Vitrimer alapú kompozitok újrahasznosítása
A szénszál-erősítésű térhálós kompozitok kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, ami kívánatossá teszi őket a könnyű és nagy teljesítményű alkalmazások számára. Előállításuk azonban energiaigényes folyamatokkal és általában nem megújuló erőforrások felhasználásával jár. Az elhasználódott vagy sérült kompozitokból származó szénszálak újrahasznosítása nemcsak értékes anyagokat takarít meg, hanem csökkenti a gyártásukkal járó szén-dioxid-kibocsátást is. A szénszálak újrahasznosítása továbbá segít enyhíteni a hulladékkezelési problémákat, és ezzel összhangban van a fenntarthatósági célokkal és a környezetvédelmi előírásokkal. A jelenlegi térhálós kompozitok anyagában történő újrahasznosítása azonban jelenleg ipari szinten még nem megoldott. Bár pirolízissel visszanyerhetőek a szénszálak, de az alkalmazott magas hőmérsékleten degradálódnak és sérül az eredeti struktúrájuk. Megoldást jelenthet egy új polimer anyagcsalád, a vitrimerek alkalmazása, amely az ún. vitrimer átalakulási hőmérséklet alatt térhálós polimerként viselkedik, ugyanakkor felette a dinamikusan átrendeződő kötéseknek köszönhetően megolvasztható, oldható és így újrahasznosítható is [1]. A vitrimer kompozitok újrahasznosítása így kulcsfontosságú ezen problémák enyhítése és a körforgásos gazdaság előmozdítása szempontjából.
Az alkalmazott újrahasznosítási módszer egy dietiléntriaminból (DETA) és xilolból (xilol) álló oldószerkeverék használata a kompozit mátrixának feloldásához. Ez a megközelítés ígéretes megoldást kínál a szénszálak hatékony visszanyerésére a szerkezeti integritás megőrzése mellett.
A kísérletek kezdeti fázisban a kisméretű kompozit próbatestek oldását vizsgáltuk különböző DETA-xilol tömegarányú (30-70, 20-80, 10-90) oldószerkeverékben. Az eredmények alapján a 20-80-as arányú tömegkeverék volt a legelőnyösebb. Ezt követően megvizsgáltuk a hőmérséklet hatását az oldási folyamatra. A szobahőmérsékleten és 80 °C-on végzett kísérletek eredményei alapján megállapítottuk, hogy a magasabb hőmérséklet jelentősen javította az oldódási folyamatot. Az oldási folyamatot ezután az optimális körülményeket (20-80 DETA-xilol arány és a 80°C-os hőmérséklet) méretnöveltük. Ez a sikeres alkalmazás bizonyította az újrahasznosítási megközelítés megvalósíthatóságát gyakorlati, valós laboratóriumi körülmények között is.
Összefoglalva, a vitrimer kompozitok újrahasznosítása fenntartható megoldást jelenthet a hulladék csökkentésére és a kompozit anyagok környezeti hatásainak minimalizálására. A leírt módszer, amely DETA-xilol oldószerkeveréket és optimalizált paramétereket használ, bemutatja a hatékony újrahasznosítás lehetőségét valós környezetben.
Irodalom:
[1] Taynton, P., Ni, H., Zhu, C., Yu, K., Loob, S., Jin, Y., Qi, H. J., Zhang, W.: Repairable woven carbon fiber composites with full recyclability enabled by malleable polyimine networks. Advanced Materials, vol. 28, issue 15, 2904-2909 (2016).
szerző
-
Vörzsönits Bence
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
