数日前、ワシントン大学のアニルッド・ヴァシシュト教授は、国際的な権威ある学術誌「Carbon」に論文を発表し、新しいタイプの炭素繊維複合材料の開発に成功したと主張した。従来のCFRPは一度損傷すると修復できないが、この新素材は繰り返し修復できるという。
新しいCFRPは、従来の材料の機械的特性を維持しながら、熱作用によって繰り返し修復できるという新たな利点を備えています。熱は材料のあらゆる疲労損傷を修復できるだけでなく、使用サイクル終了後にリサイクルが必要な場合にも材料を分解するために利用できます。従来のCFRPはリサイクルできないため、熱エネルギーや高周波加熱を用いてリサイクルまたは修復できる新素材の開発が重要となります。
ヴァシシュト教授は、熱源によって新しいCFRPの劣化プロセスを無期限に遅らせることができると述べた。厳密に言えば、この材料は炭素繊維強化ビトリマー(vCFRP、炭素繊維強化ビトリマー)と呼ばれるべきである。ガラスポリマー(ビトリマー)は、2011年にフランスの科学者ルドウィック・ライブラー教授によって発明された、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックの利点を組み合わせた新しいタイプのポリマー材料である。ビトリマー材料は動的結合交換メカニズムを使用しており、加熱時に動的に可逆的な化学結合交換を実行でき、同時に全体として架橋構造を維持するため、熱硬化性ポリマーは熱可塑性ポリマーのように自己修復および再加工することができる。
一方、一般的に炭素繊維複合材料と呼ばれるものは、炭素繊維強化樹脂マトリックス複合材料(CFRP)であり、樹脂構造の違いによって熱硬化性または熱可塑性の2種類に分類されます。熱硬化性複合材料は通常エポキシ樹脂を含み、その化学結合によって材料が永久的に一体化されます。熱可塑性複合材料は、溶融して再加工できる比較的柔らかい熱可塑性樹脂を含みますが、これは必然的に材料の強度と剛性に影響を与えます。
vCFRPの化学結合は、接続、切断、再接続が可能であり、熱硬化性材料と熱可塑性材料の中間的な特性を実現できます。プロジェクトの研究者たちは、ビトリマーが熱硬化性樹脂の代替となり、熱硬化性複合材料が埋立地に蓄積されるのを防ぐことができると考えています。研究者たちは、vCFRPが従来の材料から動的な材料への大きな転換点となり、ライフサイクルコスト、信頼性、安全性、メンテナンスの面で様々な影響を与えると考えています。
現在、風力タービンのブレードはCFRP(炭素繊維強化プラスチック)の使用量が多い分野の一つであり、ブレードのリサイクルはこの分野における長年の課題となっている。耐用年数を終えた何千枚もの使用済みブレードが埋め立て処分され、環境に大きな影響を与えている。
vCFRPがブレード製造に利用できる場合、簡単な加熱処理によってリサイクルおよび再利用が可能となる。処理済みのブレードが修理・再利用できない場合でも、少なくとも熱によって分解することができる。この新素材は、熱硬化性複合材料の直線的なライフサイクルを循環的なライフサイクルへと変革し、持続可能な開発に向けた大きな一歩となるだろう。
vCFRPがブレード製造に利用できる場合、簡単な加熱処理によってリサイクルおよび再利用が可能となる。処理済みのブレードが修理・再利用できない場合でも、少なくとも熱によって分解することができる。この新素材は、熱硬化性複合材料の直線的なライフサイクルを循環的なライフサイクルへと変革し、持続可能な開発に向けた大きな一歩となるだろう。
投稿日時:2021年11月9日


