Исследователи Сколтеха продемонстрировали, что армированные пластики можно перерабатывать без потери первоначальных механических свойств, а иногда даже с улучшенными характеристиками. Исследование, опубликованное в журнале Composites Communications, вселяет надежду на экологически безопасное и экономически жизнеспособное производство строительных деталей, компонентов автомобилей, самолетов и морских судов, высококачественного спортивного оборудования и других предметов, срок службы которых в настоящее время заканчивается на свалках.

Армированные полимерные композиты представляют собой материалы, изготовленные из стекла, углерода или других волокон, окутанных так называемой полимерной матрицей, в просторечии известной как пластик. В зависимости от полимера, используемого в качестве матрицы, эти композиционные материалы делятся на два основных типа: термореактивные композиты нагреваются во время производства, а затем раз и навсегда затвердевают в результате необратимой химической реакции. С другой стороны, термопластичные композиты можно повторно нагревать и формовать, что делает их пригодными для вторичной переработки.

Ученые Сколтеха использовали термопластичные композитные стержни, изготовленные в ходе предыдущего исследования, чтобы изучить, как их механические свойства ухудшаются при повторной переработке . Стержни были изготовлены из полимера полипропилена, армированного стекловолокном.

Команда подвергла стержни прессованию, нагреву и прессованию в плоские пластины. Затем пластины прошли четыре этапа переработки: каждый раз их разрезали на полоски, нагревали и снова прессовали в пластины. Для каждого из пяти «поколений» пластин механические испытания определяли их прочность и эластичность.

«Мы обнаружили, что в долгосрочной перспективе механические свойства не только снижались медленнее, чем ожидалось, но и иногда их улучшала переработка», — рассказала ведущий автор исследования, выпускница Сколтеха Валентина Кравцова, выпускница факультета перспективного производства. Магистерская программа «Технологии».

«Это улучшение произошло на начальном этапе переработки, когда предмет перешел из формы стержня в форму пластины, после чего последовало относительно медленное снижение в течение четырех последующих раундов переработки от пластины к пластине».

Исследователи связывают эти довольно обнадеживающие результаты с выбранным способом переработки.

«Важнейшим моментом является то, что вы не должны терять длину армирующих волокон. Чтобы переработать пластины, мы разрезаем их на полоски вдоль направления волокон, которые, следовательно, в основном сохраняют свою длину. Если бы мы сломали или разрезали пластины в более произвольным образом — как это часто бывает — каждый раунд переработки повлечет за собой значительное уменьшение средней длины волокна, а это означает ухудшение механических свойств», — прокомментировал главный исследователь исследования, доцент Александр Сафонов из Центра технологий материалов.

Что касается химического состава материала и его термических свойств, таких как температура плавления , они также были проверены на различных этапах эксперимента и оказались стабильными на протяжении нескольких циклов переработки.

Выводы команды заключаются в том, что при наличии соответствующих стимулов армированные волокном термопластичные композитные материалы могут заменить их плохо поддающиеся вторичной переработке термореактивные аналоги. В зависимости от качества исходного материала и точности самого процесса переработки такие детали можно повторно перерабатывать без заметного ухудшения их характеристик.

«Возможно, первый шаг, который было бы проще всего реализовать, — это немедленно применить компрессионное формование к любым только что изготовленным изделиям, в которых обнаружены дефекты, преобразовав их в изделия различной формы с превосходными свойствами. Это аналогично тому, когда стержни были впервые спрессованы в пластины в нашем исследовании», — аспирант Сколтеха Кирилл Минченков, к.м.н., к.м.н. Программа, которая является соавтором исследования, добавила.

«Следующим шагом будет переработка использованных продуктов вместо их выбрасывания, как это происходит сегодня с композитами на основе термореактивных полимеров».