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悉尼大学研究人员改进了碳纤维的回收工艺

已有 1448 次阅读 2021-3-17 11:48 |个人分类:工业互联网+新材料|系统分类:科普集锦

该回收工艺可高速率保留纤维的特性,尤其是强度方面。与标准制造相比,复合材料的回收在成本上可以便宜多达70%,并可以减少90-95%的二氧化碳排放量。

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近年来,人们越来越关注循环经济, 对可回收材料制成的产品的需求也日益增加 ,但是许多材料在开始磨损之前只能回收多次。回收不是单纯的将复合材料废弃物或者残次品收集起来,而是要分离出其中的有效(有价值)的成分,当然回收只是第一步,如果不能实现再利用,那回收的价值就会大打折扣。

 

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料就是这种情况,这类复合材料几乎是不可生物降解的,直到现在还缺乏可行(经济、有效)的回收方法。CRFP复合材料主要用于风力涡轮机,飞机零件,汽车和轮船之类的车辆以及笔记本电脑和移动电话之类的日常技术中的产品。

 

到了使用年限或已经无法满足通服役要求,这类制品通常被丢弃在垃圾掩埋场或通过焚化处理,这对环境和公共健康均构成重大威胁。 目前的绝大多数回收方法一定会导致回收材料的机械和物理性能大大降低,从而削弱了其核心功能。

 

悉尼 大学土木工程学院的研究人员已经开发出一种优化的方法,可以在使CFRP复合材料再生的同时保持其原始强度的90%。

 

“在全球范围内和澳大利亚,大家都在向着更好的回收流程迈进,人们通常认为,材料可以无限次地回收-事实上并非如此。该研究的首席研究员Ali Hadigheh博士表示:“大多数回收过程都会降低材料的机械或物理性能 。到现在为止,不可能连续地回收由碳纤维制成的产品。鉴于大多数回收涉及切碎,切割或磨碎,纤维已经磨损,从而降低了未来产品的使用能力。 这给我们的环境带来了巨大的挑战和威胁,因为这会导致原始碳纤维的生产,而碳纤维的生产又会产生大量的温室气体。为了解决这个问题并支持真正的循环经济,我们开发了一种高效且具有成本效益的方法来回收碳纤维,这种碳纤维来源于平板电脑和宝马汽车。”

 

“为此,我们使用了两个阶段的优化过程。第一步称为“热解”,通过加热使材料分解,但会显着烧焦这些材料,从而阻止了它与树脂基体形成良好的粘合 。第二个过程是氧化,它使用高温去除了这种碳。仅热解和氧化还不足以保存碳纤维,而且这些过程已经存在了一段时间。为了确保高质量的回收率和经济效率,需要通过分析在复合物中引发化学反应所需的能量,并从周围的树脂基质中分离碳纤维来指导CFRP的热分解。我们的方法如此成功的原因在于,添加了特定的参数,例如温度,加热速率,气氛或氧化和加热时间,这些参数可以保留碳纤维的性能。从事该项目研究的目的是生产由回收碳纤维复合材料制成的高档、低成本结构材料,用于航空航天,汽车,体育用品,可再生能源和建筑等行业。”

 

2010年,全球纤维增强聚合物(FRP)产量约为600万吨,预计未来十年将增长300%  。按照这一预测,到2025年,玻璃钢的消费量将超过1800万吨,最终产品价值为800亿澳元 。 美国,日本和中国在碳纤维制造领域处于世界领先地位。研究人员希望增加澳大利亚工业的生产能力,并与风力涡轮机和商用飞机的制造商,体育用品的生产商以及建筑,汽车和造船业合作。但就目前业内情况来看,回收的碳纤维几乎不可能用于航空航天领域,同时也需要警醒某些单位会以回收的碳纤维冒充新生产的碳纤维,这在塑料领域已经屡见不鲜。




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