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诺丁汉大学开发碳纤维回收新法

编辑:沈阳顺建兴业工程有限公司   字号:
摘要:诺丁汉大学开发碳纤维回收新法
碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料最初被用于航空航天、汽车比赛及高端体育用品领域,目前这种材料正逐渐应用到许多新的制造领域中,对这些新领域而言,产品具有良好的性能、高强度和轻重量是非常重要的。近几十年来随着价格的回落和技术的成熟,碳纤维已广泛用于商务飞机和民用飞机、娱乐、工业以及其他领域中。

据了解,航空航天工业是碳纤维的最大消费市场,碳纤维使用量占总使用量的21%。根据Lucintel公司的一份报告,过去5年中全球碳纤维市场一直以两位数字增长。处理一个使用寿命结束的复合材料结构变得非常困难。虽然垃圾填埋场仍然是最便宜的选择,但大多数欧盟成员国2004年都颁布了法律,禁止复合材料的填埋处理。填埋处理不是好的选择,因为,碳热固性材料是非降解的,而且它们将引起健康和安全隐患。

碳纤维回收是由政府研究奖励因素驱动的,也是由制造商渴望拥有绿色制造工艺和产品的愿望驱动的。一些回收碳纤维的商业可行办法,如高温分解法、微波辐射法(用于加强高温分解)及流化床法,可以进行碳纤维回收,但是这些方法会导致纤维长度变短,纤维降级,最终导致纤维性能的降低。

据专家介绍,英国诺丁汉大学的一个研究小组已经研发出一种回收碳纤维的方法,这种方法将保留几乎100%的纤维性能。一种经济实惠的溶剂体系已经被开发出来,用来溶解复合材料中的环氧树脂,从而分离出单一形式的碳纤维,而不破坏它们的长度。该研究小组利用了超临界流体的溶解能力,这些超临界流体为一类在其他行业已被证明有效的溶剂。

科学家们研究了超临界水、二氧化碳还有一些有机溶剂包括乙醇、甲醇和丙酮,最后选用了丙醇——一种价格较低的短链醇,这种醇处在正常状态就很适合用于溶解树脂。选用醇是非常好的,因为它们只需要适度的压力(2~7兆帕)就可以进入超临界状态,尽管需要温度较高,为200℃~450℃。与水相比这种醇更便于他们使用,水需要22.1兆帕的压力和374℃的高温来达到临界点。

另外,乙醇和甲醇在溶解玻璃纤维复合材料中的聚酯树脂时很有效,但不能很好的溶解环氧树脂,丙醇(正丙醇)却可以顺利地分解环氧树脂。试验结果表明,回收的碳纤维具有很高的强度和刚度,是原始强度和刚度的99%。

目前为止,这些实验只是在实验室内进行操作,还需要投入更多的研究才能使这一过程商业化。

据专家介绍,碳纤维回收具有三重环境效益:阻止了碳纤维使用一次后就被填埋的浪费;同时,使用回收碳纤维制作的部件也是可回收的,因为碳可以保留原始性能中重要的一部分,即便是在二次利用后也是如此;此外,回收过程本身就已经大大减少了能源消耗。

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