Plasty používané v izolaci vysokonapěťových kabelů nebo v pevných kompozitech jsou navržené tak, aby se po vytvrzení už nikdy neroztavily. V běžném provozu je to výhoda, při recyklaci skutečný problém. Tým evropského projektu VIT zkoumal, zda se obojí dá sladit, a vyvinul materiály, které poškození signalizují změnou barvy a po zahřátí je lze znovu zpracovat. A na konci si můžeš ověřit, kolik materiálového inženýra v sobě máš.
Termosetové plasty najdeš všude tam, kde záleží na pevnosti: v kompozitech, nátěrech a elektrických izolátorech pracujících pod vysokým napětím. Jejich největší přednost je zároveň jejich největší slabinou. Jsou navržené tak, aby se po vytvrzení neroztavily ani neprotékaly. Při používání jsou proto stabilní, ale když skončí jejich životnost, je velmi těžké je znovu využít.
Tohoto problému se ujal tým projektu VIT, financovaného Evropskou unií v rámci akcí Marie Skłodowska-Curie a koordinovaného Univerzitou v Parmě v Itálii.
Výzkumníci vsadili na vitrimery. Jsou to polymery, které se při používání chovají jako klasické termosety, ale po zahřátí mohou měnit tvar a lze je opravovat nebo znovu zpracovávat. Cíl byl jasný: vyvinout materiály, které spojují užitné vlastnosti s možností recyklace.
Práce probíhala najednou na několika frontách. Výzkumníci se zabývali:
Jedním z klíčových výsledků je soubor materiálů, které pnutí, škrábance, vlhkost nebo vniknutí kyslíku ukazují viditelnou změnou barvy či fluorescence. Za to vděčí zvláštním molekulám zvaným mechanofory.
„Díky našim mechanoforům neboli optickým molekulám lze poškození či průnik vlhkosti nebo kyslíku odhalit pouhým okem, protože praskliny, kyslík nebo vlhkost způsobí výraznou změnu barvy,“ vysvětluje koordinátorka projektu Roberta Pinalli.
V praxi to znamená šanci zachytit drobné škrábance a mikrotrhliny dřív, než se změní ve vážnější poškození. Důležité je, že u vybraných systémů se optická odezva dala zachovat nebo obnovit i po opětovném zpracování materiálu. Signalizace tedy nezmizí s prvním životním cyklem plastu.
Partneři projektu zkoumali, jak si nové materiály poradí v izolaci vysokonapěťových kabelů, v kompozitech a v součástech z termosetů. Kabely jsou dobrým zkušebním polem, protože zesíťovaný polyetylen, který se k jejich izolaci běžně používá, se špatně recykluje.
Tým proto jako možné náhrady otestoval ionomery na bázi polyetylenu a vitrimerní receptury. Výsledek je slibný: jejich elektrické vlastnosti se ukázaly být srovnatelné s vlastnostmi běžných materiálů.
Nejtěžší bylo zachovat mechanickou pevnost. Byla to vlastnost nejcitlivější na opětovné zpracování. Jak uvádí Pinalli, u materiálů na bázi polyetylenu jsme „po recyklaci pozorovali tužší chování“.
Toto zjištění potvrzuje, že materiál lze znovu zpracovat, ale jeho mechanické chování silně závisí na historii zpracování a na podmínkách recyklace. U izolace kabelů nebo u kompozitů, kde musí zůstat parametry po dlouhou dobu předvídatelné, je to klíčová otázka.
Výzkumníci také ukázali, že vybrané vitrimerní systémy, které samy hlásí stav, lze zpracovat nejméně čtyřikrát, aniž by ztratily svou funkční odezvu. Více cyklů zatím nebylo testováno. Po dalším zpracování se materiály staly méně pružnými a v některých ohledech mechanicky slabšími, i když jejich tuhost zůstala zhruba beze změny.
Tým také předvedl postupy zpracování významné pro průmysl: reaktivní extruzi, lisování a vstřikování, vyzkoušené na vybraných systémech na bázi polyetylenu. I tak zůstává hlavní překážkou převedení laboratorní chemie do spolehlivé výroby.
„Největší překážkou je zpracovatelské vybavení, protože zpracování vitrimeru se z hlediska reologie dost liší od zpracování termoplastu: viskozity jsou výrazně odlišné a viskozita vitrimeru je vyšší než viskozita termoplastu,“ zdůrazňuje koordinátorka.
Pro firmy by to znamenalo upravit teplotní rozsahy procesu, postupy sušení, doby zpracování i podmínky míchání. Samotná nová chemie nestačí, nutné jsou i změny na výrobní lince.
Příběh projektu VIT dobře ukazuje, kolik specializací se potkává při práci na jediném plastu. Je tu molekulární návrh a chemie polymerů, elektrotechnika spojená s izolací kabelů, a také procesní inženýrství a zpracování plastů. Každý z těchto oborů přidává svůj kousek: jedni dělají, aby materiál při prasknutí změnil barvu, druzí kontrolují, zda stále dobře izoluje, a další hledají způsob, jak ho vytlačovat a tvarovat v průmyslovém měřítku.
Projekt VIT ukázal, že chytré vitrimery umějí diagnostikovat poškození, podporovat jeho opravu a umožnit opětovné zpracování. Nahrazení dnes používaných termosetů, které se špatně recyklují, však bude vyžadovat dlouhodobé ověřování, standardizované zkušební metody a procesy, které průmysl dokáže spolehlivě zavést. Cesta od plastu, který při prasknutí změní barvu, ke kabelu v energetické síti je tedy stále dlouhá, ale první kroky jsou udělány.
5 otázek · jedna minuta
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文