Представьте себе материал, который легче стали, долговечнее древесины и достаточно прочен, чтобы выдерживать 120-тонные локомотивы.
А теперь представьте, что материал сделан из контейнеров для молока, кофейных чашек и другого пластика, который мы перерабатываем.
Это называется конструкционная пластиковая древесина, и изобретательный, нетоксичный материал был изобретен Томасом Носкером, доцентом-исследователем в Департаменте материаловедения и инженерии и главным исследователем в Центре передовых материалов через несмешиваемые композитные материалы в Rutgers. Университет. Покойный Ричард У. Ренфри, аспирант Носкера, который позже стал профессором Рутгерса, помог изобрести революционный материал.
«Люди жалуются на пластмассы, потому что они не разлагаются», - сказал Носкер. «Мы нашли способ превратить это в наше преимущество с продуктом».
Этот продукт все чаще используется для строительства мостов на базах армии США и в других местах - доках, столах для пикника, скамьях в парках, остановках на стоянках и других сооружениях по всей Америке и за рубежом. Только в США с его помощью было изготовлено около 1,5 миллиона железнодорожных шпал. Поскольку каждый галстук весит около 200 фунтов, это означает, что примерно 300 миллионов фунтов пластика не попали на свалки, не задушили морских обитателей и не загрязнили пляжи.
Носкер, плодовитый изобретатель, и его коллеги десятилетиями находятся в авангарде исследований пластмасс. Они разработали несколько типов конструкционных переработанных пластиковых пиломатериалов, стандартный способ тестирования пластиковых пиломатериалов, антипирены для пластиковых пиломатериалов и машины для производства пластиковых пиломатериалов. В общей сложности Носкер является совладельцем 28 патентов или патентов, ожидающих рассмотрения в Соединенных Штатах, в дополнение к зарубежным патентам, что приносит Рутгерсу доход в миллионы долларов..
В поисках ключа: правильное сочетание пластика
30 лет назад Носкер, которому сейчас 59 лет, учился в докторантуре в Rutgers и пытался справиться с растущими горами выброшенных контейнеров. Пластмассы быстро заменяли стекло для упаковки молока и газированных напитков - двух продуктов, выпускаемых в больших объемах, - и оказывались на свалках.
Носкер и другие разработали способы сортировки, очистки и обработки бутылок из-под газировки, изготовленных из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Они продавали материал для получения прибыли, чтобы делать коврики и утепленные куртки, набивать матрасы и даже производить новые бутылки из-под газировки. Гораздо более проблематичным был другой тип пластиковых отходов, известный как полиэтилен высокой плотности (HDPE), который использовался для изготовления контейнеров для молока.
«Цены на HDPE были настолько низкими, что вы даже не могли позволить себе мыть использованные бутылки из-под молока перед переработкой», - сказал Носкер.«Но мы не могли просто развернуться и выбросить его. Эксперты по пластику сказали, что он потенциально может быть переработан, и мы хотели поработать над этим».
Сначала Носкер и его коллеги пытались превратить бутылки в заменитель химически обработанной древесины, используемой в парковых скамейках и настилах. Но переработанные доски HDPE со временем провисали, когда люди неоднократно садились или ходили по ним. Некоторые исследователи пытались комбинировать ПЭВП с другими пластиками, используемыми для упаковки продуктов питания и товаров для дома, но без особого успеха.
Затем Носкер нашел работающую формулу.
«Мы объединили ПЭВП с полистиролом из старых контейнеров для биг-маков», - сказал Носкер. В определенной пропорции смешанные пластики набирали прочность из-за того, как крошечные пластиковые частицы сцеплялись друг с другом.
Чтобы перейти от производства прочного переработанного пластика к использованию его для создания объектов, традиционно изготавливаемых из дерева, потребовалась инновационная стратегия «показывай, а не рассказывай». На протяжении веков пиломатериалы из деревьев были прочным, гибким и доступным сырьем для строительства. Но у дерева есть свои недостатки; поскольку он нуждается в защите от насекомых, других животных и элементов, его часто обрабатывают токсичными консервантами, которые могут проникать в почву, воду и грунтовые воды, создавая опасность для людей, животных и растений. Структурные переработанные пластиковые пиломатериалы, которые в основном состоят из полиэтилена, армированного более жесткими пластиками, или переработанных композитов, таких как автомобильные бамперы, не представляют таких рисков.
Итак, 18 лет назад Носкер и Ричард Г. Лампо, инженер-материаловед из Исследовательской лаборатории строительной инженерии Инженерного корпуса армии США в Шампейне, штат Иллинойс, построили в Форте первый конструкционный мост из переработанных пластиковых пиломатериалов для транспортных средств. Леонард Вуд в Миссури.
«Промышленность производила множество столов для пикника и парковых скамеек, и это хорошие приложения, но мы пытались выйти за рамки возможного с нашими приложениями и сделать это экономически эффективно», - сказал Лампо, который недавно посетил Форт. Мост Леонарда Вуда. "Хорошо держится."
Строительство мостов для армии США - и не только
Сегодня изобретение Носкера набирает популярность в экологически чувствительных районах, где пересекаются железные дороги и где прочность пластиковых шпал является преимуществом. Управление общественного транспорта Чикаго, например, сочло пластиковые стяжки экономичным выбором для ремонта путей на эстакадах.
Nosker помог построить первый структурный мост из переработанного пластика в Нью-Джерси в 2002 году - в экологически уязвимых Сосновых степях. Мост с его революционной конструкцией в виде двутавровой балки хорошо выдержал непогоду и по-прежнему может перевозить автомобили.
Совсем недавно двум действующим сельским армейским базам потребовались мосты для тяжелых грузов. В Форт-Брэгге, Северная Каролина, где у армии есть танковые полигоны, мосты должны нести тяжелые машины через многочисленные ручьи на территории базы площадью 160 000 акров. В 2009 году армия успешно продемонстрировала там первый конструкционный мост из переработанного пластика для поддержки 73-тонного танка M1 Abrams и заказала еще 1000 пластиковых мостов для Форт-Брэгга и других объектов.
Мосты из конструкционных пластиковых пиломатериалов также были построены в форте Юстис в Вирджинии, а также в гражданских районах Калифорнии, Мэна, Огайо, Шотландии и других местах.
Rutgers передала лицензию на свою отмеченную наградами пластиковую технологию двум компаниям: AXION International Inc. из Занесвилля, штат Огайо, которая производит железнодорожные шпалы и строительные изделия из переработанных материалов; и лондонская Sicut Enterprises Limited, производящая аналогичную продукцию.
Nosker гордится своей ролью в новаторских исследованиях пластмасс. «Я благодарен, что у меня была такая интересная карьера», - добавил он.
И лучшее может быть еще впереди.
Его команда разрабатывает легкие, но сверхпрочные материалы из графена и пластика, которые можно использовать в танках следующего поколения, бронетранспортерах, «хаммерах» и гражданских транспортных средствах, а также в таких продуктах, как велосипеды. Графен получают из графита, обычно используемого в карандашах.
«Я думаю, что графеновый материал затмит работу по переработке», - сказал Носкер. «Возможно, меня не будет рядом, чтобы увидеть, как люди признают это повсеместно, но я думаю, что это большое открытие».