Tjaņdzjiņas Universitātes Ķīmiskās inženierijas skolas profesora Van Huaijuaņa vadītā komanda ir veiksmīgi izstrādājusi jaunus epoksīda sveķus, kas apvieno augstu -temperatūras izturību, augstu izturību un stingrību, kā arī otrreizējo pārstrādi, izmantojot novatorisku molekulārās struktūras dizainu, laužot{1}}ilgstošos veiktspējas "nozares dilemmu". Attiecīgie pētījumu rezultāti nesen tika publicēti starptautiskajā žurnālā *Advanced Materials*. Epoksīda sveķus, pateicoties lieliskajām adhezīvām īpašībām, mehāniskajai izturībai un ķīmiskajai korozijai, plaši izmanto stratēģiskās jomās, piemēram, jaunā enerģētikā un elektroniskajā iepakojumā. Tas ir neaizstājams galvenais materiāls mūsdienu augstākās klases ražošanā, ko bieži dēvē par mūsdienu rūpniecības "neredzamo skeletu", kura globālā tirgus apjoms pārsniedz 13 miljardus ASV dolāru. Manā valstī epoksīda sveķi ir arī svarīgs vēja turbīnu lāpstiņu ražošanas pamatmateriāls. Tomēr, vēja enerģijas iekārtām pakāpeniski tuvojoties ekspluatācijas pārtraukšanas periodam, ik gadu rodas aptuveni 5800 tonnas epoksīdsveķu kompozītmateriālu atkritumu, kas pašlaik galvenokārt ir atkarīgi no apglabāšanas poligonos vai sadedzināšanas, radot ne tikai resursu atkritumus, bet arī spiedienu uz vidi. Galvenais izaicinājums epoksīda sveķu pārstrādē ir veiktspējas "šūpošanas dilemma". Tradicionālie epoksīda sveķi pēc sacietēšanas veido trīsdimensiju tīkla struktūru, kas atgādina "nesalaužamu zvejas tīklu". Lai panāktu līdzsvaru starp augstu izturību, augstu karstumizturību, stingrību un apstrādājamību, vienmēr ir sarežģīti-rūdīšanas laikā ir jāupurē karstumizturība, savukārt karstumizturības uzlabošana rada trauslumu. Tas ne tikai ierobežo tā pielietojumu ekstremālos apstākļos, bet arī kļūst par galveno sašaurinājumu vietējās ražošanas un augstākās klases epoksīdsveķu videi{17}}izveidē. Profesora Van Huaijuana komanda sāka no molekulārā dizaina avota, gudri iestrādājot atgriezeniskos "skābes-bāzes jonu pārus" stingrajā tradicionālo epoksīdsveķu tīklā. Šiem jonu pāriem ir divējāda loma materiālā: tie ir gan "miniatūri amortizatori", kas absorbē trieciena enerģiju, gan "inteliģenti katalizatori", kas augstā temperatūrā ierosina saites rekombināciju. Šis dizains ļauj jaunajam materiālam saglabāt īpaši -augstu izturību (78 MPa) un karstumizturību (stiklošanās temperatūra ir lielāka par 245 grādiem pēc Celsija), vienlaikus sasniedzot 8,2 megadžouli uz kubikmetru. Salīdzinot ar komerciāli pieejamajiem augstas klases epoksīdsveķu materiāliem, jaunā materiāla karstumizturība ir uzlabota par aptuveni 15%, bet tā izturība pret lūzumiem ir palielināta gandrīz trīs reizes. Saglabājot šīs lieliskās īpašības, jaunajam materiālam ir arī pašdziedinošās{30}spējas un otrreizējās pārstrādes spējas, kas nav raksturīgas tradicionālajiem epoksīdsveķiem. "Pirmo reizi mēs esam panākuši programmējamu formu un ķīmisko noārdīšanos tik augstas veiktspējas termoreaktīvos epoksīda sveķos," sacīja Vans Huaijuans. "Eksperimenti liecina, ka šo materiālu var pārstrādāt un fiziski pārstrādāt vairākas reizes, un veiktspējas pasliktināšanās nepārsniedz 10%. Tas pārkāpj tradicionālo epoksīdsveķu ierobežojumus, kas ir "pastāvīgi nostiprināti pēc vienreizējas sacietēšanas". Pamatojoties uz tā unikālajām īpašībām, komanda veiksmīgi sagatavoja superhidrofobisku, augstas siltumvadītspējas kompozītmateriālu pārklājumu-ar ūdens saskares leņķi, kas ir tuvu 150 grādiem,{40}}ar vienkāršu karstās{41}}presēšanas procesu. Bora nitrīda pildvielas pievienošana ievērojami uzlabo siltumvadītspēju, risinot siltuma izkliedes problēmas saistībā ar 5G bāzes stacijām un augstas veiktspējas mikroshēmām un sniedzot atbalstu augstas klases materiālu nozaru modernizācijai saskaņā ar “divkāršā oglekļa” mērķi. Paredzams, ka nākotnē vēja enerģijas nozarē tās pārstrādājamība atrisinās nolietoto lāpstiņu likvidēšanas problēmu; jauno enerģētisko transportlīdzekļu sektorā tā augstā izturība, stingrība un augstas temperatūras izturības priekšrocības var palīdzēt uzlabot aprīkojumu, lai tas būtu viegls, vienlaikus nodrošinot plašas iespējas vietējā tirgū aizstāt augstas klases epoksīda sveķus.
