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研究人员开发出可保护碳纤维性能的回收工艺

编译者:冯瑞华发布时间:2021-6-17点击量:24 来源栏目:科技前沿

近年来,循环经济日益受到重视,对回收材料制成品的需求也与日俱增。然而,许多材料的回收利用次数却是有限的,因为回收过程会对它们造成磨损——对碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料和非生物降解材料的回收就属于这种情况。截止到目前,回收这类材料尚缺乏可行的方法。

通常,CRFP主要被用于风机叶片,以及飞机、汽车和轮船等交通工具、笔记本电脑和移动电话之类的日常用品中,随着使用寿命的结束,它们通常被送到垃圾填埋场中或者被焚化,这对环境和公众健康都会带来严重影响。

现在,绝大多数的回收方法都会引起再生材料力学性能和物理性能的大幅降低,从而削弱其核心功能。为了更有效地回收CFRP材料,悉尼大学土木工程学院的研究人员们开发了一种优化方法,可以保留材料90%的原始强度。

“人们通常认为,一种材料可以循环利用无数次,但事实并非如此,因为大多数的回收工艺会降低材料的力学性能和物理性能。”负责这项研究的首席研究员Ali Hadigheh博士解释说,“到目前为止,碳纤维复合材料制成品的持续循环利用尚不可能,这是因为,大多数的回收都要经历切割、粉碎或研磨的过程,在此过程中,纤维会磨损,从而降低未来产品的性能。”

为了解决这一问题,以为实现真正的循环经济提供支持,悉尼大学土木工程学院的研究人员们开发了一种高效低成本的碳纤维回收方法,这是一种两步法的优化工艺:第一步是高温分解,即利用热量来分解材料,但会产生明显的烧灼物质,这些物质会阻止碳纤维与树脂基体的良好结合;第二步是氧化,即利用高温来去除这些烧灼物质。

通常,单独的热解和氧化都不足以保护碳纤维,而且这些工艺早已存在。为了确保高质量的回收以及良好的经济效益,需要对引起复合材料发生化学反应所需的能量进行分析,以此来指导CFRPs的热分解,从而将碳纤维从周围的树脂基体中分离出来。

悉尼大学土木工程学院的研究人员们之所以取得了成功,是因为他们增加了具体的参数,如温度、升温速率、气压,以及氧化和加热所需的时间,从而有效地保护了碳纤维的功能。

Ali Hadigheh博士表示,他们开展这项研究的目的,是希望采用回收碳纤维复合材料来生产高级别、低成本的结构材料,并将其用于航空、汽车、体育用品、再生能源和建筑等行业中。

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研究人员开发出可保护碳纤维性能的回收工艺

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