות בו שימוש חוזר בלהב, לפחות ניתן לפרק אותו באמצעות חום. החומר החדש הופך את מחזור החיים הליניארי של חומרים מרוכבים תרמוסטיים למחזור חיים מחזורי, שיהיה צעד גדול לקראת פיתוח בר-קיימא.
אם ניתן להשתמש ב-vCFRP לייצור להבים, ניתן למחזר אותו ולעשות בו שימוש חוזר באמצעות חימום פשוט. גם אם לא ניתן לתקן ולעשות בו שימוש חוזר בלהב, לפחות ניתן לפרק אותו באמצעות חום. החומר החדש הופך את מחזור החיים הליניארי של חומרים מרוכבים תרמוסטיים למחזור חיים מחזורי, שיהיה צעד גדול לקראת פיתוח בר-קיימא.
זמן פרסום: 9 בנובמבר 2021
