Ученые переработали старую лопасть ветряной турбины в материал для FDM 3D-печати

Используя комбинацию механического измельчения и пиролиза, команда смогла переработать отслужившую свой срок лопасть ветряной турбины в тонкий волокнистый порошок. В ходе испытаний переработанные остатки лопасти не только показали более высокую прочность и жесткость по сравнению с первичным стекловолокном, но и после соединения с PLA оказались способны создавать прочные армированные волокнами 3D-печатные детали.

"Мы предлагаем процедуру включения переработанных стекловолокон из отслуживших свой срок лопастей ветряных турбин в чистые термопластичные материалы FDM, - говорится в статье команды. - Ожидается, что наша система переработки позволит повторно использовать огромное количество отходов лопастей турбин, что приведет к значительному сокращению захоронения на свалках опасных и вредных материалов лопастей".

Оценки по росту отходов ветровых турбин в течение следующих тридцати лет. Изображение из журнала Polymer Composites.

В ветроэнергетике стекловолокно часто используется для армирования лопастей турбин на основе композитов. Однако, несмотря на очевидные экологические преимущества использования ветра для производства энергии, отслужившие свой срок лопасти турбин обычно утилизируются на свалках или сжигаются, что приводит к образованию вредных выбросов или образованию большого количества золы.

В прошлом исследователи изучали механические, термические и химические стратегии переработки отходов лопастей турбин, но ни одна из них до сих пор не оказалась жизнеспособной. Несмотря на проблемы, которые по-прежнему препятствуют использованию переработанных волокон, канадская команда ожидает, что развитие турбинных технологий в течение следующих 30 лет приведет к значительному росту подобных отходов, а поскольку лопасти продолжают строиться неэкологично, по их словам необходима новая практика проектирования, чтобы превратить повторно используемые материалы в реальную коммерческую возможность.

По мнению исследователей, лучший способ улучшить как коммерческое обоснование, так и пригодность к печати переработанных деталей ветровых турбин - это объединить полученные волокна с PLA для использования в FDM принтерах. Чтобы проверить свою гипотезу, команда измельчила часть секции большой лопасти в порошок, затем смешала его с расплавленными гранулами PLA в концентрации 5-10% и получила 1,75 мм филамент для 3D-печати. Из полученного материала было напечатано десять образцов на 3D-принтере Prusa i3Mk2S, а также еще по 10 образцов из пиролизированных волокон и обычного PLA.

Анализ показал, что новый материал демонстрирует более высокую прочность на разрыв, чем пиролизованный, при этом жесткость последнего увеличилась на 70%. Оба филамента также превзошли по этим показателям первичное сырье, однако по сравнению с обычным PLA образцы, армированные на 10%, отличались значительно меньшей пластичностью и прочностью.

Команда пришла к выводу, что их образцы продемонстрировали сравнительно высокую хрупкость из-за короткой длины волокон, и что при дальнейших исследованиях можно будет производить более длинноволокнистые материалы, способные "достичь свойств на растяжение армированных 3D-печатных образцов".

Выводы исследователей подробно изложены в работе под названием "Experimental and analytical investigation of 3D printed specimens reinforced by different forms of recyclates from wind turbine waste".