开裂时会变色、还能重回循环的塑料 + test

目录

• 坚硬的塑料，回收路上的硬骨头
• 类玻璃高分子，即拥有第二次生命的塑料
• 会自己报告故障的材料
• 聚焦高压电缆
• 回收是有代价的
• 从实验室到工厂
• 围绕一种材料的众多领域
• 总结
• 五个问题：你身上有多少材料工程师的潜质？（测试）

⇑坚硬的塑料，回收路上的硬骨头

热固性塑料出现在强度至关重要的地方：复合材料、涂层，以及在高压下工作的电气绝缘体。它们最大的优点同时也是最大的缺点。它们的设计就是固化后既不熔化也不流动。因此在使用中很稳定，但寿命终结时，想再次利用就非常困难。

VIT项目团队着手攻克这个问题。该项目由欧盟在玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里行动框架下资助，由意大利帕尔马大学（University of Parma）牵头协调。

⇑类玻璃高分子，即拥有第二次生命的塑料

研究人员押注于类玻璃高分子（vitrimer）。这类聚合物在使用时表现得像传统热固性塑料，但加热后可以改变形状，可以修复或再加工。目标很明确：开发既有功能性、又能回收利用的材料。

工作同时在多条战线上展开。研究人员研究的内容包括：

• 能提示损伤、湿气或氧气渗入的光学分子，
• 能自我报告、可自我修复的薄膜，
• 用于高压电缆的聚乙烯基绝缘系统，
• 复合材料和热固性部件。

⇑会自己报告故障的材料

其中一项关键成果是一组材料，它们通过肉眼可见的颜色或荧光变化来显示应力、划痕、湿气或氧气的进入。这要归功于被称为力致发色团（mechanophore）的特殊分子。

“多亏了我们的力致发色团，也就是光学分子，用肉眼就能发现损伤，或湿气、氧气的渗入，因为裂纹、氧气或湿气会引起明显的颜色变化，”项目协调员罗伯塔·皮纳利（Roberta Pinalli）解释说。

实际上，这意味着有机会在细小划痕和微裂纹发展成更严重的损伤之前就发现它们。重要的是，在选定的体系中，即使材料经过再加工，光学响应也能保留或恢复。也就是说，提示功能不会随着塑料的第一个生命周期而消失。

⇑聚焦高压电缆

项目合作方研究了新材料在高压电缆绝缘、复合材料和热固性部件中的表现。电缆是一个很好的试验场，因为广泛用于电缆绝缘的交联聚乙烯很难回收。

因此，团队测试了聚乙烯基离聚物和类玻璃高分子配方，作为可能的替代品。结果令人期待：它们的电性能与传统材料相当。

⇑回收是有代价的

最难的是保持机械强度。它是对再加工最敏感的性能。正如皮纳利所说，对聚乙烯基材料而言，“回收之后我们观察到材料表现得更硬”。

这一观察证实材料可以再加工，但其力学行为在很大程度上取决于加工历史和回收条件。在电缆绝缘或复合材料中，参数必须长期保持可预测，这是一个关键问题。

研究人员还表明，选定的自报告类玻璃高分子体系至少可以再加工四次，并保持其功能响应。更多次循环目前尚未测试。经过进一步加工后，材料的弹性变差，在某些方面机械性能也有所减弱，不过刚度大体保持不变。

⇑从实验室到工厂

团队还展示了与工业相关的加工方法：反应挤出、模压成型和注塑成型，并在选定的聚乙烯基体系上进行了尝试。即便如此，主要障碍依然是把实验室里的化学转化为可靠的制造。

“加工设备是最大的障碍，因为从流变学角度看，加工类玻璃高分子与加工热塑性塑料有很大不同：粘度差别显著，类玻璃高分子的粘度高于热塑性塑料，”协调员强调。

对企业来说，这意味着要调整工艺的温度范围、干燥规程、加工时间和混合条件。光有新的化学还不够，生产线也需要改变。

⇑围绕一种材料的众多领域

VIT的故事很好地说明，研究一种塑料会汇集多少专业。其中有分子设计和聚合物化学，有与电缆绝缘相关的电气工程，还有过程工程和塑料加工。每个领域都贡献自己的一块：有的让材料开裂时变色，有的检查它是否仍能良好绝缘，还有的寻找在工业规模上挤出和成型的办法。

⇑总结

VIT项目表明，智能类玻璃高分子能够诊断损伤、辅助修复并允许再加工。不过，要取代如今使用的难以回收的热固性塑料，还需要长期验证、标准化的测试方法，以及工业界能够可靠实施的工艺。因此，从开裂时会变色的塑料走到电网中的电缆，路还很长，但第一步已经迈出。

⇑五个问题：你身上有多少材料工程师的潜质？（测试）