Plasty používané v izolácii vysokonapäťových káblov alebo v pevných kompozitoch sú navrhnuté tak, aby sa po vytvrdnutí už nikdy neroztavili. V bežnej prevádzke je to výhoda, pri recyklácii skutočný problém. Tím európskeho projektu VIT skúmal, či sa to dá zosúladiť, a vyvinul materiály, ktoré poškodenie signalizujú zmenou farby a po zahriatí sa dajú znova spracovať. A na konci si môžeš overiť, koľko materiálového inžiniera v sebe máš.
Termosetové plasty nájdeš všade tam, kde záleží na pevnosti: v kompozitoch, náteroch a elektrických izolátoroch pracujúcich pod vysokým napätím. Ich najväčšia prednosť je zároveň ich najväčšou slabinou. Sú navrhnuté tak, aby sa po vytvrdnutí neroztavili ani netiekli. Pri používaní sú preto stabilné, ale keď sa ich životnosť skončí, je veľmi ťažké ich znova využiť.
Tohto problému sa ujal tím projektu VIT, financovaného Európskou úniou v rámci akcií Marie Skłodowskej-Curie a koordinovaného Univerzitou v Parme v Taliansku.
Výskumníci stavili na vitrimery. Sú to polyméry, ktoré sa pri používaní správajú ako klasické termosety, ale po zahriatí môžu meniť tvar a dajú sa opravovať alebo znova spracovať. Cieľ bol jasný: vyvinúť materiály, ktoré spájajú užitočné vlastnosti s možnosťou recyklácie.
Práca prebiehala naraz na viacerých frontoch. Výskumníci sa zaoberali:
Jedným z kľúčových výsledkov je súbor materiálov, ktoré napätie, škrabance, vlhkosť alebo vniknutie kyslíka ukazujú viditeľnou zmenou farby či fluorescencie. Za to vďačia zvláštnym molekulám nazývaným mechanofóry.
„Vďaka našim mechanofórom, čiže optickým molekulám, možno poškodenie alebo prienik vlhkosti či kyslíka odhaliť voľným okom, pretože praskliny, kyslík alebo vlhkosť spôsobia výraznú zmenu farby,“ vysvetľuje koordinátorka projektu Roberta Pinalli.
V praxi to znamená šancu zachytiť drobné škrabance a mikrotrhliny skôr, než sa zmenia na vážnejšie poškodenie. Dôležité je, že pri vybraných systémoch sa optická odozva dala zachovať alebo obnoviť aj po opätovnom spracovaní materiálu. Signalizácia teda nezmizne s prvým životným cyklom plastu.
Partneri projektu skúmali, ako si nové materiály poradia v izolácii vysokonapäťových káblov, v kompozitoch a v súčastiach z termosetov. Káble sú dobrým skúšobným poľom, pretože zosieťovaný polyetylén, ktorý sa na ich izoláciu bežne používa, sa zle recykluje.
Tím preto ako možné náhrady otestoval ionoméry na báze polyetylénu a vitrimérne receptúry. Výsledok je sľubný: ich elektrické vlastnosti sa ukázali byť porovnateľné s vlastnosťami bežných materiálov.
Najťažšie bolo zachovať mechanickú pevnosť. Bola to vlastnosť najcitlivejšia na opätovné spracovanie. Ako uvádza Pinalli, pri materiáloch na báze polyetylénu sme „po recyklácii pozorovali tuhšie správanie“.
Toto zistenie potvrdzuje, že materiál sa dá znova spracovať, ale jeho mechanické správanie silno závisí od histórie spracovania a od podmienok recyklácie. Pri izolácii káblov alebo pri kompozitoch, kde musia parametre zostať dlhodobo predvídateľné, je to kľúčová otázka.
Výskumníci tiež ukázali, že vybrané vitrimérne systémy, ktoré samy hlásia stav, sa dajú spracovať najmenej štyrikrát, bez straty funkčnej odozvy. Viac cyklov zatiaľ netestovali. Po ďalšom spracovaní sa materiály stali menej pružnými a v niektorých ohľadoch mechanicky slabšími, hoci ich tuhosť zostala približne nezmenená.
Tím tiež predviedol postupy spracovania významné pre priemysel: reaktívnu extrúziu, lisovanie a vstrekovanie, vyskúšané na vybraných systémoch na báze polyetylénu. Napriek tomu zostáva hlavnou prekážkou preniesť laboratórnu chémiu do spoľahlivej výroby.
„Najväčšou prekážkou je spracovateľské vybavenie, pretože spracovanie vitrimeru sa z hľadiska reológie dosť líši od spracovania termoplastu: viskozity sú výrazne odlišné a viskozita vitrimeru je vyššia ako viskozita termoplastu,“ zdôrazňuje koordinátorka.
Pre firmy by to znamenalo upraviť teplotné rozsahy procesu, postupy sušenia, časy spracovania aj podmienky miešania. Samotná nová chémia nestačí, potrebné sú aj zmeny na výrobnej linke.
Príbeh projektu VIT dobre ukazuje, koľko špecializácií sa stretáva pri práci na jedinom plaste. Je tu molekulárny návrh a chémia polymérov, elektrotechnika spojená s izoláciou káblov, a tiež procesné inžinierstvo a spracovanie plastov. Každý z týchto odborov pridáva svoj kúsok: jedni robia to, aby materiál pri prasknutí zmenil farbu, druhí kontrolujú, či stále dobre izoluje, a ďalší hľadajú spôsob, ako ho vytláčať a tvarovať v priemyselnej miere.
Projekt VIT ukázal, že inteligentné vitrimery vedia diagnostikovať poškodenie, podporovať jeho opravu a umožniť opätovné spracovanie. Nahradenie dnes používaných termosetov, ktoré sa zle recyklujú, však bude vyžadovať dlhodobé overovanie, štandardizované skúšobné metódy a procesy, ktoré priemysel dokáže spoľahlivo zaviesť. Cesta od plastu, ktorý pri prasknutí zmení farbu, ku káblu v energetickej sieti je teda stále dlhá, ale prvé kroky sú urobené.
5 otázok · jedna minúta
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文