Аннотация:
В течение долгого времени в салонах современных самолетов широко использовались композитные материалы, отвечающие строгим требованиям, таким как легкий вес, высокая прочность и огнестойкость. Однако эти материалы часто трудно переработать по окончании срока службы, и они попадают на свалки или сжигаются. Теперь швейцарские исследователи разработали новый композитный материал на основе эпоксидной смолы, который, как ожидается, изменит эту ситуацию и принесет более экологичные решения для авиационной промышленности и даже железнодорожной отрасли.
Исследование было проведено Швейцарской федеральной лабораторией материаловедения и технологий (Empa) в партнерстве с компанией Elantas, производящей специальные химикаты. Исследовательская группа успешно разработала новую систему композитных материалов, которая является огнестойкой и пригодна для вторичной переработки. Ее основной прорыв заключается в усовершенствовании традиционной эпоксидной смолы.
Эпоксидная смола широко используется в современных инженерных композитах из-за ее способности прочно соединять различные материалы, образуя общую структуру, одновременно легкую и высокопрочную. Однако это преимущество также порождает проблему, которая уже давно беспокоит отрасль. Традиционная эпоксидная смола представляет собой термореактивный пластик, который в процессе отверждения образует стабильную и постоянную молекулярную сшитую структуру, тем самым придавая материалу превосходные механические свойства, термостойкость и стабильность размеров. Но в то же время такая структура затрудняет повторную разборку материала, что делает эффективную переработку композитных материалов практически невозможной.
Разработанная исследователями фосфорсодержащая добавка меняет ситуацию. Добавка при смешивании с эпоксидной смолой в процессе производства не только придает материалу огнезащитные свойства, но и позволяет отвержденному материалу размягчаться и даже отделяться при определенных условиях, делая возможной переработку.
На этот раз исследовательская группа сосредоточила свое внимание на конструкционном композитном материале «сэндвич-соты», широко используемом в самолетах и поездах. Этот тип материала обычно состоит из легкой арамидной сотовой сердцевины, покрытой снаружи слоем ткани из стекловолокна или углеродного волокна, а затем различные части прочно скреплены эпоксидной смолой. Благодаря своей высокой прочности, легкому весу и отличной огнестойкости он широко используется в полах салонов самолетов, интерьерах поездов и внутренних конструкциях другого транспортного оборудования.
Исследователь Empa Advanced Fiber Laboratory Сабьясачи Ган сказал, что в области инженерии очень сложно сосредоточиться на легкости, механической прочности, огнестойкости и экологичности в одном и том же материале. Во многих случаях, когда материал приобретает одно свойство, он часто жертвует другими.
В рамках проекта, поддержанного Швейцарским агентством инноваций, исследовательская группа и компания Elantas проверили процесс переработки всей композитной конструкции. Результаты показывают, что композитный материал можно разобрать на исходные компоненты, используя только подходящие растворители и умеренную температуру, успешно восстанавливая арамидную сотовую структуру и слои стекловолокна или углеродного волокна.
Это достижение имеет важное практическое значение. Будь то арамидные сотовые материалы или углеродное волокно, производственный процесс требует высоких затрат и больших энергозатрат. Если эти ценные материалы можно будет повторно использовать после вывода продукта из эксплуатации, это не только сократит образование отходов, но и поможет снизить общие затраты в течение жизненного цикла.
Исследователи заявили, что теоретически ожидается, что сама отделенная эпоксидная смола будет подвергаться дальнейшей переработке в будущем, но соответствующая технология все еще требует углубленного исследования и проверки.
Эксплуатационные испытания показывают, что новый композитный материал соответствует действующим стандартам пожарной безопасности, а его механические свойства близки к традиционным композитным материалам на основе эпоксидной смолы. Это означает, что новые решения имеют потенциал для достижения целей проектирования, допускающих переработку, без ущерба для безопасности или прочности конструкции.
В настоящее время исследовательская группа работает с Elantas над продвижением работ по промышленной проверке, надеясь расширить процесс производства и переработки до масштабов коммерческого применения. Помимо авиационной и железнодорожной отраслей, исследователи также оценивают его потенциал для использования в энергетической инфраструктуре и строительстве.
Поскольку авиационная промышленность, железнодорожный транспорт и различные высокотехнологичные отрасли производства сталкиваются со все более строгими экологическими требованиями, ожидается, что эта технология будет способствовать переходу композитных материалов от традиционной модели «одного производства и окончательного лома» к новому этапу переработки. Для кабин будущих самолетов «легкость, огнестойкость, безопасность и возможность вторичной переработки» больше не являются противоречивыми целями, но в то же время могут быть достигнуты.
Комментарии