ไม่กี่วันที่ผ่านมา อนิรุธ วาสิษฐ์ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Carbon ซึ่งเป็นวารสารนานาชาติที่น่าเชื่อถือ โดยอ้างว่าเขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ชนิดใหม่ ซึ่งแตกต่างจาก CFRP แบบดั้งเดิมที่ไม่สามารถซ่อมแซมได้เมื่อเสียหาย วัสดุใหม่สามารถซ่อมแซมได้หลายครั้ง
แม้จะคงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุแบบดั้งเดิมไว้ แต่ CFRP แบบใหม่นี้ยังเพิ่มข้อได้เปรียบใหม่ นั่นคือ สามารถซ่อมแซมซ้ำได้หลายครั้งภายใต้อิทธิพลของความร้อน ความร้อนสามารถซ่อมแซมความเสียหายจากความล้าของวัสดุได้ และยังสามารถใช้ย่อยสลายวัสดุเมื่อจำเป็นต้องรีไซเคิลเมื่อสิ้นสุดรอบการใช้งาน เนื่องจาก CFRP แบบดั้งเดิมไม่สามารถรีไซเคิลได้ การพัฒนาวัสดุใหม่ที่สามารถรีไซเคิลหรือซ่อมแซมได้โดยใช้พลังงานความร้อนหรือความร้อนจากคลื่นความถี่วิทยุจึงเป็นสิ่งสำคัญ
ศาสตราจารย์วศิษฐ์ กล่าวว่า แหล่งความร้อนสามารถชะลอกระบวนการเสื่อมสภาพของ CFRP แบบใหม่ได้อย่างไม่มีกำหนด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุนี้ควรเรียกว่า Carbon Fiber Reinforced Vitrimers (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers) พอลิเมอร์แก้ว (Vitrimers) เป็นวัสดุพอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่ผสานข้อดีของพลาสติกเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติ้ง ซึ่งคิดค้นโดยศาสตราจารย์ลุดวิก ไลเบลอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2554 วัสดุ Vitrimers ใช้กลไกการแลกเปลี่ยนพันธะแบบไดนามิก ซึ่งสามารถแลกเปลี่ยนพันธะเคมีแบบกลับได้แบบไดนามิกเมื่อได้รับความร้อน และในขณะเดียวกันก็รักษาโครงสร้างแบบ cross-linked ไว้ทั้งหมด ทำให้พอลิเมอร์เทอร์โมเซตติ้งสามารถซ่อมแซมตัวเองและนำกลับมาใช้ใหม่ได้เช่นเดียวกับพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก
ในทางตรงกันข้าม วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่มักเรียกกันทั่วไปคือวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เรซินเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท คือ เทอร์โมเซ็ตและเทอร์โมพลาสติกตามโครงสร้างเรซินที่แตกต่างกัน วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมเซ็ตมักประกอบด้วยเรซินอีพอกซี ซึ่งเป็นพันธะเคมีที่สามารถรวมวัสดุให้เป็นเนื้อเดียวกันได้อย่างถาวร วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกประกอบด้วยเรซินเทอร์โมพลาสติกที่ค่อนข้างอ่อนซึ่งสามารถหลอมละลายและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่สิ่งนี้ย่อมส่งผลต่อความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
พันธะเคมีใน vCFRP สามารถเชื่อมต่อ ตัดการเชื่อมต่อ และเชื่อมต่อใหม่เพื่อให้ได้ “จุดกึ่งกลาง” ระหว่างวัสดุเทอร์โมเซ็ตและเทอร์โมพลาสติก นักวิจัยโครงการเชื่อว่า Vitrimers สามารถทดแทนเรซินเทอร์โมเซ็ตและหลีกเลี่ยงการสะสมของวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมเซ็ตในหลุมฝังกลบ นักวิจัยเชื่อว่า vCFRP จะกลายเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่จากวัสดุแบบดั้งเดิมไปสู่วัสดุแบบไดนามิก และจะส่งผลกระทบหลายประการทั้งในด้านต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการบำรุงรักษา
ปัจจุบัน ใบพัดกังหันลมเป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีการใช้ CFRP เป็นจำนวนมาก และการนำใบพัดกลับมาใช้ใหม่ก็เป็นปัญหาในด้านนี้มาโดยตลอด หลังจากหมดอายุการใช้งาน ใบพัดที่เสื่อมสภาพหลายพันใบถูกทิ้งในหลุมฝังกลบ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อสิ่งแวดล้อม
หาก vCFRP สามารถนำไปใช้ในการผลิตใบมีดได้ ก็สามารถนำกลับมารีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ด้วยความร้อนธรรมดา แม้ว่าใบมีดที่ผ่านการเคลือบจะไม่สามารถซ่อมแซมและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่อย่างน้อยก็สามารถย่อยสลายได้ด้วยความร้อน วัสดุใหม่นี้จะเปลี่ยนวงจรชีวิตเชิงเส้นของคอมโพสิตเทอร์โมเซ็ตให้เป็นวงจรชีวิตแบบวนรอบ ซึ่งจะเป็นก้าวสำคัญสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน
หาก vCFRP สามารถนำไปใช้ในการผลิตใบมีดได้ ก็สามารถนำกลับมารีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ด้วยความร้อนธรรมดา แม้ว่าใบมีดที่ผ่านการเคลือบจะไม่สามารถซ่อมแซมและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่อย่างน้อยก็สามารถย่อยสลายได้ด้วยความร้อน วัสดุใหม่นี้จะเปลี่ยนวงจรชีวิตเชิงเส้นของคอมโพสิตเทอร์โมเซ็ตให้เป็นวงจรชีวิตแบบวนรอบ ซึ่งจะเป็นก้าวสำคัญสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน
เวลาโพสต์: 9 พ.ย. 2564
